高压并联电容器
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高压并联电容器范文第1篇
引言
随着国家经济的快速发展，电网建设也在快速发展中。可是由于环境污染日益严重、资源面临消耗殆尽等原因，如何保护环境、如何保持可持续性发展成为了重要课题。本文对紧凑型集合式高压并联电容器装置做了分析。
1 紧凑型集合式高压并联电容器装置的特点和分析
装置由集合式II型高压并联电容器、油浸式串联电抗器、放电线圈、保护器件及电缆进线箱等组成。电容器、电抗器和放电线圈为一体式全密封油浸式结构。根据类型分别装设绝缘油补偿装置、温度保护器件。装置采用近似于零故障的设计理念、独特的内部结构、先进的工艺及设备，使其具有抗恶劣自然环境强、占地面积小、运行安全可靠、寿命长、安装方便、维护量小等特点。
1.1 抗恶劣自然环境强
（1）抗地震：直接落地安装的装置在抗震方面优点明显，在一旦发生地震中保持完好的可能性极大，能够降低地震灾害造成的损失。（2）抵抗覆冰和盐害：装置由于外露的带电部位极少，能有效的抵抗覆冰和盐害。（3）抗高强度光照：全密封结构和优良的散热性能，能让装置抵御更强的光照烈度而不会发生绝缘介质加速老化和容量变化。（4）适用高海拔和昼夜温差大地区：增加装置瓷套爬电裕度或遮蔽带电部位以应对高海拔地区防污要求，采用膨胀器补偿温差引起的油量变化。
1.2 占地面积小
以10kV 6000kvar电容器成套装置为例，紧凑型集合式高压并联电容器装置占地面积6.67m2；集合式II型电容器装置占地面积19.2m2。两种方案相比较，紧凑型集合式高压并联电容器装置的占地面积仅为集合式II型电容器装置的三分之一。
1.3 运行安全可靠
1.3.1 继电保护
35kV 60000kvar电容器组，框架结构由于电压及容量的关系，采用开口三角保护时，得到二次电压整定值过小，无法达到继电保护要求，所以采用桥差保护。而紧凑型集合式高压并联电容器装置采用的集合式II型电容器，内部采用大容量元件构成及不采用内熔丝结构，当内部一个元件故障时，整个串联段退出运行，容量变化极大，装置采用开口三角继电保护整定值为3.5V左右，当相间偏差为1.01时，初始不平衡保护整定值为0.8V，远远小于开口三角保护的整定值。因此紧凑型集合式高压并联电容器装置即使采用开口三角保护，也同样保证电容器故障时，快速的退出运行。
1.3.2 压力保护
电容器、电抗器、放电线圈发生严重故障后，释放大量气体而会引起内部压力增高。装置装有压力释放阀，当内部压力超过0.05MP时，释放内部压力的同时，也可以发出继电保护信号，使装置退出运行。
1.3.3 温度保护
电容器、电抗器装有油面温度控制器，当上层油温超过预设值时，可向主控室发出警报。也可以通过PT100向主控室输出电阻信号或电流信号，使监控人员可以实时监测装置的油温。
1.3.4 防爆防火
装置采用全封闭结构，油箱外壳由厚度5～20mm的钢板制成，为了保证油箱机械强度达到标准要求，同时满足抽真空注油工艺，外部焊有加强筋，加强箱体。保证装置油箱能承受住0.1MPa负压及0.06MPa正压的机械强度，而无损伤及永久性变形。由于箱体结构及完善的保护措施，保证了装置在任何情况下都不会出现爆炸或者失火现象。
1.4 寿命长
装置中寿命终结的具体表现为内部绝缘介质绝缘失效。而导致内部绝缘介质绝缘失效的原因主要有温升过高引起的热老化、局部放电引起的电老化、油箱及外部构件机械老化。以下将从产品的设计、工艺等方面介绍采用何种措施，确保装置具有较长的寿命。
1.4.1 产品设计
（1）容器设计。a.采用较低的电场强度，低场强设计是延长电容器使用寿命最有效的方法之一。b.优化元件及芯体设计，达到降低电容器的损耗和改善电场分布。c.增大导体截面积，避免因为通流能力不足引起的发热。d.增大油隙，避免芯体内部局部温升过高。（2）电抗器及放电线圈设计。a.原材料采用高品质取向性冷轧硅钢片，夹件采用高强度非磁性特种钢。b.独有的屏蔽技术优化磁场结构。c.线圈恒张力卷绕保证线圈的均匀性，线圈恒压力干燥保证线圈的一致性。d.采用真空浸渍整体固化技术，损耗和噪音减至最低。e.专有线圈换位技术，防止涡流损耗。（3）装置结构设计。a.采用全密封油箱结构，避免由于装置渗漏油，引起外部水分进入箱体内部，破坏电容器绝缘，影响装置寿命。b.采用进口油量补偿装置，用以补偿温度引起的浸渍剂体积变化，使密封的装置内部处于充满浸渍剂的微正压状态。
