电抗、容器的原理和作用

一、电抗器的作用

在高电压回路里面，安装有“电抗器”主要是为了防止线路上的电流突变，造成设备的损坏。按愣次定律可以知道，线圈具有抗磁通变化的特性，当线路的电流突然变大时，通过“电抗器”的磁通骤然增大，“电抗器”为维持自身的原有平衡，感应产生一个逆向磁通（逆向电流），把突变的电流削减一部分，一般来说，在高压系统分析的时候，短路电流等都是看成瞬时或极短时的，所以可以在短时内抵御电流的突变......同样也是这个原理，在微电子上，线圈用来作滤波、振荡之用。

串联电抗器：常用在发电厂厂用电部分，用以抑制短路电流；

并联电抗器：超高压线路用以抵消线路电容效应，短时过电压；低压并联电抗器作为调相调压及无功平衡用，常与并联电容器组配合，组成并联静态补偿装置。

500KV线路按照什么原则装设高压并联电抗器？

答：

1、在500KV电网发展阶段中，正常及检修方式下，发生故障或任一处无故障三相跳闸时，必须采取措施，母线侧及线路侧的工频过电压在最高线路运行电压的1.3及1.4倍额定值以下。

   2、经过比较，如认为需要采用高压并联电抗器并带中性点小电抗器作为解决潜供电流的措施，为保护线路瞬时性单相故障时单相重合闸成功。

   3、发电厂为无功平衡需要，而又无法装设低压电抗器的时候。

   4、系统运行操作需要。

电抗器的作用是什么?

    电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器， 增大短路阻抗， 短路电流。

    由于采用了电抗器，在发生短路时， 电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。

    近年来， 在电力系统中， 为了消除由高次谐波电压、电流所引起的电容器故障，在电容器回路中采用串联电抗器的方法改变系统参数， 已取得了显著的效果。

现有10KV 的电机系统图一份。 10KV 经过隔离开关，断路器，然后分为两路，一路到绕线电机（1800KW），一路经过电抗器（CKSGQ-24/11-6%），电容器和电阻。请问电抗器的作用是什么？既然是对电机直接补偿，要这个电抗器是什么作用呢。 

    防高次谐波谐振电抗器，电容器和系统中电感可能的高次谐波谐振。改善投切性能，在投入电容器时起限流作用。

当电容器装置的合闸涌流限值超过额定电流20倍时，应装设串联电抗器予以，此时电抗率较小，宜取0.1~1%； 

    当用于抑制谐波时，当背景谐波为3次及以上时，电抗率取12%，当为5次及以上时，取为4.5%~6%。也可采用4.5%~6%和12%两种电抗率。

请教10kV系统中补偿容量为1080kVar，电容器为三角形接法，串联干式空心电抗器， 电抗率6%，此时电容器端电压为10.5kV，是否能够满足要求。应选11kV电压的电容器。同时三角形接法在高压方面基本是不充许的，请改开星接，11//3的电容器。

确切的计算方法因涉及到网络的阻抗数据，因此工程上只要估算值就可以了。不带电抗器或1%电抗器的用10.5//3，6%的用11//3，12%的用12//3。以上是10kV系统的方案。

主题:投运电抗器时有什么注意的地方吗？

1、确认差动回路电流极性接线正确； 

2、非电量保护中绕温高投入跳闸、油温高跳闸投入跳闸；正常运行后退出跳闸仅发信号；重瓦斯保护一直投入跳闸位置。

电抗器是个什么玩意?

发电机满负载试验用的电抗器是并联电抗器的雏型。1967年上海电机厂的技术人员在原有的三相油浸铁心式电抗器的基础上对其进行技术改造，生产了同类型60Mvar电抗器。该产品首次采用了辐射式铁心饼和用弹簧强力压紧装置压紧铁心柱，使并联电抗器的振动和噪声有所降低。1970年我国开始在西北地区建设第一条330kV超高压线路，西安变压器厂(西安西电变压器有限责任公司前身，以下简称西变)为之提供了3X30Mvar／363kV并联电抗器。为了便于单相重合闸，消除单相接地故障以后的潜供电弧电流，超高压电抗器除了设置中性点电抗外，还要求减少相间耦合，因此都用单相。为了减少漏磁，30Mvar电抗器为单柱带磁轭回路，不但铁心饼为辐射式，磁轭回路也辐射排列。 

    1980年，我国第一条用国产设备装备的500kV线路的元宝山-辽阳-锦州段在锦州设置了3X40Mvar／500kV并联电抗器。当时为了使500kV绕组具有更大的纵绝缘裕度，绕组二柱串联，故电抗器为二柱铁心式。尽管磁通密度选用偏低，但由于当时工艺条件差，铁心饼浇注工艺落后，运行中噪声仍接近90dB。 

