动态电容补偿柜

1、如何选择低压无功功率补偿装置无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是 提高 电网的功率因数， 降低供电变压器及输送线路的损耗， 提高供电效率， 改善供电环境 。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不 可缺少的非常重要的位置。 合理的选择补偿装置， 可以做到最大限度 的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可 能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。一、按投切方式分类 :1. 延时投切方式延时投切方式即人们熟称的 " 静态"补偿方式。这种投切依靠 于传统的接触器的动作， 当然用于投切电容的接触器专用的， 它具有 抑制电容的涌流作用， 延时

2、投切的目的在于防止接触器过于频繁的动 作时，电容器造成损坏， 更重要的是防备电容不停的投切导致供电系 统振荡，这是很危险的。 当电网的负荷呈感性时，如电动机、电焊机 等负载，这时电网的电流滞后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过 量的补偿装置的控制器， 这时电网的电流超前于电压的一个角度， 即 功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系 。通过补偿装置的控 制器检测供电系统的物理量， 来决定电容器的投切， 这个物理量可以 是功率因数或无功电流或无功功率。下面就功率因数型举例说明。 当这个物理量满足要求时， 如 cos超前且0.98，滞后且0.95，在这个范围内，此时控制器没有 控制信号发出， 这

3、时已投入的电容器组不退出， 没投入的电容器组也 不投入。当检测到cos不满足要求时，如cos滞后且0.95，那 么将一组电容器投入，并继续监测cos如还不满足要求，控制器则 延时一段时间（延时时间可整定），再投入一组电容器，直到全部投 入为止。当检测到超前信号如cos0.98,即呈容性载荷时，那么控 制器就逐一切除电容器组。 要遵循的原则就是： 先投入的那组电容器 组在切除时就要先切除。如果把延时时间整定为 300s，而这套补偿 装置有十路电容器组，那么全部投入的时间就为 30 分钟，切除也这 样。在这段时间内无功损失补只能是逐步到位。 如果将延时时间整定 的很短，或没有设定延时时间，就可能会

4、出现这样的情况。当控制器 监测到cosO 0.95，迅速将电容器组逐一投入，而在投入期间，此 时电网可能已是容性负载即过补偿了， 控制器则控制电容器组逐一切 除，周而复始，形成震荡，导致系统崩溃。是否能形成振荡与负载的 性质有密切关系， 所以说这个参数需要根据现场情况整定， 要在保证 系统安全的情况下，再考虑补偿效果。2. 瞬时投切方式 瞬时投切方式即人们熟称的 "动态"补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶， 实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算，在2个 周期到来时，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导

5、 通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制 方式是机械动作的接触器类无法实现的。 动态补偿方式作为新一代的 补偿装置有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制 造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。动态补偿的线路方式(1)LC串接法原理如图1所示 T 1 负戟 |. TWk严L丄 C图1ABC触发信号CL- EKEK图2这种方式采用电感与电容的串联接法， 调节电抗以达到补偿 无功损耗的目的。 从原理上分析， 这种方式响应速度快， 闭环使用时， 可做到无差调节，使无功损耗降为零。从元

6、件的选择上来说，根据补 偿量选择 1 组电容器即可，不需要再分成多路。既然有这么多的优点， 应该是非常理想的补偿装置了。 但由于要求选用的电感量值大， 要在 很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再 加一些技术的原因， 这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者 很少。(2) 采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关，较常采 用的接线方式如图2。图中BK为半导体器件，C1为电容器组。这种 接线方式采用 2 组开关， 另一相直接接电网省去一组开关， 有很多优 越性。作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管， 其优 点是选材方便， 电路成熟又很经济。 其不足之处是元件本身

7、不能快速 关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当解决了保护 问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。 动态补偿的补偿 效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。 很重要的一项就是要求 控制器要有良好的动态响应时间， 准确的投切功率， 还要有较高的自 识别能力，这样才能达到最佳的补偿效果。当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令 (投入一组或 多组电容器的指令），此时由触发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电 容器组也就并入线路运行。 需要强调的是晶闸管导通的条件必须满足 其所在相的电容器的端电压为零， 以避免涌流造成元件的损坏， 半导 体器件应该是无涌流投切。当控制指令撤消时，触发脉