1.4.2 产品工艺
（1）严控原材料品质。绝缘介质的介损对装置温升有比较显著的影响，故有必要通过对原材料性能的控制降低装置温升。针对装置所用的原材料，与供应商签订专用的技术协议，对原材料性能指标、检验监测方法等进行严格要求，其中对原材料的介损性能进行了进一步的规定。其次原材料的入厂检验适当的增加了抽检范围和频率，确保使用的不同批次原材料性能在较高水平上尽量接近。（2）电容器铝箔采用折边工艺。铝箔采用激光切割工艺，元件卷绕时铝箔一边折边、一边凸箔，一边折边后，边缘消除毛刺，曲率半径增大，大大改善边缘电场畸变，提高元件的局部放电水平，增强耐受过电压的能力。（3）电容器独特元件的连接方式。元件采用机械压接方式，压接端子为进口的专用端子，具有两项主要优点：压接效果可视化，不会发生连接处接触不良现象；压接端子经过特殊钝化处理，不会发生毛刺放电。避免导体之间的连接处不良引起局部发热。（4）采用独特的真空浸渍技术降低局放量。真空处理采用三步法，真空干燥、真空注油、热烘试漏分步进行，处理终点以处理效果来判定不以固定时间来判定，保证达到工艺要求，使工艺过程合理化，科学化。真空干燥过程采用双抽变压法先进工艺，注油过程采用炉外单抽单注、加压浸渍工艺，保证浸渍充分。提高了装置的局部放电水平。（5）添加进口环氧添加剂降低局放量。绝缘油老化过程中，会产生少量的活性氢离子。在绝缘油中添加进口环氧添加剂，通过活性键吸收绝缘油老化产生的活性氢离子，有效的抑制绝缘油绝缘耐力的下降，减少局放的生成。
1.5 安装方便免维护
（1）装置采用全封闭结构，绝缘油完全与大气隔离，整个寿命期内无需油样检测。电容器箱壁采用6mm以上的钢板双面焊接，寿命期内不会出现任何漏油点。（2）装置采用一体化设计，外露的带电部位全部遮蔽，此种布置使得装置在整个寿命期间内不需要任何维护。对于没有专业电容器装置维护人员的企业用户，免维护是非常适用的。（3）装置运至现场后，不需要出更多的人力物力来安装。直接将装置落在基础上，电缆接入装置便可上网运行。
2 结束语
公司几十年的电力电容器设计、制造的经验基础，凭借先进科学的工装设备和生产工艺，依托对产品技术的深刻研究和全面掌握，以“为客户提供满意的产品和服务”为宗旨，不断的进行产品技术和原材料性能的研究和结合自身设计和制造能力，提高产品性能并满足客户的需求。
参考文献
高压并联电容器范文第2篇
关键词：混合气体绝缘结构集合式高电压并联电容器
随着目前电力需要量的不断增长和环境保护问题的日趋严重，迫切需要难燃、不易污染的输电设备。充气集合式高电压并联电容器便应运而生。目前在电力电容器市场份额中，充气集合式高电压并联电容器所占比例越来越大，单台容量也越来越大，这就迫切需要我们研究、开发出性能更好，更能适应市场需求的新产品。西安西电电力电容器有限责任公司于2001年成功地研制了BAMHL11／-7200-1×3W产品，并通过了所有的型式试验，即将在南宁七一变电站挂网运行。
-7200-1×3W是在以往产品的设计和制造技术基础上，总结经验，扬长避短，主要在以下几个方面进行了改进。
1内部结构
第一台充气集合式高电压并联电容器产品-2000-1×3W内部结构为：电容器单元立放布置，由于其整台容量较小，在设计时选用较大容量的电容器单元，使电容器单元数量少，且接线方便，出线简单。其外形长宽高比为：长∶宽∶高＝1．7∶1∶2．1。由此可见该产品外形协调、美观。且已于1999年在呼和浩特顺利运行。
但通过这几年的充气集合式高电压并联电容器的研究表明：电容器单元立放布置这种结构在容量较大时，由于电容器单元数量多，致使其接线复杂、出线不方便，且其高度低，占地面积大，故不再适合采用这种结构。
新研制的BAMHL11／-7200-1×3W较产品BFMHL11-2000-1×3W容量增大了2倍多，故不宜采用电容器单元立放结构，本产品把电容器单元分3层卧放布置，电容器单元采用新式内熔丝结构，并合理改进其接线方式和选用可靠的绝缘材料，经过以上改进后，其外形尺寸的长宽高比为长∶宽∶高＝1．4∶1∶1．5，该产品外形美观、结构协调、占地面积较小。其各项性能指标经国家电力电容器质量监督检验中心的测试，均符合要求，其主要试验结果如下表：
2筋板
产品BFMHL11-2000-1×3W的外形见图1.
