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摘要：在电力系统中，并联电容器可以起到提高电压质量的目的，但是也可能使谐波放大，对电力系统中并联电容器对电网谐波的影响作了详细分析，并提出了解决方法。
关键词：谐波；并联谐振；介质损耗
中图分类号：TM53
1 引言
电网无功补偿是改善电能质量的重要手段，如电网无功供给不足，会使电压损失增大、设备利用率降低等。但是，根据省电网谐波普测结果，并联电容器组对电网谐波的影响是很大的，尤其是随着大量非线性负荷接入电网运行，已经使电网电压波形发生了比较严重的畸变的情况下，其对电网谐波的放大现象，更要引起有关部门或人员的重视。否则，若电容器容抗和系统感抗配合不好，将造成电网谐波电压和电流的严重放大，给电容器本身和其它电网元器件带来损伤。
一方面由于电容器谐波阻抗小， 系统高次谐波电压会在其中产生显著的高次谐波电流， 使电容器过热， 严重影响其使用寿命； 另一方面， 电容器在高次谐波的作用下， 只要参数配合适当， 都可能引起系统谐波严重放大。 因此， 必须采取措施加以限制。
2 谐波的危害以及抑制措施
电力系统的谐波问题早在20世纪20、30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。而电力系统早期的谐波源是发电机和变压器。由于发电机的磁极磁场并非完全按照正弦规律分布，产生的感应电动势不是理想的正弦波，输出电压也就含有一定的谐波，此谐波电动势的频率和幅值取决于发电机本身结构和工作情况，被看成谐波电压源。
变压器的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的，特别在轻载时电压升高，铁芯工作在饱和区，谐波含量更是大大增加。电弧炉、荧光灯也会引起严重的谐波。
随着电力行业的发展，电力电子装置被大量的电气设备引入，使得电力电子装置成为最大的谐波源。根据文献，在带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源。采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
3 防止并联电容器对谐波放大
在电网中并联电容器起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
并联电容器装置参数的选择应遵循绝对避免发生n次谐波谐振的原则，同时应防止谐波放大而引起某次谐波电压超过限值，满足各种负载水平下谐波限制的技术要求，而且考虑母线电压调节的要求即无功补偿容量。在设计时必须注意对谐波抑制的要求。
3.1 串联电抗器的作用
安装串联电抗器的作用主要有两方面：一是限制电容器的充电涌流与短路电流，二是抑制高次谐波对电容器的影响，另外当断路器在开断过程中发生重燃时，串联电抗器有抑制的作用。因此在下列情况下，应装设串联电抗器：
1）变（配）电站的电容器组发现有谐振现象或因谐波引起电容器过负荷时，必须装设串联电抗器。
2）采用三角形接线的一次变（配）电站的电容器组，除限制合闸涌流及消除谐波需要以外，如果没有适当的限制短路故障的措施，也应装设串联电抗器。
3）变（配）电站装有2组或2组以上的电容器并列运行，为调整电网运行电压，有分别投切电容器组的操作时，应该装设串联电抗器。
3.2 串联电抗器的安装位置
如果电容器组为三角形接线，串联的电抗器一般皆须安装在电容器组的电源侧。该接线必须要求电抗器具有较高的机械强度，因为在母线短路或者在电容器击穿短路时，电抗器将要承受很大短路电流的冲击。
如果电容器组为星形接线，串联的电抗器一般皆安装在电容器组的中性点处，那么对其机械强度的要求可以放宽一些，因为此时在任意处发生短路故障，都不至于危及到串联电抗器。
另一方面必须指出的是，如果变电所母线安装有两组及以上并联电容器组，若由于某种原因仅在一组电容器上加装了串联电抗器时，就必须进行审慎的核算，以防止在产生并联谐振时，过大的谐波电流使电容器及电抗器烧毁。理论和实践充分证明，以上方法如果执行得好，对预防谐波过电压，减少电力系统的污染，确保电容器组的安全运行十分有利。
4对策及建议
