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摘 要：并联电容器是目前变电站普遍使用的一种无功功率补偿装置。运行经验表明，除并联电容器本身缺陷会引起事故外，高次谐波对并联电容器运行工况也会引起事故的发生。本文针对高次谐波对并联电容器的危害及限制高次谐波的措施，及电容器组接线方式的选择进行了简要阐述。
关键词：电容器；高次谐波；电容器组；接线方式
Abstract： parallel capacitor is a wattless power compensation device is now widely used in substation. Operating experience shows that， in addition to shunt capacitor itself defects will cause the accident occurred， harmonic on the operation of shunt capacitor will cause an accident. Based on the harmonic on shunt capacitor damage and limit the harmonic measure， and the capacitor wiring options are briefly introduced.
Keywords： capacitor harmonic connection mode of capacitor group
工业、企业用电设备中，由于存在大量的非线性负荷，导致电网中电压电流都含有程度不等的谐波分量。实际运行中，电容器经常会出现熔断器发热、绝缘下降、电容值变化等故障。分析其原因，谐波危害占很大的比例。
一、高次谐波对并联电容器的危害
产生高次谐波的原因：随着现代电气设备的不断创新和发展，新能源发电企业整流装置、工厂矿山的大型电弧炉、日常家用电器等非线性用电设备的广泛应用，结果在系统中和用户处的线路中总有高次谐波的电流和电压产生。各种谐波源产生的高次谐波电流如：三相六脉动整流电路在理想情况下（整流阻抗为0，控制角为0），整流变压器初级电流为阶梯方波，从傅里叶级数展开式中可以看出，除向电网吸收基波电流外，尚有5、7、11、13等次谐波电流，负号表示与基波电流方向相反，即该次谐波电流由装置向电网注入，从而引起电力系统的电压和电流波形的严重畸变。当系统电压波形发生畸变时，这些非正弦波形可以用数字分析的方法分解成50Hs的基波和各种倍数频率的高次谐波，基波与各种谐波的迭加就是这个畸变的波形。对并联电容器来讲，一般不存在偶次倍数的谐波。此外，中性点不接地星形连接的电容器组的相电流和三角形连接的电容器组的相电压中，都不包括3次及其整数倍的谐波。因此，主要考虑5、7、11、13等次谐波的影响，在这些高次谐波中，以5次谐波最显著。由于系统电压中高次谐波的作用，会使电容器产生过电流和过负荷，两者超过的倍数并不一样。同时，某高次谐波电流所造成的电波形畸变，远比电压波形的畸变严重。例如某系统电压波形包括基波和5次谐波（其它高次谐波占的比例很小），基波电压与额定电压相等，5次谐波电压值为额定电压的26.45%，经过计算，结果表明：在此情况下，电容器组过电压3.4%，过电流65.6%，电容器的无功出力过负荷35%，而无功功率表的读数却为电容器组额定无功功率Qe的171.2%。5次谐波产生的畸变功率高达电容器额定无功功率的105%。这些畸变的电流叠加在电容器的基波电流上，由于电容器对高次谐波的阻抗很小，使电容器运行电流的有效值增大，温度增高，甚至引起过热而降低寿命，或使电容器损坏。叠控加在电容器基波电压上的谐波电压还可能使峰值电压增大很多，使电容器在运行中发生局部放电，致使电容器损坏。电容器还可以使配电网中的谐波电流放大，有时甚至在配电网中产生谐振，严重时可引起电容器内部的绝缘介质局部放电，导致电容器鼓肚损坏，甚至使装置无法正常投入运行。
二、限制高次谐波的措施