    以上早年生产的330kV／500kV并联电抗器迄今均仍在运行中。 

1985年，以技贸结合方式从阿尔斯通公司引进技术生产的50Mvar／550kV电抗器在晋-京房山-大同线上投运。这批电抗器的重大改进在于： 

    (1)铁心饼密实，浇注良好； 

    (2)用更为密实的间隙材料； 

    (3)铁心柱强力压紧。 

    改进以后的电抗器噪声水平降低到80dB以下。但由于电抗器的技术要求，饱和以后的电压--电流特性曲线的斜率为饱和前的2／3，因此其空心电感值很大，漏磁相应就很大。运行后有低温过热现象。投运不久，在色谱分析中总烃、氢含量即达到注意值，干扰了正常的对电抗器故障的判断。阿尔斯通公司生产的产品也存在同样的问题。西变于1990年解剖了一台返厂的产品，查找问题所在，采取措施，降低了高磁场强度处的涡流，并相应改善了冷却条件，局部过热现象得以消除。迄今，西变共生产此类500kV级并联电抗器近300台，最高年产80台电抗器，规格有40Mvar、50Mvar、60Mvar，最近还生产了70Mvar的电抗器，投运后均运行正常。低损耗的50Mvar?500kV并联电抗器总损耗由160kW降低到100kW(饱和后斜率相应降低到40%-50%)，噪声在75dB左右。近年来沈阳变压器厂(以下简称沈变)也开始生产同样规格的500kV并联电抗器，也是分段铁心式。保定天威集团则引进日本三菱公司技术生产了500kV壳式空心并联电抗器。 

    在一些开关站，要求超高压并联电抗器能同时供站用电，为此提出要求提供抽能式电抗器。抽能式电抗器的实质是在并联电抗器内设置一个小容量的低压二次绕组，但一、二次绕组间要有足够的阻抗；使低压侧即使短路也不会影响并联电抗器的正常工作。 

    除了上述直接接在超高压线路上的(一般不经断路器)超高压并联电抗器外，还有接在超高压升／降压站变压器三次侧的l0V～63kV中压并联电抗器，其容量一般为三相30Mvar或45Mvar。一个变电站最多可装6～8组，同样用于无功补偿。根据用户要求可以是油浸铁心式或干式空心式，后者用于单相组。空心干式电抗器也是户外装置，以减少磁场对建筑物的影响。但户外装置对干式电抗器所用绝缘材料的耐候性要求较高，往往不够理想。这类干式空心电抗器早年进口较多。20世纪(以下省略)90年代以来，国内北京电力修造厂、扬子电气公司也开始生产，采用的都是多层并联、聚脂薄膜匝绝缘、环氧树脂包封的技术。西安交通大学等为之开发了相应的计算软件。 

    随着大城市地下电缆配电系统的不断扩展，电缆容性充电电流引起的轻负荷期的电压升高也日益引起重视。一些供电部门要求装设10kV、35kV三相铁心式并联电抗器，容量为5Mvar～10Mvar。为了与配电装置相适应，这些电抗器都要求装在室内。采用铁心式的目的是为了减少漏磁对建筑物的影响。为适应无油化趋势，又要求为干式。顺德特种变压器厂(顺特电气有限公司前身)于90年代开发了此类产品。 

    铁心式电抗器由于分段铁心饼之间存在着交变磁场的吸引力，因此尽管采取了各项措施，其噪声一般要比同容量变压器高出10dB左右。 

    用于静止补偿的TCR晶闸管相控电抗器就其作用来说，可归人并联电抗器一类。国内自80年代以来生产了若干套静止补偿的晶闸管相控电抗器，多由西安电力机械制造公司和电力科学院成套，相控电抗器为空心干式。 

3 限流电抗器     

    限流电抗器一般用于配电线路。从同一母线引出的分支馈线上往往串有限流电抗器，以馈线的短路电流，并维持母线电压，不致因馈线短路而致过低。限流电抗器本身容量并不大，一般在2．5Mvar以下，但要承受最多可达额定电流25倍的短路电流下的动、热稳定。因为要限流，电感值在很大电流范围内应为线性，所以都是空心干式。 

        根据我国电力系统的中性点接地方式，只有500kV系统采用中性点小电抗接地。这种小电抗正常工作时实质上只有很小的不平衡电流通过，但在系统单相接地故障时却要求承受巨大短路电流下的动、热稳定。这种电抗器容量不大，用量不多，但要求可靠性高，目前多数用油浸空心式，外加屏蔽。 

启动电抗器用来大型电动机的启动电流，启动完成即退出。与自耦变压器启动方式相比，电动机的启动比较平稳。因其工作时间很短(规定为2min)，所以电流密度可以很高，电抗器尺寸不大。就其功能来说，也可归于限流一类。 

4阻尼电抗器 

    阻尼电抗器(通常也称串联电抗器)与电容器组或密集型电容器相串联，用以电容器的合闸涌流。就这一点来说，其作用与限流电抗器相类似。一般来说，如仅仅是为了合闸涌流，只要相当于电容器组容抗值1%的感抗就够了。如系统有5次或以上谐波，则采用     