8、冲随即消失， 晶闸管零电流自然关断。关断后的电容器电压为线路电压交流峰值， 必须由放电电阻尽快放电，以备电容器再次投入。元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管， 也可选适 合容性负载的固态接触器， 这样可以省去过零触发的脉冲电路， 从而 简化线路， 元件的耐压及电流要合理选择， 散热器及冷却方式也要考 虑周全。3. 混合投切方式实际上就是静态与动态补偿的混合， 一部分电容器组使用接 触器投切， 而另一部分电容器组使用电力半导体器件。 这种方式在一 定程度上可做到优势互补， 但就其控制技术， 目前还见到完善的控制 软件，该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造，比起单一的 投切方式拓宽了应

9、用范围， 节能效果更好。 补偿装置选择非等容电容 器组，这种方式补偿效果更加细致，更为理想。还可采用分相补偿方 式，可以解决由于线路三相不平行造成的损失。4. 在无功功率补偿装置的应用方面，选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定， 首先对所补偿的线路要有所了解， 对于负荷 较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能 效果明显。 对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式， 也可使用 动态补偿装置。 对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式， 尤 其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿 的。一般电焊工作时间均在几秒钟以上， 电动机启动也在几秒钟以上， 而动

10、态补偿的响应时间在几十毫秒，按 40毫秒考虑则从 40 毫秒到 5 秒钟之内是一个相对的稳态过程， 动态补偿装置能完成这个过程。 如 果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能量又有较大的变化， 我们把它称为瞬变或闪变，采用动态补偿就要出问题并可能引发事 故。二、无功功率补偿控制器 无功功率补偿控制器有三种采样方式， 功率因数型、 无功功 率型、无功电流型 。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率 补偿控制器的选择。 控制器是无功补偿装置的指挥系统， 采样、运算、 发出投切信号，参数设定、 测量、元件保护等功能均由补偿控制器完 成。十几年来经历了由分立元件-集成线路-单片机-DSP芯片一个

11、 快速发展的过程，其功能也愈加完善。就国内的总体状况，由于市场 的需求量很大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差异很大， 很多产品名不符实， 在选用时需认真对待。 在选用时需要注意的另一 个问题就是国内生产的控制器其名称均为"XXX无功功率补偿控制器" ，名称里出现的 "无功功率 "的含义不是这台控制器的采样物理量。 采样物理量取决于产品的型号，而不是产品的名称。1. 功率因数型控制器功率因数用cos表示，它表示有功功率在线路中所占的比 例。当cos=1时，线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功 损耗是这类控制器的最终目标。 这种控制方式也是很传

12、统的方式， 采 样、控制也都较容易实现。* " 延时"整定，投切的延时时间，应在 10s-120s 范围内调 节 " 灵敏度 " 整定，电流灵敏度，不大于 0-2A 。* 投入及切除门限整定，其功率因数应能在0.85 （滞后）-0.95 （超前）范围内整定。* 过压保护设量* 显示设置、循环投切等功能 这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、 无振荡现象 出现，又要兼顾补偿效果， 这是一对矛盾，只能在现场视具体情况将 参数整定在较好的状态下工作。 即使调整的较好， 也无法祢补这种方 式本身的缺陷，尤其是在线路重负荷时。举例说明：设定投入门限； co s

13、 =0.95 （滞后）此时线路重载荷，即使此时的无功损耗已很大， 再投电容器组也不会出现过补偿，但 cos只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令， 也就不会有电容器组投入， 所以这种控制方 式建议不做为推荐的方式。2. 无功功率（无功电流）型控制器无功功率（无功电流） 型的控制器较完善的解决了功率因数 型的缺陷。 一个设计良好的无功型控制器是智能化的， 有很强的适应 能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果， 并能对补偿装置进行 完善的保护及检测，这类控制器一般都具有以下功能：* 四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功 率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐

14、振报 警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电 容器功率、显示cos、U、I、S、P、Q及频率。由以上功能就可以看出其控制功能的完备， 由于是无功型的 控制器，也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。 如线路在重负荷时， 那怕cos已达到0.99 （滞后），只要再投一组电容器不发生过补， 也还会再投入一组电容器，使补偿效果达到最佳的状态。采用DSP芯 片的控制器， 运算速度大幅度提高， 使得富里叶变换得到实现。 当然， 不是所有的无功型控制器都有这么完备的功能。 国内的产品相对于国 外的产品还存在一定的差距。3. 用于动态补偿的控制器对于这种控制器要求就更高了， 一般是与触发脉

15、冲形成电路 一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有 很好的完成动态补偿功能。 由于这类控制器也都基于无功型， 所以它 具备静态无功的特点。目前，国内用于动态补偿的控制器， 与国外同类产品相比有 较大的差距，一是在动态响应时间上较慢， 动态响应时间重复性不好； 二是补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维 护成本高、造成设备整体投资费用高。另外，相应的国家标准也尚未 见到，这方面落后于发展。三、滤波补偿系统由于现代半导体器件应用愈来愈普遍， 功率也更大， 但它的 负面影响就是产生很大的非正弦电流。 使电网的谐波电压升高， 畸变 率增大，电网供电质量变坏。如果

16、供电线路上有较大的谐波电压， 尤其 5 次以上，这些谐 波将被补偿装置放大。电容器组与线路串联谐振，使线路上的电压、 电流畸变率增大， 还有可能造成设备损坏， 再这种情况下补偿装置是 不可使用的。最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波 滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性， 以对线路进行无功 补偿，对于谐波则为感性负载，以吸收部分谐波电流，改善线路的畸 变率。增加电抗器后，要考虑电容端电压升高的问题。滤波补偿装置即补偿了无功损耗又改善了线路质量， ? 然成 本提高较多， 但对于谐波成分较大的线路还是应尽量考虑采用， 不能 认为装置一时不出问题就认为没有问题存在。 很多情况下，采

17、用五次、 七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时， 对系统中的 谐波进行消除。实际应用中的谐波改善和无功补偿1. 概述公共电网和工业电网中的谐波量逐渐增加是全世界共同的 趋势，很明显地，这和工业应用及商用建筑大楼中大量使用非线性负 载和设备有着直接的关系。 这些非线性设备通常为晶闸管或二级管整 流器，它们将导致电网中的电力品质下降， 常可出现在下列行业应用 实例中。*变速驱动装置(VSD)，用于：- 制造业和加工业- 冶金工业中的感应加热- 商业建筑中的电梯、空调泵、风机* 商业和工业建筑楼房中的计算机及其它重要负载所用的 不间断电源 (UPS)2. 谐波的影响2.1 变压器对变压器

18、而言， 谐波电流可导致铜损和杂散损增加， 谐波电 压则会增加铁损。 与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较， 谐波对 变压器的整体影响是温升较高。须注意的是 ; 这些由谐波所引起的额 外损失将与电流和频率的平方成比例上升， 进而导致变压器的基波负 载容量下降。 而当你为非线性负载选择正确的变压器额定容量时， 应 考虑足够的降载因子， 以确保变压器温升在允许的范围内。 还应注意 的是用户由于谐波所造成的额外损失将按所消耗的能量 （ 仟瓦一小时 ） 反应在电费上，而且谐波也会导致变压器噪声增加。2.2 电力电缆在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值 的纯正弦波电流相较， 则非正弦波会有较

19、高的热量。 该额外温升是由 众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的，而这两种现象取决于 ? 率及导体的尺寸和间隔。 这两种效应如同增加导体交流电阻， 进而导 致 I2Rac 损耗增加。2.3 电动机与发电机谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的主要效应为 在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升。 这些额外损失将 导致电动机效率降低， 并影响转矩。 当设备负荷对电动机转矩的变动 较敏感时，其扭动转矩的输出将影响所生产产品的质量。例如 : 人造 纤维纺织业和一些金属加工业。 对于旋转电机设备， 与正弦磁化相比， 谐波会增加噪音量。 像五次和七次这种谐波源， 在发电机或电动机负 载系统上， 可