对于电网中影响到电容器安全运行的谐波源，应通过谐波测试及谐波响应分析找出该谐波源，根据谐波源产生的原因采取相应的有关措施以降低高次谐波分量。抑制高次谐波的方法很多，如增加整流器的相数，限制大型整流器在电网中的连接容量以及采用调谐电抗器、微電感电阻和滤波电容器等制成专用高次谐波滤波装置等。其次应考虑由于系统电压中谐波的存在，采用哪种措施才能限制谐波的放大。目前，为了保护用于无功补偿的并联电容器，最有效的办法是在电容器的回路中装设适当参数的串联电抗器或阻尼式限流器来限制电网谐波。在选择电抗器参数时，避免回路的容抗与系统感抗匹配产生谐振。在电力系统中，三相电压波形是对称的，所以谐波中无偶次谐波分量，高次谐波主要是奇次分量。在中性点绝缘系统中，3次谐波不能构成回路，因此，只要重点考虑5次谐波分量对电容器的影响。考虑到感抗值应有一定的裕度，所以一般取可靠系数为1.2—1.5。串联电抗器的电抗值应按下式选择：XL=1.5X/n2=1.5Xc/52=0.6XC
式中：XL——串联电抗器感抗（Ω）
Xc——电容器容抗（Ω）
n——谐波次数
现今，在我国110KV及以下变电所内，通常装设4.5%～6%的串联电抗器或采用小电抗值的阻尼式限流器方式，使得补偿电容器回路的谐波总阻抗呈现感性，抑制5次及以上谐波而又不致对3次谐波过量放大或引起谐振。此外，它还能够限制电容器组的合闸涌流冲击，减小电容器回路开断时所产生的过电压。
同时，电容器组的接线方式大体可分为单星形接线、双星形接线和角形接线等几种。接线方式选择得正确简单，保护配置得合理可靠，可使电容器的故障大为减小。在故障情况下，角形接线的电容器组直接承受线间电压，任何一相电容器被击穿时，将形成相间短路，故障电流很大，易造成电容器.油箱爆炸，而星形接线的电容器组的一相被击穿时，由于两非故障相的阻抗限制，故障电流不会太大。故电容器内部故障的保护采用星形接线且中性点不接地的方式为好，这种方式接线简单，灵敏度高，不受系统接地故障、电压波动和高次谐波的影响，是一种较为理想的保护方式。
参考文献：
[1]严璋，朱德恒.高电压与绝缘技术[M].北京：中国电力出版社，2007
[2]张予临.谐波对并联电容器的危害[J].电气时代，2000.05
[3]陆平，康巧萍.并联电容器装置串联电抗器的电抗率及容量选择[J].电力建设，2007.28
关键词：电容器；高次谐波；电容器组；接线方式
Abstract： parallel capacitor is a wattless power compensation device is now widely used in substation. Operating experience shows that， in addition to shunt capacitor itself defects will cause the accident occurred， harmonic on the operation of shunt capacitor will cause an accident. Based on the harmonic on shunt capacitor damage and limit the harmonic measure， and the capacitor wiring options are briefly introduced.
Keywords： capacitor harmonic connection mode of capacitor group
工业、企业用电设备中，由于存在大量的非线性负荷，导致电网中电压电流都含有程度不等的谐波分量。实际运行中，电容器经常会出现熔断器发热、绝缘下降、电容值变化等故障。分析其原因，谐波危害占很大的比例。
一、高次谐波对并联电容器的危害