4.5%-6%的感抗；如系统有3次谐波，则取12%。其目的是为了使电容器回路对谐波呈感性，因此使系统原有谐波不致因增设电容器回路而放大。阻尼电抗器的过载能力应与电容器的过载能力相适应，而在合闸瞬间，电抗器首末端之间要耐受几乎全部系统电压，并要能承受合闸涌流作用下的动、热稳定。为此，行业标准对此作出了严格的规定。70年代，宁波变压器厂就试制了铁心式三相阻尼电抗器并形成系列。现在，铁心式(油浸或干式)和空心式(干式)阻尼电抗器都在使用。很多电容器生产厂自己生产阻尼电抗器与其电容器配套。 

5 滤波电抗器

滤波电抗器与滤波电容器串联组成谐振滤波器，一般用于3次至17次的谐振滤波或更高次的高通滤波。直流输电线路的换流站、相控型静止补偿装置、中大型整流装置、电气化铁道，以至于所有大功率晶闸管控制的电力电子电路都是谐波电流源，必须加以滤除，不让其进入系统。电力部门对于电力系统中的谐波有具体规定。近年来电网受谐波电流源的威胁愈来愈严重，因此滤波是不可少的。迄今，超高压直流输电工程滤波装置均由国外工程总承包商承包，其它方面的滤波电抗器则均由国内电抗器专业生产企业提供。滤波电抗器的电抗值通常要求能在一定范围内可调，以使与电容器相配合。对其品质因素Q值也有一定要求，以满足滤波装置的频率特性。滤波电抗器通常为空心干式，也可以做成铁心式。超高压直流输电换流站的交、直流侧滤波装置因为数量众多，均设于户外，占地范围相当大。 

6 消弧线圈 

      消弧线圈广泛用于我国l0kV~66kV级的谐振接地系统。除了在一些沿海大城市，因电缆线路的普及而有采用中性点小电阻接地的倾向外，目前我国大部分地区10kV~66kV系统都是中性点不接地的。在这些系统中，特别对于架空线路，绝大多数单相接地故障是暂时性的弧光接地，但继发性的线间和线-地电容所形成的故障点容性工频续流却使弧光持续以至使故障扩大。此时接在系统中性点和地之间的消弧线圈因中性点位移而流过感性电流抵消了容性工频续流而使弧光熄灭，使线路恢复正常工作。上海电机厂为常州至南京升压到66kV的线路提供了我国第一台1900kVA，66／√3 kV 25A~50A消弧线圈，此后系列生产175kVA-3800kVA 10kV-66kV级的消弧线圈。60年代中期以后北京电力修造厂成为消弧线圈的主要生产厂。 

     80年代后期，上海交通大学、山东大学等致力于消弧线圈自动调谐、自动选线功能的开发。10kV~66kV输电线路总是带有分支，运行中要切换，切换以后线路电容有所改变。有自动调谐功能的消弧线圈在线路切换以后可自动变换分接位置以达到合适的感抗值，使之与线路电容始终匹配。有自动选线功能的消弧线圈则可以在若干条线路中自动选出不能成功消弧的非弧光接地永久性故障段而予以切除。具有自动调谐自动选线功能的消弧线圈更适合于无人值班变电所，进入90年代，一些专业厂如上海思源电气公司等已能成套供应。 

    由于变电所的无油化倾向，因此35kV以下的消弧线圈现很多是干式浇注型。 

7 接地变压器 

    接地变压器为原本无中性点引出端子的系统提供一个人为的中性点。严格来说，接地变压器本质上不是变压器而是一台绕组为ZN结法的电抗器，其N端引出端子就是人为中性点。采用ZN结法的目的是减小零序阻抗至合理值。接地变压器的引入不应对系统的零序阻抗有重大的改变。接地变压器可以用于中性点不接地系统，此时其中性点一般接消弧线圈，也可以用于中性点小电阻接地系统，此时其中性点经由小电阻接地。在10kV系统中，因电力变压器的二次10kV绕组经常为三角联结，所以接地变压器用得较多。某些地区，例如上海，35kV变电所的主变，其35kV侧有时也为三角联结，此时就接额定接地电流为lkA、2kA的接地变压器，再经小电阻接地。 

    也有一些变电所的接地变压器要兼具所用变功能，为此就增加一个400V的yn联结绕组，组成YNyn联结组。 

    生产消弧线圈的厂家一般成套供接地变。同样由于变电所无油化的倾向，因此很多接地变是干式浇注型。 

    发电厂自用电系统多数为高电阻接地系统，更多选用五柱式接地变压器。这种变压器有一个零序二次绕组，其端子间接有电阻。单相接地故障时，二次绕组中感生的零序电流通过电阻，起到阻尼过电压的作用。 

8平波电抗器 

    平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。1985年我国第一条镇海-舟山±l00kV跨海直流输电线路上的100kV／500A平波电抗器为西变所试制。1988年我国第一条~500kV／2x600MW葛洲坝-南桥直流输电线路上的500kV／1200A平波电抗器是由BBC公司成套供应，为干式户外型，由支柱绝缘子支起。现在即将投运的三峡-常州和三峡-广东~500kV／2X1500MW直流输电线路中所用的500kV、3000A平波电抗器是由ABB公司和西变合作生产的，为油浸铁心式。500kV平波电抗器的尺寸、重量都很大。 