产品外壳上的筋板是用钢板弯成，单面焊接在箱壁上，在电容器容量较小时，电容器外形尺寸较小，故在额定表压下外壳变形量也较小，该筋板还兼有散热作用。因筋内侧无法表面处理，在户外长时间运行以后，容易在筋板的下端生成锈迹、影响其外观。电容器容量较大时，其外壳表面积较大，这种筋板结构的缺点便更明显。故经过比较后BAMHL11／-7200-1×3W产品选用10mm×60mm板条为加强筋，兼有散热功能，板条双面焊接在箱壁上，所有焊缝均经过打磨和表面处理，这种结构不易生锈，其外形见图2。经试验最大变形量为5mm（0．065MPa时），满足设计要求。
3绝缘气体的确定
SF6气体具有良好的电气特性和化学稳定性，但其价格较贵，且对电场不均匀度较敏感，所以，目前国内外都在研究用SF6的混合气体来替代纯SF6气体。
研究表明用廉价的N2加入适量的SF6气体就能使这些常见气体的电气强度有很大的提高。我们合理改进绝缘结构设计，便能满足其电气性能的要求。
目前已获工业用N2＋SF6混合气体采用50％∶50％或60％∶40％，其主要用于高寒地区断路器的绝缘媒质和灭弧媒质。在BAMHL11／-7200-1×3W产品中我们选用适当比例的体积比，提高了设备的绝缘性能。
4小结
高压并联电容器范文第3篇
1、变电站无功补偿提高10KV配网线路电压质量
在变电站，为了保证电网系统无功平衡，在设计上要配置一定容量的无功补偿装置。补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等。在35KV降压变电站中主要采用无功补偿装置为并联电容器。并联电容器一般连接在变电站10KV母线上。主要目的是接近向配电线路前端（靠近变电站的线路）输送无功，提高配电网的功率因数，同时实现调压的目的。并联电容器的容量按变电站主变压器容量的15%-30%原则配置。
变电站无功补偿的原理：利用并联电容器的投、退改变无功功率在电抗上产生的电压降的纵向分量的大小，达到调压目的。
假定高压母线为无穷大系统，按照母线电压U1不变。则
如上图所示：
1）电容器没有投入时，变压器低压侧母线电压U2如下式所示：
U2= （1）
电容器投入时，假定负荷不变，变压器低压侧母线电压U2′如下式所示：
U2′= （2）
分析以上两种情况可以看到:
U2< U2′
即在变电站内部投切并联电容器，提高10KV配网线路电压质量有一定的积极作用。
在实际运行中往往采用分组是电容器，在设备铭牌上单组电容器型号如：BAMH 11/ -600-1×3W，分组式电容器如BAMH 11/ -600+600-1×3W。
按照公式（2）分析很容易得出结论：分组式电容器在变电站内无功补偿和调压方面更加灵活。
另外，《渭南电力系统调度规程》明确规定了：变电站电容器投、停的原则为保证变电站10KV母线电压在10-10.7KV范围内，投入容量应就地补偿无功不向系统到送无功为原则。分组电容器在本站负荷较小时投入一组，负荷较大时全部投入。可见，分组式电容器更适合无功补偿、电网电压调整和电网经济运行的要求。
2、调整变电站主变器分接头的方式提高10KV配网网线路电压的方式
变压器调压分为：顺调压、逆调压和常调压三种方式。其中：
逆调压是在高峰负荷时升高电压，低谷负荷时降低的调压方式。顺调压是在供电线路不长，负荷变动不大的情况下，高峰负荷时降低电压，低谷负荷时升高电压的调压方式。常调压是保持电压为一基本不变的数值的调压方式。
由于10KV配电线路广泛采用大树干、多分支单向辐射性供电方式。高峰负荷时，线路电压偏低，低谷负荷时线路电压偏高。所以，对于35KV/10KV降压变电站大多采用逆调压的调压方式，即在高峰负荷时升高电压，低谷负荷时降低电压。
变压器调压的原理；
设变压器一次侧电压为U1，二次侧电压为U2，变压器变比为K。因为：
K=
高峰负荷时，U2降低，要提高电压，就需要减少变压器变比K，即减少变压器一次侧线圈匝数，同理，低谷负荷时，U2升高，要降低电压，就需要增大变压器变比K，即增加变压器一次侧线圈匝数。
现场运行人员在实际工作中，要按照《变电站现场运行规程》规定，将电容器的投切和变压器档位的调整要相互配合，来达到提高10KV配电网线路首端即变电站10KV母线电压在规定的范围内，
3、10KV配电线路上装设高压并联电容器
10KV配网线路的特点是：负荷率低，负荷季节性波动大，配电变压器的平均负荷率低，供电半径长，无功消耗多，功率因数低，线路损耗大，末端电压质量差。所以，在10KV配电线路上宜采用分散补偿的方式，来提高线路的运行性能，降低电能损耗，提高网络的电压质量。
配电线路分散补偿，是指把一定容量的高压并联电容器安装在供电距离远，负荷重、功率因数低的10KV架空线路上。如下图所示：