在含有谐波的供电系统中， 无功补偿用电容器组的投入运行会引起系統谐波电流和谐波电压的放大，同时， 放大的谐波又会影响电容器的正常运行， 因此，必须综合地考虑无功补偿设备对谐波的抑制与对其他设备的影响问题。 就此， 提出以下几点建议。
（1）当供电系统存在谐波时， 即使电容器组对谐波无放大作用， 电容器也会因谐波的存在而出现过电流和过电压。 因此， 应根据实际情况核算电容器中电流和电压的方均根值， 使其不超过电容器的允许值。
（2）当电容器的容量不能兼顾无功补偿要求和消除谐波放大的条件时， 应在电容器支路串联电抗器，用以防止谐波放大。 串接电抗器的电抗率应在保证电力电容器不受损害的情况下， 吸收系统中的谐波电流， 减小谐波对系统中其他电气设备的影响。
（3）对产生大量谐波的设备进行就地治理和补偿， 避免高次谐波流入系统， 对电容补偿设备和其他电气设备造成不利的影响。
（4）对非线性负荷较大的用户， 如果采取增加整流装置的相数等方法谐波仍不能满足要求时， 应装设谐波滤波器， 以减少谐波电流。
（5）对非线性负荷很大的用户， 除装设滤波器减少谐波电流外， 还应考虑装设分别计量基波电量和谐波电量的电能表。
5 结论
随着社会的发展，用电负荷对电网谐波污染的增长趋势是无法改变的。电容器组在谐波作用下，将造成谐波谐振和谐波放大，给电网和电容器造成危害。今后，应特别加强对用户的谐波监督与管理，限制注入系统的谐波电流，杜绝电容器的谐波谐振，限制电容器对谐波的放大程度，提高电容器承受过电流、过电压、过负荷的能力。这样，就能不断提高和改善电能质量，为建设“一强三优”的电网奠定坚实的基础。
参考文献
[1] 董国震，和敬涵. 电力系统局部电路谐波谐振产生原因分析及对策[J]. 继电器 ， 2007，（01） .
[2] 郭牛宝. 电网电容器组谐波谐振和谐波放大的分析[J]. 铁道标准设计 ， 2002，（08） .
[3] 褚宏旭，贾敏娟. 电容器组谐波谐振及谐波放大的研究[J]. 锦州师范学院学报（自然科学版） ， 2003，（03） .
[4] 史承逵. 电网电容器组谐波谐振和谐波放大的研究[J]. 电力自动化设备 ， 2001，（07） .
[5] 雷炳华. 谐波、谐振和电容器组的谐波负荷[J]. 电力电容器 ， 1987，（01） .
关键词：谐波；并联谐振；介质损耗
中图分类号：TM53
1 引言
电网无功补偿是改善电能质量的重要手段，如电网无功供给不足，会使电压损失增大、设备利用率降低等。但是，根据省电网谐波普测结果，并联电容器组对电网谐波的影响是很大的，尤其是随着大量非线性负荷接入电网运行，已经使电网电压波形发生了比较严重的畸变的情况下，其对电网谐波的放大现象，更要引起有关部门或人员的重视。否则，若电容器容抗和系统感抗配合不好，将造成电网谐波电压和电流的严重放大，给电容器本身和其它电网元器件带来损伤。
一方面由于电容器谐波阻抗小， 系统高次谐波电压会在其中产生显著的高次谐波电流， 使电容器过热， 严重影响其使用寿命； 另一方面， 电容器在高次谐波的作用下， 只要参数配合适当， 都可能引起系统谐波严重放大。 因此， 必须采取措施加以限制。
2 谐波的危害以及抑制措施
电力系统的谐波问题早在20世纪20、30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。而电力系统早期的谐波源是发电机和变压器。由于发电机的磁极磁场并非完全按照正弦规律分布，产生的感应电动势不是理想的正弦波，输出电压也就含有一定的谐波，此谐波电动势的频率和幅值取决于发电机本身结构和工作情况，被看成谐波电压源。
变压器的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的，特别在轻载时电压升高，铁芯工作在饱和区，谐波含量更是大大增加。电弧炉、荧光灯也会引起严重的谐波。
随着电力行业的发展，电力电子装置被大量的电气设备引入，使得电力电子装置成为最大的谐波源。根据文献，在带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源。采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