    直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。因为脉动的直流输出电压中所包含的谐波分量在直流电动机内造成不必要的损耗和发热，谐波中的负序分量则产生反向力矩，而且当晶闸管深控时，若脉动的直流输出电压的瞬时值低于电动机的反电势，将使电流不连续。 

    电力机车上的车载27．5kV整流变压器虽然只有几千kVA，但因为单相供电，脉动大，要求平波电抗器的电感量大，所以其尺寸重量差不多与主变压器相当。株洲电力机车厂批量生产此种电抗器已有多年了。 

9 直流控制的饱和电抗器 

    直流控制的饱和电抗器属于另类的电抗器。串在电路中的扼流式或自饱和饱和电抗器，其作用不能简单地看作串人一个可变电感。在电压正弦波的周期内，饱和电抗器在饱和前吸收了一定的伏-秒，达到饱和，以后就呈全开放状态。因此其输出电压是非正弦的，这种饱和电抗器的作用与晶闸管相似。60年代中，上海调压器厂曾致力于扼流式饱和电抗器的开发，后来随着晶闸管的广泛应用，已完全被取代。但与二极管整流的整流变压器配套的自饱和式饱和电抗器一直延用至今。整流输出电压由设在桥臂的自饱和电抗器经由直流控制来实现小范围调节(一般为输出额定电压的5％-15％)。调压范围不大时，比用可控硅更为经济。自饱和电抗器可以与整流变压器共箱，也可以单独设置，由变压器生产厂成套提供。 

    其它类型的直流控制饱和电抗器用得较少，这里不赘述。 

10可控电抗器 

  可控电抗器是几年来的热门话题。并联电抗器用于抑制超高压长线末端空载或轻载时的电压升高，随着负荷的增加，并联电抗器的补偿容量可以减少甚至切除。但如果线路有扰动以致负荷跳闸时，则又要求立即投入。因此，如果并联电抗器能做到容量可调，且能快速反应，则更为理想。随着紧凑型线路的引入，这一要求显得更为迫切。80年代后期，一些前苏联学者研究紧凑型线路，减小线间距离，由此增加线路电容，减小电感，降低波阻抗，进而可以成倍增加同一电压等级能输送的自然功率。在这种线路上，用以补偿容性电流的并联电抗器容量更大，抑制工频电压升高的要求更高，所以问题更为突出。有几种方式可以实现这一目的，但迄今还不能说是足够理想，尚需在探索中进一步加以完善。西变于2001年试制了一台10kV／300kyat单相高阻抗型可控电抗器样机。沈变和长江变压器厂分别试制了单 6000kvar／35kV和2400kvar／10kV磁阀式可控电抗器样机，并已在电气化铁道中试运行。 

         从技术角度来看，紧凑型线路由于其输送容量大、线路走廊占地少而成为今后的发展趋势。昌房试验线段已积累了一定经验，并通过验收鉴定。由于紧凑型线路电容的增大，需要的无功补偿电抗器容量也就更多，对于可控电抗器的要求也更为迫切。磁阀式可控电抗器由于晶闸管控制功率小，谐波含量低，相对有一定优势。 

    因为户内安装的中压干式铁心式并联电抗器装设在居民稠密区，所以最需要解决的是噪声问题。用于户外的干式空心电抗器最需要提高的是绝缘材料的耐候性。 

    节能是一个永恒的课题。现在国内对于1l0kV、220kV输电线路空载损耗的评价值最高为30000元／(kW・h)。对于电抗器来说，其总损耗就属于空载损耗的范畴，所以低损耗的要求是可以理解的。 

变频器输出端增加输出电抗器的作用是为了增加变频器到电动机的导线距离，输出电抗器可以有效抑制变频器的IGBT开关时产生的瞬间高电压，减少此电压对电缆绝缘和电机的不良影响。同时为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆，增加电缆的绝缘强度，尽量选用非屏蔽电缆。

电容器的作用：

并联电容器的作用：提高功率因数，减少电压降、线损，提高系统输送能力。

串联电容器的作用：改善电压质量，提高系统稳定性和增加输电能力。

为什么说串联要比并联的效果好?为什么变电站里的都是用并联电容器来补偿无功,提高母线电压?