图2
10KV配电线路上利用并联电容器无功补偿来提高电压质量的原理：
图3
假定图3中AB段线路的阻抗为R+jX
（1）线路电容器不投入时，线路末端电压U2如下式所示：
U2= （3）
（2）线路并联电容器投入时，线路末端电压U2′如下式所示：
U2′= （2）
可见并联电容器后，10KV配网线路的电压质量有一定程度的提高。
4、10KV配电线路无功补偿安装位置的确定和装设容量原则
（1）就近补偿适应于线路主干线长度超过10KM，超过经济电流密度运行的中负荷吸纳路，电压质量差的线路；
（2）防止轻载时想电网到送无功，容量选择以补偿局部电网中配电变压器的空载损耗总值为度。
（3）合理选择安装位置。和补偿容量
无功补偿装置安装位置选择应符合无功就地平衡的原则，尽可能减少主干线上无功电流为目标。补偿容量以每个补偿点不超过100-150kvar为依据。补偿位置遵循2n/(2n+1)规则，每条线路上安装一处为宜，最多不超过两处。
在实际运行中，在设备选型方面，要尽可能选择具有根据电压质量和负荷变化情况自动投切功能的高压线路并联电容器。
高压并联电容器范文第4篇
【关键词】电力变电站；电容器组；设计分析；安装布置
随着我国电力事业的发展，我国电网规模在逐步扩大，供电公司其变电站的电容器发生故障也越来越多。在电力工程设计时电容器组的安全运行是设计师考虑的重点。近年来，科技发展使得电容器及其同路配套设备质量有很大程度提高，这都为并联电容器装置发生故障几率大大降低，但实际情况并非如此。因为并联电容器装置是一个整体系统，系统中的所有元件都安装正确并不能保证电容器没有问题。本人由工作经验得知，接线方式、保护方式和安装方式是并联电容器装置运行中出现最多的问题。本文将对上述问题进行分析讨论并提出工程设计时应注意的问题。
1 并联电容器装置设计技术原则
在对电容器组出现的大量故障分析表明，电容器装置设计上存在技术缺陷是导致电容器发生故障的主要原因，以下对电容器装置接线和保护问题进行了探究。
1.1 电容器组接线
由于三角形接线在技术上存在不安全因素，运行中又发生了大量的电容器爆裂起火事故，早在1985年颁布执行的部颁标准《并联电容器装置设计技术规程》规定采用星形接线取代了三角形接线。由于现阶段电容器组的电压等级为65 kV及以下，属于中性点不接地系统，所以，电容器组的中性点也不接地。星形接线又有单星形和双星形之分。根据电压等级和电容器组容量选用。
1.2电容器和电容器组保护
1.2.1单台电容器保护
电容器保护的任务是在单台电容器内部元件发生击穿，其健全元件过电压在安全值范围之内，吸收能量不足以引起外壳爆裂前动作，切除故障元件、停运有故障元件的电容器或有故障电容器的电容器组。保护方式有内熔丝、外熔断器和继电保护3种方式。电容器内部元件击穿时，内熔丝动作隔离故障元件，多个元件被隔离后健全元件或单台电容器过电压时，不平衡保护动作于跳闸；外熔断器动作可切除有内部元件故障的电容器：继电保护动作可切除有电容器内部故障的电容器组。电容器组都是由多台电容器组合而成，每台电容器又是由很多电容器元件并联与串联后组合构成，运行中个别电容器内部元件击穿损坏是常有的事，运行中允许电容器个别元件损坏（内熔丝电容器）或一台电容器损坏，但不应影响电容器组的安全运行，更不能使故障扩大造成电容器爆裂着火等恶性事故。所以，必须设置安全可靠的单台电容器内部故障保护。
1.2.2电容器组保护
当电容器组中某个单台电容器发生元件击穿故障，或电容器缺台运行，引起正常电容器过电压达到1.1倍，这时继电保护应动作，停运整组电容器。保护的基本原理是利用电容器组内部相关的两部分之间的电容量之差，形成电流差或电压差构成保护.故称为不平衡保护，可分为：不平衡电流保护和不平衡电压保护，所有电容器组均应装设不平衡保护，根据电容器组的接线方式，可以有不同的选择.这是电容器保护的重要原则，必须遵循。不平衡保护通常为电容器组短路故障和危及电容器的异常状态提供主保护。不平衡保护最重要的作用是在故障扩展前将电容器组立即退出运行。
2 设备选择的有关问题
并联电容器装置的设备选择涉及很多问题，如：断路器、操作过电压保护用避雷器、放电线圈、串联电抗器、电容器和外熔断器等。本文不准备逐一介绍，以下仅对电容器、过电压阻尼装置和串联电抗器的电抗率予以说明。
2.1 电容器
电容器选型也涉及诸多问题：介质、绝缘油、套管、元件的并联和串联、内熔丝和内放电电阻等。本文不去一一阐述，仅说明几个相关问题。