20、产生六次谐波频率的机械振动。 机械振动是由振动的扭 矩引起的， 而扭矩的振动则是由谐波电流和基波频率磁场所造成， 如 果机械谐振频率与电气励磁频率重合， 会发生共振进而产生很高的机 械应力，导致机械损坏的危险。2.4 电子设备电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感， 这种设备常常 须靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步运行。 电压谐波畸变 可导致电压过零点漂移或改变一个相间电压高于另一个相间电压的 位置点。这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。 控 制系统对这两点 （ 电压过零点与电压位置点 ）的判断错误可导致控制 系统失控。而电力与通讯线路之间的感性或容性耦合亦可能造成对通

21、讯设备的干扰。计算机和一些其它电子设备，如可编过程控制器（PLC），通常要求总谐波电压畸变率（THD）小于5%且个别谐波电压 畸变率低于 3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生 产或运行中断，导致较大的经济损失。2.5 开关和继电保护像其它设备一样， 谐波电流也会引起开关之额外温升并使基 波电流负载能力降低。 温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用 寿命。旧式低压断路器之固态跳脱装置，系根据电流峰值来动作，而 此种型式之跳脱装置会因馈线供电给非线性负载而导致不正常跳闸。 新型跳脱装置则根据电流的有效值（RMS而动作。保护继电器对波形 畸变之响应很大程度取决于所采用的检测方法。 目

22、前并没有通用的准 则能用来描述谐波对各种继电器的影响。 然而，可以认为目前在电网 上一般的谐波畸变不会对继电器运行造成影响。2.6 功率因数补偿电容器电容器与其它设备相较有很大区别， 电容器组之容抗随频率 升高而降低，因此，电容器组起到吸收高次谐波电流的作用，这将导 致电容器组温升提高并增加绝缘材料的介质应力。 频繁地切换非线性 电磁组件如变压器会产生谐波电流， 这些谐波电流将增加电容器的负 担。应当注意的是熔丝通常不是用来当作电容器之过载保护。 由谐波 引起的发热和电压增加意味着电容器使用寿命的缩短。 在电力系统中 使用电容器组时， 因其容性特点在系统共振情况下可显著的改变系统 阻抗。必需考

23、虑系统产生谐振的可能性。 系统谐振将导致谐波电压和 电流会明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流。2.6.1 谐波与并联谐振变速驱动器产生的谐波电流， 在经由电容器组电容和电网电 感形成的并联谐振回路， 可被放大到 10-15 倍。被放大之谐波电流流 经电容器可导致其内部组件过热。 需注意的是， 在相同电流幅值条件 下高频谐波电流所造成之损失要高于基波频率电流。2.6.2 谐波与串联谐振在上一级电网系统电压如发生波形畸变的情况下， 由电容器 组之电容和供电变压器之短路电感形成的串联谐振回路会吸引高次 谐波电流流入电容器， 串联谐振可导致在变压器的低压侧出现高的波 形畸变。2.6.3 建议

24、不论何时，只要有非线性负载 （ 直流驱动器、换相器、 UPS、 及所有整流器 ） 连接到母线上，而又打算在母线上连接电容器组，此 时设计无功功率补偿系统， 一定要倍加小心。 为避免在连接电容器组 之系统产生并联或串联谐振，应采用滤波或调谐式电容器组。在那些电管部门对谐波量有限制的地方， 通常安装滤波电容 器组是必须的，以满足例如 IEEE 标准 519-1992 或 Engineering RecommendationG5/3 上标明之要求。 典型的滤波电容器组设置五次、 七次、十一次谐波等 3个滤波分支路。 滤波分支路的数量取决于要吸 收的谐波量和需要补偿的无功量。 在某些情况下， 甚至一个

25、滤波分支 路就可满足电压畸变之限制和目标功率因数。为了设计滤波电容器 组，应对会产生谐波的负载进行调查及整合， 对既设工厂而言进行实 地谐波测量是最理想的方式。根据IEEE519-1992标准，单次谐波电压畸变率允许值为基 波电压的3%例如，某些母线在不加电容器的情况下由非线性负载 所引起之单次谐波电压畸变，测量值低于 3%那么就可以将任何电 气设备连接到此母线上而无须顾忌。然而，请注意，不论什么时候， 只要把不带电抗器的电容器组连到此母线上，就会出现特定的并联和串联谐振频率。如果这一谐振频率与某些谐波频率重合， 谐波电流和 谐波电压就会被明显放大。在没有谐波量限制的地方，可以使用调谐式电容器