输电线路的压降大约可写成dU=(PR+QX)/U，并联电容器是减小Q（Q主要由负荷的性质决定，量一般较大），串联电容器是减小X（此X是线路的阻抗），因此在一般情况下串联电容器能用更小的电容就达到并联电容器效果。同时，由于串联电容器是串联在电路中，其调压较果是随负荷变化（即电流的变化）而同时变化的，而并联电容器就很难达到这种效果。上面说的串联电容器好处，只是理论上的。因实际工程上串联电容器很多问题还有待解决，如电容器的过压能力，保护的完善等方面。因此实际应用上串联电容器远小于并联电容器。不过随着以后应用的增多，经验的丰富，串联电容器补偿应有更大的发展空间。

电抗器的作用：

串联电抗器的作用是：提高线路残压，降低短路电流，提高系统的动态稳定性,很少见。1、可以非全相断开时的谐振过电压，2、与不同容量电容器串联可以有效各高次谐波，是通过串联的电容器来改善输电线路的阻抗，达到提高未端电压的效果。

并联电抗器的作用是：提高系统残压，降低短路电流，减少开关设备投资等。1、降低超高压输电线路末端电压升高。2、降低操作过电压。3、有利于单相重合闸。4、避免发电机带空长线路出现自励过电压。

其实就是容性无功与感性无功的补偿以及电抗器固有电抗的问题。单是提高电压方面来说，串联电容器比并联电容器效果好很多。

请教电抗器在系统是做什么用的？？

常见的电抗器有串联电抗器和并联电抗器，串联电抗器主要用来短路电流，但还有一个作用，就是在滤波器中与电容器串连或并联以电网中的高次谐波。并联电抗器用来吸收电网的容性无功，调度可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压，如500KV电网中的高抗，500KV变电所的抵抗。其他电压等级低的变电所（220KV及以下，乃至10KV变电所）中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功。当然，超高压并联电抗器的作用远不至这些，还有： 

1.减轻空载（或是轻负荷）线路的电容效应，降低工频暂态过压； 

2.改善长线的电压分布； 

3.合理平衡无功，防止无功的不合理流向，同时也减少了线损； 

4.在网内大机组并网时，降低母线上的工频暂态电压，便于机组同期并列； 

5.还可以防止发电机带长线路运行，可能发生的自慰谐振现象； 

6. 电抗器也有拖油瓶的：大电抗的中性点经小电抗接地后，可以补偿对地电容，加速潜供电流自动熄灭，便于单重动作。 

7.请同学们自己补充。 

灵活交流输电在国内研究较多，因为主要用于重载长距离输电线路，提高系统动态稳定，其实就是电抗＋电容＋IGBT之类的东西，通过控制IGBT的导通角来控制无功输出，因为速度非常快，远远超过调相机，无极变化，不象固定容量的电容和电抗只有投切两个状态，所以很管用，但是，对于大系统来说，确定控制策略比较困难，大容量高速度IGBT又很难买，所以应用少，我印象里是内蒙古的伊敏—东北冯屯线路上准备安装，还有就是山西阳城——江苏的线路上好像也准备装，这方面的论文非常多，在中国电力，电网技术上前几年比较常见。

电力谐波对设备的影响 

1　谐波是怎样产生的 　　

在理想干净的电力系统中，电流和电压都是纯粹的正弦波。实际上，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流和施加的电压成正比。所以如果所加电压是正弦的话，流过的电流就是正弦的。其中的负荷线表示外加电压和负荷中所生电流的关系，图1中表示的电流波形与电压波形是和线性负荷相对应的。应指明，在有无功元件的场合，在电压和电流波形间有一个相位移动，功率因数变低了，但线路仍是线性的。图2是负荷为简单的全波整流器及电容器时的情况。在这个情况下电流只有在电源电压超过存贮电容器上存的电压时才流通，亦即接近正弦波电压峰值附近时，如负荷线的形态所示。实际上负荷线(此处的电流波形)比本例所说的要更为复杂，可以是某种非对称的、磁滞形的以及转折形的，并且斜率也是随负荷而变的任何周期性波形均可分解为一个基频正弦加上许多谐波频率的正弦。谐波频率是基频的整数倍，例如基频为50Hz时，二次谐波为100Hz，而三次谐波则为150Hz。谐波电流在供电系统及设备内部均会造成问题，其效果不一，需分别加以研究。 

2　谐波对电力设备的影响及应对方法 

2.1　电压畸变 　　

因为供电系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变。此阻抗有两个组成部分：公共耦合点(PCC)的内部电缆走线的阻抗，以及在PCC上供电系统的固有阻抗，以就地供电变压器为例，在图3中加以说明。由非线性负荷形成的畸变的负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形，加到与此同一电路相连的全部的别的负荷上去，而形成谐波电流在其上流过，甚至它们是线性的负荷时也是如此。问题的解决办法是把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分开，如图4所示的那样，这里线性负荷和非线性负荷从公共连接点用分别的电路馈电，以使由非线性负荷产生的电压畸变不会达到线性负荷上去。为了使问题简化，本例中假设在公共耦合点(PCC)上的电源阻抗为零。在实际上此电源阻抗很低但有一定数值，并有电感成分而使由谐波电流产生的谐波电压畸变加剧。 