（1）单台容量选择。由于电容器生产的发展，厂家的产品容量，很多已超出了产品标准规定的优选容量系列。原则上说，只要能满足电容器组的容量组合需要和满足安全运行条件，单台容量可以不作限制。但是，从一个地区（或一个单位）准备电容备品考虑，备品型式愈少愈好。同时，要考虑单台电容器容量与电容器组容量相适应，如10 kV电容器组，容量3 000 kvar，假设选用500 kvar的单台电容器每相2台组成电容器组，则单台容量偏大；但是，如果采用单台容量50 kvar的电容器，每相将会有20台并联，则单台容量偏小，台数太多，运行维护麻烦上述2种容量组合都欠妥。如果采用单台容量100 kvar的电容器，可以采用外熔断器保护，同时可以满足缺台运行条件，对110 kV变电站是比较好的配置；当然，还可以采用334 kvar带内熔丝的电容器或3相集合式电容器。
（2）内熔丝电容器。工程中采用内熔丝电容器愈来愈多，这种电容器的优点何在？内熔丝反应于1个电容元件击穿而动作，外熔断器反应于2个以上内部元件串联段击穿而动作；外熔断器动作分散性大、安装要求高、易受气候影响而误动或拒动；内熔丝无安装要求，不受气候影响，动作一致性好；内熔丝动作几乎可以实现4无过渡过程”开断，外熔断器在电容器内部1个串联元件段击穿时将长期不动作；内熔丝动作特性按限流熔断器设计，可以实现“无重击穿”开断，外熔断器属喷逐式熔断器，无论是灭弧机理，还是灭弧介质都不如内熔丝理想，容易发生“重击穿”，造成电容器损坏；内熔丝有“自愈式”保护，延长电容器使用寿命，内熔丝动作后，故障被隔离在1个元件范围内.引起的相电压和相电流变化极其微小.单台电容器容量变化约1%，不影响继续使用。外熔断群动作后，单台电容器故障仍然存在，无法继续使用，寿命终结；内熔丝对装置来说不占空间、免安装免维护。应当注意。内熔丝电容器优点虽然很多，并不是所有电容器都可以装设内熔丝（前面已说明）。
（3）套管安装。电容器接线端子与瓷套管之间、瓷套管与箱盖之间的连接方式有2种：焊接和辊压式密封连接。后者强度高，漏油率低，优于前者，产品订货时应提出要求。
2.2过电压阻尼装置
无功补偿专业技术人员，研究了各种抑制电容器组操作过电压的方法，过电压阻尼装置已经在工程中应用，并获得了很好的效果。在串联电抗器旁并联过电压阻尼装置（主要由电阻器和真空间隙串联造成），当电容器组操作时，作用在串联电抗器上的电压可使真空间隙击穿放电，将与其串联的电阻器接入回路，电阻器可消耗电磁振荡能量，阻尼回路的过渡过程，抑制电容器组的过电压和过电流。在过渡过程结束后，串联电抗器恢复稳态电压，真空间隙可靠灭弧，将电阻器从回路中断开，避免了功率损耗。采用过电压阻尼装置，可降低操作过电压的陡度和幅值（合闸过电压一般不超过1.5倍，重击穿过电压一般不超过2.2倍），缩短操作渡过程，一般仅维持10～20ms，不再重击穿。
2.3电抗率
根据最近的调查，在500 kV变电站中35 kV电容器组的电抗率有3种：5%、6%、12%；66 kV电容器组的电抗率只有6%一种。330 kV变电站与500 kV变电站类似。220 kV和110 kV变电站中的电容器组的电抗率比较多，有0.5%、1%、4.5%、5%、6%、12%、13%等多种。电抗率与单台电容器的额定电压相关，电抗率选取主要考虑串联电抗器的作用：当电网背景谐波很小，串联电抗器仅用于限制合闸涌流时，宜取0.1%～1%。用于抑制谐波，分为下列2种情况：当并联电容器装置接人电网处的背景谐波为5次及以上时，宜取4.5%～5%；当背景谐波为3次及以上时，宜取12%，在同一个变电站里，亦可采用4.5%～6%与12%2种电扰率混装方式（见GB 50227--1995标准第5.5.2.2条款）。
3 电容器组布置
3.1电容器组布置
在电容器组的布置上，要满足配电装置的布置要求，尽量使电容器组距离重要设备远一点，防止发生电容器爆裂起火事故时扩大影响范围。为了给运行维护创造良好条件，需特别注意。电容器卧式安装的框架相互之间的距离，应满足更换故障电容器时，从架子上向一侧取出电容器需要的最小距离。电容器卧式安装可以降低装置的高度，但为了满足上述要求，占地面积可能需要增大。
4 结束语
保证并联电容器装置安全运行是工程设计的首要任务，除了应选择质量好的电容器产品和性能好的配套设备，还必须注意无功补偿技术的最新发展，以便在工程设计时确定正确合理的技术原则。特别应该注意的是接线方式和保护方式的适用条件、设备选择时应注意内熔丝电容器和外熔断器的适用条件、电容器安装与布置首先应满足安全要求，其次要有利于运行维护。
参考文献：
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高压并联电容器范文第5篇
[关键词]电容器 电抗器 谐波
中图分类号：F415 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0051-02