产生高次谐波的原因：随着现代电气设备的不断创新和发展，新能源发电企业整流装置、工厂矿山的大型电弧炉、日常家用电器等非线性用电设备的广泛应用，结果在系统中和用户处的线路中总有高次谐波的电流和电压产生。各种谐波源产生的高次谐波电流如：三相六脉动整流电路在理想情况下（整流阻抗为0，控制角为0），整流变压器初级电流为阶梯方波，从傅里叶级数展开式中可以看出，除向电网吸收基波电流外，尚有5、7、11、13等次谐波电流，负号表示与基波电流方向相反，即该次谐波电流由装置向电网注入，从而引起电力系统的电压和电流波形的严重畸变。当系统电压波形发生畸变时，这些非正弦波形可以用数字分析的方法分解成50Hs的基波和各种倍数频率的高次谐波，基波与各种谐波的迭加就是这个畸变的波形。对并联电容器来讲，一般不存在偶次倍数的谐波。此外，中性点不接地星形连接的电容器组的相电流和三角形连接的电容器组的相电压中，都不包括3次及其整数倍的谐波。因此，主要考虑5、7、11、13等次谐波的影响，在这些高次谐波中，以5次谐波最显著。由于系统电压中高次谐波的作用，会使电容器产生过电流和过负荷，两者超过的倍数并不一样。同时，某高次谐波电流所造成的电波形畸变，远比电压波形的畸变严重。例如某系统电压波形包括基波和5次谐波（其它高次谐波占的比例很小），基波电压与额定电压相等，5次谐波电压值为额定电压的26.45%，经过计算，结果表明：在此情况下，电容器组过电压3.4%，过电流65.6%，电容器的无功出力过负荷35%，而无功功率表的读数却为电容器组额定无功功率Qe的171.2%。5次谐波产生的畸变功率高达电容器额定无功功率的105%。这些畸变的电流叠加在电容器的基波电流上，由于电容器对高次谐波的阻抗很小，使电容器运行电流的有效值增大，温度增高，甚至引起过热而降低寿命，或使电容器损坏。叠控加在电容器基波电压上的谐波电压还可能使峰值电压增大很多，使电容器在运行中发生局部放电，致使电容器损坏。电容器还可以使配电网中的谐波电流放大，有时甚至在配电网中产生谐振，严重时可引起电容器内部的绝缘介质局部放电，导致电容器鼓肚损坏，甚至使装置无法正常投入运行。
二、限制高次谐波的措施
对于电网中影响到电容器安全运行的谐波源，应通过谐波测试及谐波响应分析找出该谐波源，根据谐波源产生的原因采取相应的有关措施以降低高次谐波分量。抑制高次谐波的方法很多，如增加整流器的相数，限制大型整流器在电网中的连接容量以及采用调谐电抗器、微電感电阻和滤波电容器等制成专用高次谐波滤波装置等。其次应考虑由于系统电压中谐波的存在，采用哪种措施才能限制谐波的放大。目前，为了保护用于无功补偿的并联电容器，最有效的办法是在电容器的回路中装设适当参数的串联电抗器或阻尼式限流器来限制电网谐波。在选择电抗器参数时，避免回路的容抗与系统感抗匹配产生谐振。在电力系统中，三相电压波形是对称的，所以谐波中无偶次谐波分量，高次谐波主要是奇次分量。在中性点绝缘系统中，3次谐波不能构成回路，因此，只要重点考虑5次谐波分量对电容器的影响。考虑到感抗值应有一定的裕度，所以一般取可靠系数为1.2—1.5。串联电抗器的电抗值应按下式选择：XL=1.5X/n2=1.5Xc/52=0.6XC
式中：XL——串联电抗器感抗（Ω）
Xc——电容器容抗（Ω）
n——谐波次数
现今，在我国110KV及以下变电所内，通常装设4.5%～6%的串联电抗器或采用小电抗值的阻尼式限流器方式，使得补偿电容器回路的谐波总阻抗呈现感性，抑制5次及以上谐波而又不致对3次谐波过量放大或引起谐振。此外，它还能够限制电容器组的合闸涌流冲击，减小电容器回路开断时所产生的过电压。
同时，电容器组的接线方式大体可分为单星形接线、双星形接线和角形接线等几种。接线方式选择得正确简单，保护配置得合理可靠，可使电容器的故障大为减小。在故障情况下，角形接线的电容器组直接承受线间电压，任何一相电容器被击穿时，将形成相间短路，故障电流很大，易造成电容器.油箱爆炸，而星形接线的电容器组的一相被击穿时，由于两非故障相的阻抗限制，故障电流不会太大。故电容器内部故障的保护采用星形接线且中性点不接地的方式为好，这种方式接线简单，灵敏度高，不受系统接地故障、电压波动和高次谐波的影响，是一种较为理想的保护方式。
参考文献：
[1]严璋，朱德恒.高电压与绝缘技术[M].北京：中国电力出版社，2007
[2]张予临.谐波对并联电容器的危害[J].电气时代，2000.05
[3]陆平，康巧萍.并联电容器装置串联电抗器的电抗率及容量选择[J].电力建设，2007.28