2.2　中线导线的过热 　　

在三相系统中每个相线对星形接法的中点电压间有120°的相位移动，故当每相的负荷相等时，在中线上的电流为零。当三相负荷不均衡时，只有去掉均衡值以后的电流流入中线。安装者利用这一好处可把中线导线容量减少一半。然而，虽然基波电流可相互抵消，但谐波电流则不是这样的——事实上它们都是三次谐波有奇数位(“3N倍”的谐波)在中线上矢量相加。最新研究表明相电流为100A时，中线电流竟达150A。中线电流可轻易地接近相电流的两倍来流过截面减半的中线导线。所以中线的截面应该是每相导线截面的两倍，用五芯电缆可方便地实现这一方案；每相用一个芯线而中线则用两个芯线，如果搞不到五芯电缆，就最好是用一根两倍截面的电缆做中线。 

2.3　对变压器和感应电动机的影响 　　

(1)变压器。 　　

三相变压器对高次谐波的响应状况取决于所用的连接方式(星形的或三角形的连接)。 　　

对于星/星(Y/Y)接法，相电流间的任何不平衡结果会使星点电气位移，使相线对中线的电压不相等。3N倍的谐波电流在一次及二次的相线对中线的电压上均造成谐波电压并使星点的电压脉动。如果一次是四线制的(即星点连接中线)，电压就不会有畸变，但一次中线上要流过谐波电流，就会引起电源系统的畸变。加上第三个三角形接法的绕阻就可以克服这个问题(容量为变压器额定值的30％)，它给循环不均衡的及3N次谐波提供了通路，这样就可防止它们传回入配电系统。对于三角形/星形(△/Y)接法，不平衡和3N次谐波电流在一次绕阻循环流动而不会传到电源系统中去。这种接法是配电变压器中最常用的一种。应注意，所有的其他谐波都会传回到电　

(2)感应电动机。

和变压器中的道理一样，谐波畸变会加大电动机中的损耗。 然而，由于励磁磁场的谐波会产生附加的损耗，每个谐波分量都有自身的相序(正序、逆序、零序)，它表示旋转的方向(在感应电动机中相对于基波磁场的正向而言的)。 　　

谐波次数　1234567101112 　　相　　序　＋－0＋－0＋－0＋－0 　　

零序谐波(3次及3的倍数，即“3N”次谐波)产生不变的磁场，但是因为谐波频率较高，故磁性损耗大大增高而将谐波能量以热的方式放出。负序的谐波产生反方向旋转的磁场(相对于基波而言)，而使电机的力矩下降，并和零序谐波一样，产生更多的损耗。正序谐波产生正向旋转磁场来加大力矩，它和负序分量一穑 稍斐傻缁 恼穸  档偷缁 倜 ?BR 　　

在有谐波出现的场合，电动机的容量应按图5中的曲线来降低其额定功率。 谐波电压因数(HVF)定义如下 　　式中,Vn为以基波的百分数表示的第n次谐波电压的方均根值，n为奇次谐波的次数(3N次谐波除外)。 

2.4　断路器的骚扰跳闸 　　

剩余电流断路器(RCCB)是根据相线及中性线中的电流之和来动作的，如果结果不在额定的限度之内时，就将负荷的电源切断。有下面的两个原因，在出现谐波时骚扰跳闸就会发生。第一，因为RCCB是机电装置，有时不能准确获得高频分量的和，所以就会误跳闸。第二，由于有谐波电流的缘故，流过电路的电流会比计算所得或简单量测的值要大。大多数的便携式测量仪表并不能读出真实的电流方均根值，相反，它们测到的是平均值，然后假设波形是纯正弦的再乘一个校正系数。在有谐波时，这样读出的结果可能比真实数值低得多，而这就意味着过电流脱扣被整定在一个十分低的数值上。真实的方均根值的测量需要一个响应宽频带和精确的高速乘法运算，这直到近似的数字信号处理技术也是难于在廉价的便携式仪表上实现的。现代便携式仪表可在峰值因数大于3，精度(包括电流互感器)为5％之下测波形。峰值因数是峰值和方均根值之比，对于正弦波为1.41。 　　

现在剩余电流断路器就成为检测电流方均根值的有实用价值的电器，连同真实的方均根测量，便可提供可靠的工作。 

2.5　集肤效应 

交流电流趋向于在导体的外表面流动，即众所周知的集肤效应，它在高频方面更为显著。通常因为集肤效应在电网频率下影响很小而被忽略，但是大约在300Hz以上(亦即七次谐波及其以上时)，集肤效应将应变为显著的而导致附加的损耗和过热。在有谐波电流的场合，设计者应考虑集肤效应并适当降低电缆的额定容量。例如采用多芯电缆或分层的母线来克服这个问题。 

3　结束语 　　

近年来，产生谐波的设备类型及数量已在急剧增长，并将继续增长。谐波负荷电流是由所有的非线性负荷所产生的。例如，开关模式电源，电子荧光灯镇流，调速的传动装置，不间断电源，磁性铁心装置。

了解谐波的产生及对设备造成的影响，为我们消除、减小谐波对人们生产、生活带来的不利影响提供了依据及保证。

电网谐波对用电设备的影响及其抑制

近年来，随着各种整流和换流设备、电子设备、电弧炉、变频器、日用电器和照明设备的大量应用，使电网的电压和电流发生了畸变，电网产生了大量的高次谐波。本文旨在论述谐波对工厂用电设备的影响及其抑制措施。 