26、组。但是 请记住，在此种情况下，谐波的主要成份都注入到上级电网。调谐式 电容器组的典型范例，所需之段数则取决于负载功率因数和目标功率 因数。设计调谐式电容器组时，通常须给出电压畸变限制值。给出的 低电压典型值举例如下：U3rd=0.5% ; U5th=5% ; U7th=5%。典型的调 谐频率是204Hz和189Hz分别与6%勺电抗器和7%勺电抗器相对应。 与使用6%勺电抗器相比，7%勺电抗器通常允许连接更多的非线性负 载。设计时要考虑电抗器铁芯的线性度， 使其涌流时以及在额定电压 畸变情况下不会出现饱和状态。当设计无功电力补偿系统时，假如设计一个新商业大楼，如 果不知道大楼将有什么样的负载，

27、通常较合理的作法是采用额定电压 高于系统电压（例如在400V系统采用525V电容器）的电容器组。使 用较高额定电压的电容器则在将来负载会产生谐波时，仅须增设电抗 器而不须更换电容器组。 无论何时， 只要怀疑电容器组周围温度可能 会超出其允许的最高温度上限值时， 则建议在电容器配电盘内加设冷 却风扇。 还要提请注意的是在采用调谐式或滤波电抗器的地方， 一定 要使用强迫冷却方式， 因为与电容器组相比， 电抗器会产生更大的热 量。3. 电力系统谐波谐振案例和解决方法3.1 案例 1在一个相当大的办公大楼内， 发现许多电容器组因过热而损坏，损坏的是连接在负责供电给计算机不间断电源设备（UPS）变压器之

28、自动功率因数控制电容器组上。为找出损坏的原因， 对谐波进行了测量。 测得的供电变压器基波和谐波电流以及电压的总谐波畸变率 （THD）。结果可知，当两段 50KVA般入后出现严重的并联谐振，将30A的一次谐波电流（由UPS 产生的）放大到183A（相当于大约10倍的放大系数），同时电压的THD 值也增加到19.6%。当2段50KVAF电容器组投入，电容器上电流的有效值（RMS是364A,相当于2.5倍的额定电流流经电容器，这 足以说明电容器损坏的原因。根据 IEC831-1 （ 低压电容器标准 ），电 容器的容许电流是额定电流的 1.3 倍。因为从谐波测量结果中可确认在供电系统中存有谐振现象，因

29、此重新设计了无功补偿系统，并决定使用带 7%电抗器的调谐式电 容器组。请注意，装上调谐电容器组后， 无论投入几段皆可避免谐振， 而且也不会放大任何谐波电流， 为了验证此新设计， 在最大非线性负 载下对调谐电容器组进行测试， 结果证明谐波电流如期望般并无放大 现象。3.2 案例 2单线系统图是从一个塑模公司的供电系统中取出的， 这个固 定式的150KVAF电容器组经常故障。为了找出频繁故障的原因，进行 了实地谐波测量， 结果如图 9 所示。测量得的电容器组有效电流值是 371A主要谐波分量是一次谐波。测得的电容器有效电流相当于额 定电流的 1.71 倍，这样的测量结果当然能够解释为什么电容器总是

30、 出故障。由于总电压谐波畸变率即使在不用电容器的情况下也高达 8.1%。此公司现考虑采用滤波电容器组进行无功补偿， 以保证所有用 电设备皆有良好的供电质量。3.3 案例 3单线系统图中电容器组是某家公司所购置的。 此公司购置电 容器组的决定是由于公司电力系统功率因数太差不符合要求被罚款 所致。经计算，总共需要400KVAR来改善功率因数才能达到不被罚 款的规定值。在对电容器组进行测量后可知，工厂供电用的500KVA变压器稍有些过载，五次谐波电流为62A,是基波电流的9%当电容器组 投入时，由于无功得到补偿，基波电流降到492A,可是五次谐波电流却被放大到456A,是基波电流的93%总电压畸变率

