张宁

摘 要：谐波电流的形成与存在会对电力系统的正常运转产生一定的影响，本文分析了谐波电流对电力电容器的影响，进一步明确了谐波电流在电容器支路中放大、分流、谐振和发生并联谐振的条件及对电容器的影响。

关键词：谐波电流；电力系统；电力电容器

大功率电子设备是现代电力系统非常重要的污染源之一，这些电子设备在实际运行过程中会在电网中形成谐波电压以及电流，它们的存在对于电力系统的正常运转时非常不利的，会降低电网中电能的传输效率，增加输送损耗，严重的甚至还会导致电力系统中电力设备的损坏。在装置有无功功率补偿电容器时，某些情况下谐波电流会被放大，使得电力系统中流经电容器的电流超出设定的额定电流，最终导致电力电容器被烧毁。所以，本文研究谐波电流对电力电容器的影响，进一步明确二者之间的影响关系，从而提出防止电力电容器因为电力系统中谐波电流过载而造成的不利影响的应对措施，确保电力电容器的正常运行。

1 电力系统中形成谐波电流的特征

在电力系统中谐波电流的幅值和直流负载电流成正比，同时触发角以及重叠角的角度也会对其产生影响。在系统中的负载电流值以及触发角角度固定时，重叠角的角度愈大，谐波电流愈小；当重叠角消失时，电力系统中的谐波电流值处在最大。N次谐波电流的最大值Inmax和基波电流I基之间的关系可以用下面的公式来表达：

通过该公式我们能够得知，谐波电流的最大值和谐波的次数为反比关系。当系统中的重叠角角度不是零时，谐波电流幅值可以由谐波电流最大值乘以修正系数来计算得出，In=Kn Inmax。修正系数可以由修正系数的曲线来得出。

2 电力电容器内的谐波电流分析

通常来讲，和系统侧及电容器组本身的阻抗相比，整流装置的谐波阻抗更大。因此，在对电力电容器内的谐波开展分析的过程中，在直流负载值不变时，我们可以把谐波源看成恒流源。在这种情况下，谐波电流对电力电容器的影响作用就主要由电力系统本身的结构来决定。大部分状况下，电力系统中的谐波源和电容器位于一根母线，这时电路的结构为并联电路特征。电力电容器支路串联电抗器时系统结构以及等值电路示意图如下图1所示。

其中：Xs表示电力系统中的基波电抗；xl表示支路中的基波电抗；xc表示电力电容器本身的基波容抗。

通过等值电路公式（2）（3）我们可以得知：

（1）在nxl-xc/n<0时，Icn>In，谐波电流在支路中呈现放大状态；

（2）在nxs+（nxl- xc/n）=0时，系统电路出现谐振现象，且在谐振点周围Icn远远大于In，此时就可能会出现Icn>Ice，使系统中的电力电容器遭受巨大威胁；

（3）在nxl- xc/n>0时，Icn>In，这时系统中的电容器谐波电流值比较小，不会对电容器造成很大的威胁。

3 电力电容器的承受极限分析

电压波形中出现高次谐波的情况下，会引起高频电场，在高频电场中，会加速电力电容器的老化速度，另外，谐波电流的出现也会导致发热，使环境温度上升。所以，在实际工作中，如果系统中出现谐波源以及谐波电流，那么应该对位于其中的电容器承受極限进行校验。

电流的极限为：

电压的极限为：

只有满足了这些条件，才能够有效确保电容器处于正常运行状态。

4 防止电力电容器因为谐波电流过载而造成的不利影响的应对措施

因为当电力电容器处于有谐波源存在的电力系统中时，谐波电流被放大后非常有可能导致电容器发生过载，所以，在设计相关电路时，要对谐波源以及谐波电流进行充分考量，如果有必要可以采取合适的应对方式，确保电力电容器不会出现过载现象，保障其运行安全。

（1）加大整流的相数，对谐波电流的幅值进行限制；

（2）在电容器支路中串联电抗设备，从而使得电容器支路的总阻抗与各次谐波之间呈感性，实现对流经电力电容器支路谐波电流值的控制。在实际工作中，可以通过nminxl=kxc/nmin（其中K表示可靠性系数，其取值范围是1.2-1.5）来进行计算，确保最低次谐波电路感性。

（3）改变系统接线或者电容器的容量，使其避开并联谐振或者谐波的放大条件。

还有，需要注意的是，在实际工作中如果必要可以把电容器支路做成谐振滤波器的形式来解决谐波吸收以及功率因数补偿的问题。

5 结语

通过上述分析和研究我们可知，当电力系统中存在谐波源时，如果向其中设置无功功率补偿电力电容器时，一定要全面考量谐波源以及谐波电流对电容器正常运行的影响，科学的确定电容器支路参数，以便于尽可能的降低谐波电流对电容器的影响，使其处于正常工作状态。尤其是要注意的是，尽可能使电路原理谐振点周围，必要时可以在电容器支路中串联电抗器来降低其影响，从而确保电容器的正常运转，提升其使用年限和寿命。

参考文献

[1]肖文英，张振飞.电铁谐波对电力系统的影响和对策[J].中国电力教育，2011，（15）：100-101.

[2]郑莉莎.在有谐波背景的系统中进行无功补偿的探讨[J].有色金属加工，2010，（4）：60-62.

[3]樊春雷，续建国，吴广宁，等.电铁谐波的测量与仿真分析[J].电力系统及其自动化学报，2009，21（3）：115-120.

（作者单位：国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司）