带调谐电抗器的电容器组

方维岚 ［上海烟草（集团）公司 基建技改处］ 陈德彪 ［上海烟草（集团）公司 上海卷烟厂］

【摘要】：通过带调谐电抗器的电容器组补偿系统在低压变电所应用时的设计计算，探讨消除谐波对于低压变配电的安全、高效运行及提供高质量能源方面的作用。

【关键词】：谐波、电抗器、电容器、谐振 前言

随着社会生产力的发展，科学技术的进步，越来越多的非线性用电设备在低压用户端使用，这就给低压供电网带来了大量的谐波污染。针对这一情况，国家在欧洲IEC和我国GB/T14549标准的基础上，准备出台强制性规范限制电网中的谐波，这要求我们用户对这一问题要有一定的认识与准备。

供电电网中谐波的存在会带来多方面的危害：对于变压器，谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压会增加铁损；对电力电缆，谐波电流会产生集肤效应和邻近效应，增加输电损耗，导致电缆温升；对电动机，谐波电流可引起铁损与铜损的增加，引起额外温升，并可导致机械振动，加剧设备的损耗等。由此可见，谐波的防治对提高设备的利用率，降低运行成本有较大的帮助。 现状

上海烟草（集团）公司上海卷烟厂为了适应国家对于谐波污染的新规定，对车间低压变配电所进行了谐波污染的测试。通过在1SS变电所，对运行中的电容器组进行投运前及投运后测试分析如下：

1、容器切除时（此数据为变频负荷所产生地谐波量） 第五次谐波电流I(5)=125.73(A)、第五谐波电压v(5)=3.69(%) 第七次谐波电流I(7)=59.83(A)、第七谐波电压V(7)=2.16(%) 电流总畸变率I(thd)=16.0%、电压总畸变率V(thd)=4.4% 2、电容器投入运行后（此数据为变频负荷所产生地谐波量） 第五次谐波电流I(5)=237.62(A)、第五谐波电压V(5)=6.03(%) 第七次谐波电流I(7)=76.97(A)、第七谐波电压V(7)=2.32(%)

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电流总畸变率I(thd)=27.30%、电压总畸变率V(thd)=6.6%

针对以上谐波数据与目前国家谐波标准(GB/T14549-93)比较分析： 表l 谐波电压限值 电网标称电压 (KV) 谐波电压限值 电容切除 电容投入 0.38 0.38 0.38 电压总谐波畸变率(%) 5.0 4.4(合格) 6.6(不合格) 各次谐波含有率(%) 奇次 4.0 V5=3.69(合格) V5=6.03(不合格) 偶次 2.0 合格 合格 原谐波电压含量符合国家标准，而投入电容器后导致谐波电压超出国家标准限值。 表2 谐波电流限值 谐波阶次 谐波电流限值 基准短路容量/实际短路容量 Ihi=Ih(Si/St)1/a 谐波电流限值 电容器切除 电容器投入 I5 62 3.2 1 198.4 125.73 237.62(不合格) I7 44 3.2 1 140.8 59.83 76.97 I11-25 - 3.2 1 - 合格 合格 （注：此计算为概算参考值因缺少实际短路容量、用电协议容量及供电协议容量）

原谐波电流含量符合国家标准，而投入电容器后导致第五次谐波电流超过国家标准限值。

原因分析 图1 图2

从测试结果中我们可以看出电容

的投入，放大了某个特定的谐波电流。从变电所的原理图（见图1）分析，谐波源来自于负载设备，系统的等效阻抗：

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从系统的等效阻抗Z与频率ω的关系式得出（图2）的函数关系图。从函数关系图中可以看出在频率接近或等于系统的固有频率(l/LC)1/2时，系统阻抗将趋向于无穷大，导致在电容两端的电压急剧上升，造成在变压器与电容间的电流上升。 在上海卷烟厂lSS变电所功率因素从0.8通过电容组补偿至0.94，系统的负荷在600千瓦，由此可计算出补偿的电容量：

由此可见，系统的固有频率接近5次谐波谐振频率250 Hz，从图2的函数图型可见系统阻抗已经有很大的增加，因而造成5次谐波电流的被放大。 方法

我们通过上述的计算分析，知道5次谐波电流被放大，是因为当功率因素补偿电容的投入后，造成系统的固有频率接近了5次谐波的谐振频率，阻抗急剧增加，所以5次谐波电流被放大。

因此采用带调谐的功率因素补偿电容器组来替代传统的电容器组，所谓带调谐的电容器组是在每组电容器加装QL为6%Qc的电抗器，使得当电容器组投入后在50Hz的基波频率下呈容性，对系统仍具有功率因素补偿的作用，在250Hz的５次谐波频率下呈感性，从而使系统的避免产生5次谐振的可能。 从加装了6%电抗器的系统原理图（图3）可得出系统阻抗：

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图3

而此电容器电抗器组的固有频率ωc=(1/(6%/ω2C)C)1/2=204HZ 在基波频率时，此电容器电抗器组的阻抗Zn=-(0.94/ωC)j呈容性。

从计算的结果可以看出：加装6%电抗器的电容器组抑止了5次谐波的谐振，而此电容器电抗器组的阻抗呈容性，对系统仍具有功率因素补偿作用。 结论

经过对上海卷烟厂1SS变电所电容补偿系统的改造，再对系统变压器次级输出端进行谐波测量，以下为调谐电抗电容器组进行投运前及投运后的测试分析： 1.电容器组器切除时（此数据为变频负荷所产生的谐波量） 第五次谐波电流I(5)=114.89(A)、第五谐波电压V(5)=3.10(%) 第七次谐波电流I(7)=74.56(A)、第七谐波电压V(7)=1.92(%) 电压总畸变率V(thd)=3.9%

2.调谐电抗电容器投入运行后（此数据为无谐波谐振放大现象） 第五次谐波电流I(5)=97.19(A)、第五谐波电压V(5)=2.22(%) 第七次谐波电流I(7)=73.70(A)、第七谐波电压V(7)=1.76(%) 电压总畸变率V(thd)=2.9%

针对以上谐波数据与目前国家谐波标准(GB/T14549-93)比较分析：

表3 改造后谐波电压限值

谐波电压限值 电容切除 电容投入

电网标称电压 (KV) 0.38 0.38 0.38 电压总谐波畸变率(%) 5.0 3.9(合格) 2.9(合格) 4

各次谐波含有率(%) 奇次 4.0 V5=3.10(合格) V5=2.22(不合格) 偶次 2.0 合格 合格 改造后调谐电抗电容器组投入运行其谐波电压值皆符合国家标准限值。 表４ 改造后谐波电流限值 谐波阶次 谐波电流限值 基准短路容量/实际短路容量 Ihi=Ih(Si/St)1/a 谐波电流限值 电容器切除 电容器投入 I5 62 3.2 1 198.4 114.89 97.19(合格) I7 44 3.2 1 140.8 74.56 73.70 I11-25 - 3.2 1 - 合格 合格 （注：此计算为概算参考值因缺少实际短路容量、用电协议容量及供电协议容量）

改造后调谐电抗电容器组投入运行其谐波电流值皆符合国家标准限值。 通过以上分析，说明调谐电抗电容器组没有放大谐波电流，同时还对谐波电流进行了一定的分流。整个系统的谐波电流的总量被控制在3.1%，符合国家对谐波污染的要求，达到了系统整治的目的。

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