31、增加到16.2%, 此种供电品质是负载所完全不能接受。 因此，最后是将电容器组切离， 并订购新的调谐式电容器组进行替换。3.4 案例 4此案例中之测量主要的目的是要确定采用什么样的无功补 偿系统才能改善功率因数, 使其达到不被罚款要求值。 从测量的结果 可以看出，电压发生了严重畸变，测得电压之THD是 12%显然，不带电抗器的电容器组是不能使用的, 由于较高的电压畸变, 所以决定 使用滤波电容器组进行无功功率补偿。当所有的滤波器都投入使用时，电压THD从 12%到成为2% 该值被认为是低电压供电系统的很好的结果。 还应提请注意的是由于 无功功率得到补偿,基波供电电流出现了大幅度下降, 大约下降

32、 520A。 同时大量的谐波电流被有效吸收,供电电流达到了规定的谐波限定 值。3.5 案例 5取自一家大型造纸厂的供电系统的案例。 该供电系统装有一 个10MVAR20KV电容器组。电容器组经常因过电流继电器动作而发生非正常跳闸。谐波测量显示当电容器组合闸时在 20KV的母线上出 现 10.8%异常高的电压畸变， 五次谐波电流含量并高达 135A。 当切 断电容器组后，电压畸变下降到1.2%，五次谐波电流降为6A。在此 中压谐振情况下，第五次谐波电流放大系数高达 22。对电容器组进行重新设计， 设计时将造纸厂直流驱动器产生 的谐波电流考虑进去。 经计算机对若干可能出现的电网情况进行仿真 后，证

33、明加上五次滤波器是最佳方案。 为应付于电容器上可能升高之 电压，对原有的电容器组进行修改。方法是再增加一个电容器组，与 原有的电容器组串联，并安装一台空心滤波电抗器。3.6 案例 6当公用电网在变电所使用不带调谐电抗器的电容器组时， 如 果变电所供电给带有产生谐波负载的工业用户， 中压供电电网被认为 是符合标准的电压畸变，就有存在谐振的可能性。表示的是在某一变电所11KV母线上所测量的电压波形，此变电所安装的电容器组没有配置调谐电抗器。由图可见，由于谐振， 电压发生严重畸变，五次谐波电压分量经测量高达基本波的22.2%。如果此电压供电给MV/LV变压器，而此变压器于低压侧接有电容器组，则电容器

34、组之电容与变压器之短路电感形成一串联谐振回路而使 电容器吸收大量谐波电流，而发生电容器过载。3.7 案例 7是于一条供电给数家中、小型工厂的 11.4KV 供电母线上进行20小时的电压THD值测量，显然地，公用电网上之电容器组导致 了将工厂非线性负载所产生的谐波放大。 之所以对此母线的谐波进行 测量，是因在一个于低压侧装有滤波电容器组的工厂经常遭受非正常 跳闸的困扰。 谐波分析证明畸变主要是由五次谐波所造成， 测量期间 第五次谐波电压的最大值达 8.1%，超出了公用电网所规定之 3%限定 值，利用测得的畸变量进行计算，计算出低压侧滤波器的RMSI流，明显地超过了五次滤波器电流继电器的热保护设定

35、值， 如果不采取措 施消除11.4KV系统的谐振，则低压侧的滤波器应改成带6%或 7%电抗 器的调谐式电容器组， 如此一来将导致较高的谐波电流流入公用供电 系统，进而恶化11.4KV的供电质量。3.8 案例 8是一个供电给 7家工厂之变电站单线系统图，变压器 TR1-TR6的负载部份为非线性负载，而变压器 TR7则仅为一般的AC 负载。无功电力补偿方式是用不带电抗器的自控电容器组进行无功补 偿。电容器组制造商被告知有几台变压器上的好几个电容器和熔断器被烧坏，因此对谐波进行了测量。特别注意的是变压器TR7也由于20KV供电母线上的5%畸变而受到供电质量低下的困扰。在为工厂重新设计无功补偿系统的同