一、前言
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。为了减少电网电源向感性负荷提供无功功率，降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，所以需要在电网中安装并联电容器等无功补偿设备提供感性负荷所消耗的无功功率。但是电网在运行时很多电气设备和用电设备在运行时都会产生谐波，只不过一般情况下对电网波形影响不大，不会危及正常的供电和用电，但某些情况则不同，如变压器铁心饱和、电弧炉炼钢、大型整流设备，都会对电网带来严重的谐波干扰，不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡影响供电质量。另外随着电力电子技术的广泛应用与发展，在供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”，并且严重影响电网无功补偿装置的安全运行。同时并联电容器在合闸过程中形成的合闸涌流也会对电容器产生很大的危害。在并联电容器装置串联电抗器是抑制高次谐波和限制合闸涌流的有效手段，防止谐波及合闸涌流对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。本文着重就串联电抗器抑制谐波及限制合闸涌流的作用展开分析。
二、电抗器的分类
电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感。电感具有抑制电流变化的作用，通常把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。在电网中采用的电抗器，实际上是一个没有导磁材料的空心电感线圈。
按结构及冷却介质电抗器分为：空心式、铁芯式、干式、油浸式等，例如干式空心电抗器、干式铁芯电抗器、油浸铁芯电抗器等。
按接法电抗器分为并联电抗器和串联电抗器。
按用途电抗器分为限流电抗器、滤波电抗器、补偿电抗器等。
三、电抗器的特性
1.铁芯电抗器
优点是损耗小，电磁兼容性较好，体积小。缺点是噪声大、电抗器线性度差、能引起漏磁，局部过热，易发生磁饱和，烧毁线圈。系统过压、过流和谐波的影响，致使铁芯过饱和电抗值急剧下降，抑制谐波的能力下降，抗短路电流能力低。干式铁芯式电抗器除上述缺点外，还不能在室外运行。
2.干式空芯电抗器
干式空心电抗器结构上不用任何铁磁性材料，因此，线性度大大优于铁芯电抗器，具有很强的限制短路电流的能力而且噪音小。但由于没有铁芯，绕组中通过单位电流所产生的磁通较小，所以体积较大，同时损耗也要比铁芯电抗器大。再有空心电抗器附近存在磁导体的话，将使电抗值升高，在正常情况下电抗器的磁通在空气中形成回路，但安装场所屋顶、地面、墙壁、围栏等如有铁钢等磁性材料存在，则会在其中引起发热，因此空心电抗器在安装时对周围物体有一定距离要求，同时为避免相邻两组电抗器相互影响，同样也需要保持一定距离。
四、电容器投入时的涌流
无功补偿电容器在投运合闸瞬间往往会产生冲击性合闸涌流，这是因为首次合闸的电容器处于未充电状态，流入电容器的电流仅受回路阻抗的限制。因该回路接近短路状态，回路阻抗很小，故而会产生很大冲击涌流。涌流的频率很高，幅值比电容器正常工作电流大几倍到几十倍。电容器的涌流由工频部分和高频部分组成。工频部分就是电容器中流过的稳态电流，高频部分为暂态电流。暂态电流的持续时间很短，根据国内多年运行经验，20倍的涌流对设备不会造成伤害。
在变电站中，为了运行时调节无功功率的方便，将电容器分为几组并联联接。一般各组电容器容量相等，分别经高压断路器联接在母线上。当要求各组电容器全部或部分投入时，应按顺序投入。当投入第一组涌流一般不会造成危害；投入第二组时，已带电的第一组电容器将向第二组电容器充电，产生很大的涌流，比第一组电容器投入时严重得多。同理，在投入第三组及更多组时涌流将更大。如果涌流过大可能造成高压断路器触头熔焊、烧损；涌流产生的电动力可能造成零件损坏，设备绝缘损伤。
五、电抗器对合闸涌流的限制
当在电容器组回路中串联电抗器后，增大了电路的感抗，使电容器的放电电流减小。可以把合闸涌流抑制在1+电抗率倒数的平方根倍以下。根据国内多年运行经验，20倍的涌流对设备不会造成伤害。所以通常要求应将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下，为了不发生谐波放大，要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时，采用限制涌流的电抗器；电抗在（0.1%-1%）Xc（Xc为电容器容抗）左右即可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗。当需要考虑网络谐波问题时，串入电抗为6%的电抗器可将涌流限制在5倍左右。串入电抗为12%的电抗器可将涌流限制在3倍左右。有了串联电抗器，不论是投入单组电容器，或是运行多组，其合闸涌流的危害均不会再成为问题。