一、谐波的影响

1、变压器

对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散铜损增加，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比较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。必须注意的是：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。而且谐波也会导致变压器噪声增加。

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比较，则非正弦波会有较高的热量。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频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。

3、电动机

谐波对电动机的主要影响是引起附加损耗，其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压。当电动机的谐波电流增大时，电动机的磁饱和程度增加，其所引起的电动机的附加损耗和发热的增加，要比单纯由谐波本身引起的损耗和发热大得多。对于旋转电动机设备，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，在电动机负载系统上，可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的，如果机械谐振频率与电器励磁频率重合，会发生共振而产生很高的机械应力，导致机械损坏的危险。

4、开关

像其它设备一样，谐波电流会引起开关之外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。

5、电子设备

计算机及部分电设备，如可编程控制器（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。

二、谐波与功率损失

在电网电压、电流波形畸变的情况下，视在功率S与有功功率P和无功功率Q之间的关系变为：S2 > P2 + Q2，视在功率中除去有功功率后，余下的功率包括两部分。现用C表示余下的其中一部分，称之为畸变功率。这样，视在功率就成为三向量之和，即：S2 = P2 + Q2 + C2 ，畸变功率C具有无功功率的性质。因此，谐波电流的存在可看作是无功功率的增加，畸变功率也就可称为谐波无功功率。它与电磁无功功率在电网中流动时一样，会增加线路和变压器的铜损耗，并使电网的功率因数降低。

三、抑制谐波的措施

1、改变供电系统的运行方式；

2、合理选择供电电压；

3、设法减少谐波源的谐波注入量；

4、设置交流滤波器；

5、设置有源滤波器。

在这些措施中，措施1、2、3的实施是不现实或极其困难的，措施4效果也不是很好，措施5有源滤波器滤波效益可观，并且技术日趋成熟，目前已逐步开始普及。有源滤波器目前全部为智能化控制，可以做到免调试。不仅能有效地滤除电网的各次谐波，而且还可以提高用电设备的功率因数，从而取得非常满意的节电效果。因为通常采用功率因数提高措施，虽然可以大幅度降低基波无功电流，但是必然会出现谐波放大现象。这时，供电电流和电流中谐波电流大幅增加，谐波无功功率也相应增加，使器件由于超温和过压而损坏，供电变压器温升加大。所以有源滤波器这一功能是非常必要的。现在，该类滤波器已实现了平均无故障时间十年的要求，可以用于所有感性负载。只要是根据现场电气参数准确来配备，其在滤除谐波提高功率因数的同时，还可以起到可观的节电功能。相对来说，是一种合理可行的方案。

变频调速用输入输出电抗器应用举例

近年来，由于调速和节能的需要，越来越多的场合用到了变频调速技术。其中的核心部分变频器是电力电子器件，有电子元器件，计算机芯片，易受外界的一些电气干扰，因此，变频器投入电网运行时，需要考虑电网电压是否对称，变压器容量的大小及配电母线上是否接有非线性设备等；另一方面，变频器本身输入侧是一个非线性整流电路，对电源的波形将有影响，变频器输出侧电压、电流、非正弦或非完全正弦波含有丰富的谐波。由于变频器中要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变，结果是在输入输出回路产生电流高次谐波，干扰供电系统、负载及其它邻近电气设备。在实际使用过程中，经常遇到变频器谐波干扰问题，下面简单介绍变频器谐波产生的机理、干扰途径、危害以及有效防止或抑制干扰的对策。 

2变频器谐波产生机理

变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V／50Hz的工频电源经三相桥式不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。

    输入侧产生谐波机理：不限于通用变频器，晶闸管供电的直流电动机、无换向器电动机等凡是在电源侧有整流回路的，都将产生因其非线性引起的谐波。在三相桥式整流回路中，输入电流的波形为矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，通常含有6n+1(n=l，2，3…．)次谐波。其中的高次谐波将干扰输入供电系统。

    输出侧产生谐波机理：在逆变输出回路中，输出电压和电流均有谐波。对于PWM控制的变频器，只要是电压型变频器，不管是何种PWM控制，其输出电压波形为矩形波。其中谐波频率的高低是与变频器调制频率有关，调制频率低(如1～2KHz)，人耳听得见高次谐波频率产生的电磁噪声(尖叫声)。若调制频率高(如IGBT变频器可达20KHz)，人耳听不见，但高频信号是客观存在。从电压方波及电流正弦锯齿波，用傅立叶级数不难分析出各次谐波的含量。所以，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其它各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。

3谐波干扰途径

变频器谐波干扰途径还是与一般无线电干扰一样分传导和辐射，在传导的过程中，与变频器输出线平行敷设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰；变频器输出侧谐波又会辐射，对附近的无线电设备产生干扰，其干扰途径如图1所示。

4谐波干扰的危害

     (1)、变压器：电流谐波将增加铜损，电压谐波将增加铁损，综合效果是使变压器温度上升，影响其绝缘能力，并造成容量裕度减小。谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振，及引起铁心磁通饱和或歪斜，而产生噪声。