36、时， 决定应让在产生谐 波的变压器上对谐波进行吸收， 因此应采用滤波器。 根据每台变压器 上的负载，设计滤波电容器组的无功功率，分支数量和调谐频率。当 然，无需更换现有变压器TR7的电容器组，因为这个变压器只有线性 负载。请注意，由于在变压器TR1-TR6的低压侧的滤波器降低了谐波 注入20KV电网，使谐波电压畸变由5%笔到0.8%,因此，变压器TR7 的供电质量变的很好并控制在规定的范围内。4 结论由大部份案例中可发现, 在公共电网中之谐波畸变水平达到 所规定临界值以前, 谐波问题便已明显地出现在工业工厂或商业用户 中。在用户系统中,若使用不串接电抗器之电容器组并造成谐振情况, 则于装有电容

37、器组之母线上将导致高电压畸变。 用户设备中一些诸如 电动机过热, 变压器过热及电子设备误动作的事情都会发生。 因此对 电力用户而言, 迫切需要的是了解可能发生之谐波问题, 并妥善处理 使谐波畸变限制在合理范围内。计算机仿真计算可针对各种不同电网情况进行快速分析, 其 输出结果可当作设计之依据。 无论如何, 现场之测量不但可以提供可贵之谐波信息，并可当作计算机仿真之输入值，或者可用来验证计算 结果之准确性。变频器的谐波治理与无功功率补偿1变频器供电系统的谐波治理与无功功率补偿的意义随着变频器的广泛应用，变频器供电系统的谐波治理与无功功率 补偿的意义逐渐被人们所认识。变频器供电电源按傅立叶级数可以

38、分 解为基波有功电流，基波无功电流，谐波和间谐波电流。基波无功电流占用电网容量；导致网压波动；在供配电设施产生 热损耗；降低了供配电设施运行可靠性。 谐波和间谐波的集肤效应使 输电线等效截面积变小，线路损耗增加；铁芯中附加高频涡流损耗； 谐波和间谐波电流导致网压波形畸变和辐射干扰，引起同一电网下其他负载出力减小，损耗增加，甚至误动作。变频器用量较大的车间，用电容器直接进行无功力率补偿虽然可 以大副度降低基波无功电流，但是必然出现谐波放大现象。这时，供 电电流和电容器电流中谐波和间谐波电流大副度增加， 电容器由于超 温和过压而损坏，供电变压器温升加大。为避免谐波电流大副度增加， 谐波治理与无功功

39、率补偿必须同时进行。从基波无功电流，谐波和间谐波电流的危害上可看出： 采用就地 谐波治理与无功功率补偿可以获得最大的效益。 根据我们的经验，采 用就地谐波治理与无功功率补尝， 一年或一年半时间即可从节能中回收全部投资。2 变频器供电系统的谐波治于是与无功功率补偿方法 根据变频器分类， 变频器供电系统的就地谐波治理与无功功率补 偿装置分为：含各次滤波器的TSC动态无功功率补偿装置、6%!抗的 TSC动态无功功率补偿装置、固定投入各次滤波器的装置、有源电力 滤波器。2.1 交-直- 交电流型变频器 电网通过可控硅三相全控桥给变频器供电， 功率因数角约等于控制角a。供电电流包含6±1次谐波

40、（K=1、2、3），并且在直流电流 无脉动的理想情况下，n次谐波电流含量是基波电流的1/n。实际上， 直流电流脉动导致五次谐波和七次谐波含量增加， 大于七次谐波的高 次谐波含量减少。就地实现谐波治理和无功功率补尝是安装含各次滤波器的 TSC 动态无功功率补偿装置。 装置中计算机根据基波无功功率投入一定数 量的五次、七次、十一次和十三次滤波器。滤波器对基波呈容性，补 偿基波无功功率； 滤波器对谐波呈现很小的电感， 滤除各次谐波无功 功率。2.2 交- 交变频器 电网通过可控硅三相可逆整流桥给变频器供电，功率因数很低。从电电流不仅包含6K±1次谐波（K=1、2、3），还在谐波附近出现 间隔为变频器输出频率的间谐波。用五次、七次、十一次和十三次滤 波器可以滤除谐波， 但是滤波器器对一些间谐波呈容性， 必然产生间 谐波放大现象。就地实现谐波、 间谐波治理和无功功率补偿是安装 6%电抗的 TSC 动态无功功率补