六、电网中的谐波及其产生的原因
对于交流电，人们希望的波形是正弦波形，因为这样可以减少铁损并提高效率。但是，电网中存在的除基波电压、电流以外，还因为某些设备和负荷具有非线性特性，从而产生高次谐波分量即为电网谐波。
近年来，由于电力电子技术的迅速发展，非线性用电负荷以及可控硅大量应用，当电力系统中存在某些设备和负荷具有非线性特性时，所加电压与产生的电流不成线性关系，将会造成电力系统的正弦波形畸变，出现高次谐波，即产生谐波电压和电流。如换流设备、调压装置、电气化铁路、电弧炉、家用电器以及各种电子节能控制设备等。这些设备即使供给它理想的正弦波电压，它们采用的电流也是非线性的电流，这些设备产生的谐波电流会注入电力系统，使系统各处电压产生谐波分量，对电力网造成污染。同时，谐波电流在网络的阻抗上产生压降，使正弦电压波形发生畸变；另一方面电力系统内并联电容器的投入往往使母线电压的畸变加剧，甚至可能发生危险的并联谐振。
做为谐波源，非线性设备可划分为：传统非线性设备，包括变压器、旋转电动机以及电弧炉等；现代电力电子非线性设备，包括荧光灯、在工业界和现代办公设备中广泛使用的电子控制装置和开关、电源、晶闸管控制设备等。
通过对国内多个地区变电站进行谐波测试和分析，证明系统中存在的各次高次谐波分量，以3、5、7次谐波分量较大，而且不少变电站在并联电容器组投入后，母线电压谐波分量显著增加。因此，对电容器投入引起的谐波电压畸变加剧和使电容器过电流问题，应分析它们之间的影响，进而采取有效措施。
七、谐波对电力电容器的危害
为了补偿负荷的无功功率，提高功率因数，常在负荷处装有并联电容器组。在工频频率的情况下，这些电容器的容抗比系统的感抗大得多，不会产生谐振。但是对于谐波频率而言，系统的感抗大大增加，而容抗大大减小，就可以产生并联谐振或串联谐振，使谐波电流放大。
由于容抗与电源频率成反比，当高次谐波电压作用于电容器组上时，因高频率谐波使电容器容抗减小，所以通过电容器内的电流增大；换言之，此时，在基波电流的基础上又增添了电流谐波分量，这样波形势必发生畸变，结果使系统阻抗产生谐波过电压叠加于原电压上，造成电压波形畸变放大。同时，通过电容器组的电流还与其电容量有关，容量愈大，容抗愈小，进而使电流更大，故在投入大容量电容器组时，上述畸变过电压更为严重。谐波过电压不仅会使系统电流、电压的波形发生畸变，而且还会造成电容器组的损耗功率增加，导致电容器过负荷、异常发热、介质材料老化、电容值变化、振动及异常噪声，最终导致电容器组被烧毁发生事故。同时影响控制、保护、检测装置的工作精度及工作可靠性。引起过流保护误动作、熔断器熔丝熔断、电容器组无法合闸等事故或障碍。尤其当电容器组距离谐波较近处，所造成的后果更为严重。
八、并联电容器对谐波的放大
并联电容器之所以能够引起谐波放大，在于电容器回路在谐波频率范围内呈现容性。在工频频率情况下，电容器的容抗比系统感抗大得多，不会产生谐振。但是，对于谐波频率而言，系统感抗大大增加，而容抗大大减少。电容器的电抗随着频率的升高而减小，这使得电容器成为谐波的吸收点。装有并联电容器的变电站，当10kV或35kV母线上接有谐波源用户时，电容器和电源电感有可能结合构成并联谐振电路。在谐振情况下，谐波被放大，最终的电压会大大高于电压的额定值并导致电容器损坏或熔丝熔断。
九、电抗器对谐波的抑制作用
并联电容器在一定参数下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。通过改变电容器组的无功出力可以改变谐振频率。减少电容器容抗，高次谐波不会被放大。要使容抗减小即增大电容器容量。但是，用增加电容器容量的方法是不合理的，最有效的措施是在电容器回路中串联电抗器。当电容器回路呈电感性时，电容器回路和系统阻抗并联分流，可使流入系统的谐波电流减小。当无功补偿电容器组接入电网存在有高次谐波时，电容器组对n次谐波的容抗降为，系统感抗对n次谐波的感抗升高为。在电网存在有n此谐波电流时，如果符合=的条件，则将产生n次谐波的谐振现象。其n次谐波电流与基波电流迭加后，使流过电容器的电流骤增，此时产生的过电流必将危及电容器的自身安全。同时，谐波电流在系统阻抗上产生的谐波电压与电源电压迭加后产生过电压，此过电压也会威胁到电容器的安全运行。