3 防止并联电容器对谐波放大
在电网中并联电容器起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
并联电容器装置参数的选择应遵循绝对避免发生n次谐波谐振的原则，同时应防止谐波放大而引起某次谐波电压超过限值，满足各种负载水平下谐波限制的技术要求，而且考虑母线电压调节的要求即无功补偿容量。在设计时必须注意对谐波抑制的要求。
3.1 串联电抗器的作用
安装串联电抗器的作用主要有两方面：一是限制电容器的充电涌流与短路电流，二是抑制高次谐波对电容器的影响，另外当断路器在开断过程中发生重燃时，串联电抗器有抑制的作用。因此在下列情况下，应装设串联电抗器：
1）变（配）电站的电容器组发现有谐振现象或因谐波引起电容器过负荷时，必须装设串联电抗器。
2）采用三角形接线的一次变（配）电站的电容器组，除限制合闸涌流及消除谐波需要以外，如果没有适当的限制短路故障的措施，也应装设串联电抗器。
3）变（配）电站装有2组或2组以上的电容器并列运行，为调整电网运行电压，有分别投切电容器组的操作时，应该装设串联电抗器。
3.2 串联电抗器的安装位置
如果电容器组为三角形接线，串联的电抗器一般皆须安装在电容器组的电源侧。该接线必须要求电抗器具有较高的机械强度，因为在母线短路或者在电容器击穿短路时，电抗器将要承受很大短路电流的冲击。
如果电容器组为星形接线，串联的电抗器一般皆安装在电容器组的中性点处，那么对其机械强度的要求可以放宽一些，因为此时在任意处发生短路故障，都不至于危及到串联电抗器。
另一方面必须指出的是，如果变电所母线安装有两组及以上并联电容器组，若由于某种原因仅在一组电容器上加装了串联电抗器时，就必须进行审慎的核算，以防止在产生并联谐振时，过大的谐波电流使电容器及电抗器烧毁。理论和实践充分证明，以上方法如果执行得好，对预防谐波过电压，减少电力系统的污染，确保电容器组的安全运行十分有利。
4对策及建议
在含有谐波的供电系统中， 无功补偿用电容器组的投入运行会引起系統谐波电流和谐波电压的放大，同时， 放大的谐波又会影响电容器的正常运行， 因此，必须综合地考虑无功补偿设备对谐波的抑制与对其他设备的影响问题。 就此， 提出以下几点建议。
（1）当供电系统存在谐波时， 即使电容器组对谐波无放大作用， 电容器也会因谐波的存在而出现过电流和过电压。 因此， 应根据实际情况核算电容器中电流和电压的方均根值， 使其不超过电容器的允许值。
（2）当电容器的容量不能兼顾无功补偿要求和消除谐波放大的条件时， 应在电容器支路串联电抗器，用以防止谐波放大。 串接电抗器的电抗率应在保证电力电容器不受损害的情况下， 吸收系统中的谐波电流， 减小谐波对系统中其他电气设备的影响。
（3）对产生大量谐波的设备进行就地治理和补偿， 避免高次谐波流入系统， 对电容补偿设备和其他电气设备造成不利的影响。
（4）对非线性负荷较大的用户， 如果采取增加整流装置的相数等方法谐波仍不能满足要求时， 应装设谐波滤波器， 以减少谐波电流。
（5）对非线性负荷很大的用户， 除装设滤波器减少谐波电流外， 还应考虑装设分别计量基波电量和谐波电量的电能表。
5 结论
随着社会的发展，用电负荷对电网谐波污染的增长趋势是无法改变的。电容器组在谐波作用下，将造成谐波谐振和谐波放大，给电网和电容器造成危害。今后，应特别加强对用户的谐波监督与管理，限制注入系统的谐波电流，杜绝电容器的谐波谐振，限制电容器对谐波的放大程度，提高电容器承受过电流、过电压、过负荷的能力。这样，就能不断提高和改善电能质量，为建设“一强三优”的电网奠定坚实的基础。
参考文献
[1] 董国震，和敬涵. 电力系统局部电路谐波谐振产生原因分析及对策[J]. 继电器 ， 2007，（01） .
[2] 郭牛宝. 电网电容器组谐波谐振和谐波放大的分析[J]. 铁道标准设计 ， 2002，（08） .
[3] 褚宏旭，贾敏娟. 电容器组谐波谐振及谐波放大的研究[J]. 锦州师范学院学报（自然科学版） ， 2003，（03） .
[4] 史承逵. 电网电容器组谐波谐振和谐波放大的研究[J]. 电力自动化设备 ， 2001，（07） .
[5] 雷炳华. 谐波、谐振和电容器组的谐波负荷[J]. 电力电容器 ， 1987，（01） .