采用并联电容器进行无功补偿构成的电路中，若电容器支路与系统发生并联谐振，此时，谐振点的谐振次数为：
=
式中：----系统等值谐波短路电抗
----电抗器基波电抗
----电容器基波电抗（/=A，A为电抗率）
从上式看出，串入电抗器电感量越大，则谐波次数越低，因而，可通过串入电抗器电感量的大小来控制并联谐振点，从而达到避开谐波源中的各次谐波。由此可见，在补偿电容器回路中串联一定电抗率的电抗器，即能有效地避开谐振点。
在电容器接入处电网存在高次谐波时，当谐波次数大于谐振点的谐波次数时，电容器回路阻抗呈感抗，此时谐波电流全部流入电容器回路中，故而电容器对谐波电流不起放大作用。但在谐波次数小于谐振点的谐波次数时，电容器回路阻抗特性呈容抗，此时串联的电抗器不会起到抑制谐波的作用，反而对谐波电流起到放大作用。为此在电容器回路串联的电抗器不能任意组合，一定要考虑接入处电网的谐波背景，只有根据谐波背景选择合适的电抗率的电抗器，才能起到抑制高次谐波的作用。
当补偿电容器接入处电网含有多种谐波成分，并且含量都较大时，串联电抗器电抗率可按下式确定，此时该电容器支路对于较大含量的各次谐波均不会产生较大作用。
XL=a/n2
式中：a---可靠系数（一般取a=1.2----1.5）
---电容器组基波电抗
n-----具有较大含量的最低谐波次数
十、串联电抗器电抗率的选择
在电容器组与电抗器的串联回路中，串联电抗器的电抗值与电容器组的容抗之比就是改组电容器装置的电抗率。电抗率是串联电抗器的重要参数，电抗率大小直接影响着它的作用。选用电抗率要根据它的作用来确定。
1.当电网中谐波含量甚少，装设串联电抗器的目的仅为了限制电容器追加投入时的涌流，电抗率可选得比较小，一般为0.1%～1%，在计及回路连接电感影响后，可将合闸涌流限制到允许范围。在电抗率选取时可根据回路连线的长短确定靠近上限或下限。
2.当电网中存在的谐波不可忽视时，则应考虑利用串联电抗器抑制谐波。为了确定合理的电抗率，应查明电网中背景谐波含量，以期取得较佳效果。电网中通常存在一个或两个主谐波，且多个为低次谐波。为了达到抑制谐波的目的，电抗率配置应使电容器接入处综合谐波阻抗呈感性。通常电抗率应这样配置：
3.当电网背景谐波为5次及以上时，可配置电抗率4.5～6%。因6%的电抗器有明显的放大3次谐波作用，因此，在抑制5次及以上谐波，同时有要兼顾减小3次谐波的放大，电抗率可选用4.5%
4.当电网背景谐波为3次及以上时，电抗率配置方案有两种：全部配12%电抗率或采用4.5%～6%与12%两种电抗率相结合。采用两种电抗率进行组合的条件是：电容器组数较多，为了节省投资和减少电抗器消耗的容性无功。
十一、电抗器的安装位置
根据《并联电容器装置设计规范》GB50227-1995规定：串联电抗器宜装设于电容器组的中性点侧。当装设于电容器组的电源侧时，应校验动稳定电流和热稳定电流。
串联电抗器无论装在电源侧或中性点侧，从限制合闸涌流和抑制谐波来说都是一样的。但是，串联电抗器装在中性点侧，正常运行串联电抗器承受的对地电压低，可不受短路电流的冲击，对动、热稳定电流没有特殊要求，可减少事故，使运行更加安全，而且可采用普通电抗器产品，价格低廉，经济性强。电抗器装在电源侧时运行条件苛刻，因它承受短路电流的冲击，对地电压也高（相对于中性点），因而对动、热稳定要求高，甚至高强度的加强型电抗器也难于满足运行要求。
十二、结论
电容器合闸涌流可以通过在电容器组上接入串联电抗器进行限制。但是，电力系统中，谐波对并联电容器的运行影响更为突出，高次谐波会导致电容器过电流和过负荷，使电容器发热、绝缘老化，从而缩短电容器的使用寿命；而并联电容器也会引起系统谐波阻抗特性的改变和谐波电流的放大，对电容器本身及其附近的电气设备造成威胁。对谐波的抑制可以在对大容量非线性负荷用户加强管理的同时采取措施降低谐波源谐波含量，也可以通过在电容器回路中串接电抗率合适的电抗器等来限制系统谐波对并联电容器的不利影响。在一个变电所中，可按上述方式配置不同电抗率的串联电抗器。当涉及到一个局部电网的谐波控制时，从技术经济上优化电抗率配置是一个复杂的系统工程，应列项进行专题研究。由于谐波计算没有统一意见，所以国家标准、行业标准中尚无具体规定，为了对谐波放大作粗略计算，可参照目前国内的一些谐波专题研究中推荐的公式，以便对设计作出估计，但最终仍需要在工程投运时进行试验调整，以确保电力系统的安全可靠运行。
参考文献
[1] 高压并联电容器运行及维护技术张利生.张利生.中国电力出版社.2006.
[2] 并联电容器对谐波的放大及解决措施.周元祺.华东电力.2009.（12）.