    (2)、电动机：输出谐波对电动机的影响主要有，引起电动机附加发热，导致电动机的额外温升，电动机往往要降额使用，由于输出波形失真，增加电动机的重复峰值电压，影响电动机的绝缘，谐波还会引起电动机转矩脉动，以及噪声增加。

    (3)、电力电容器组：一般电容器的标准规范，规定其最大电流只允许35％的超载，但实际运转时，由于谐波的影响，以致常发生严重过载。由于电容器之阻抗，随频率的增加而减少，故谐波产生时，电容器即成为一陷流点，流入大量电流，因而导致过热、增加介电质的应力，甚至损坏电力电容器。当电容器与线路阻抗达到共振条件时，会发生振动短路、过电流及产生噪声。

    (4)、开关设备：由于谐波电流的存在，开关设备在起动瞬间产生很高di／dt的电流变化率，致使增加暂态恢复电压的峰值，以致破坏绝缘。

    (5)、保护电器：电流中含有谐波，必产生额外的转矩，改变电器的动作特性，以致引起误动作。

    (6)、计量仪表：电能表等计量仪表，因谐波而会造成感应转盘产生额外的电磁转矩，引起误差，降低精确度。 

    (7)、电力电子设备：在多种场合，电子设备常会产生谐波的电流源，且很容易感受谐波失真而误动作。

    (8)、其它还有如照明设备、通信设备、电视及音响设备、电脑设备、载频遥控设备等都容易受谐波的干扰而影响其正常的工作或减少其使用寿命。

5抑制谐波干扰的对策

    谐波的传播途径是传导和辐射，解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽。具体的常用方法有：

5.1在变频器输入侧的对策： 

(1)、变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。

    (2)、设置交流电抗器。

    (3)、设置交流滤波器。

    (4)、整流器的多重化技术，对于大容量晶闸管变频器可以采取这种方法，将电源侧整流器分两个，在其输入侧装设Y，y-d或D,y-d绕组联结的变压器，利用多重化抑制流向电源侧的高次谐波。因为需要将整流器分开，所以在通用变频器中不采用［１］。

5.2在变频器输出侧的对策

    防止输出侧谐波干扰的对策，大致分为两大类，第一类属传统式，即向降低杂讯大小入手；第二类属于新尝试，其基本的观念及作法是企图将无意义的杂讯转变为可选择的咨询。这种方法在试验中证实了其有效性［２］。其中第一类方法可分为： 

    (1)、采用高于人耳不能听到的开关频率高的电力电子器，如MOSFET，IGBT等；

    (2)、在变频器输出端后加装滤波器使送至电力设备前的电源波形为正弦波；

    (3)、改善PWM调制方法，降低谐波含量；

    (4)、用闭环控制的方法，如ADSM及DSMC，来改善一般传统PWM的谐波现象。

    另外，在电动机和变频器之间的电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其它弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。

    信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离(至少20cm以上)，切断辐射干扰。

变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰［３］。

6抑制谐波干扰实例

    例1，某变频切换控制系统，变频器启动运行正常，而邻近液位计读数偏高，一次表输入4mA时，液位显示不是下限值；液位未到设定上限值时，液位计却显示上限，致使变频器接收停机指令，迫使变频器停止运行。

    这显然是变频器的高次谐波干扰液位计，干扰传播途径是液位计的电源回路或信号线。解决办法：将液位计的供电电源取自另一供电变压器，谐波干扰减弱，再将信号线穿入钢管敷设，并与变频器主回路线隔开一定距离，经这样处理后，谐波干扰基本抑制，液位计工作恢复正常。 

    例2，某变频控制液位显示系统，液位计与变频器在同一个柜体安装，变频器工作正常，而液位计显示不准且不稳，起初我们怀疑一次表、二次表、信号线及流体介质有问题，更换所有这些仪表、信号电缆，并改善流体特性，故障依然存在，而这故障就是变频器的高次谐波电流通过输出回路电缆向外辐射，传递到信号电缆，引起干扰。

    解决办法：液位计信号线及其控制线与变频器的控制线及主回路线分开一定距离，且柜体外信号线穿入钢管敷设，外壳良好接地，故障排除。

    例3，某变频控制系统，由两台变频器组成，且在同一柜体内，变频器调频方式均为电位器手调方式，运行某一台变频器时，工作正常，两台同时运行时，频率互相干扰，即调节一台变频器的电位器对另一台变频器的频率有影响，反过来也一样。开始我们认为是电位器及控制线故障，排除这种可能后，断定是谐波干扰引起。

    解决办法：把其中一只电位器移到其他柜体固定，且引线用屏蔽信号线，结果干扰减弱。为了彻底抑制干扰，重新加工一个电控柜，并与原柜体一定距离放置，把其中的一台变频器移到该电控柜，相应的接线及引线作必要的改动，这样处理后，干扰基本消除，故障排除。 

    例4，某变频控制系统，切换两套机泵，原先机泵是*自耦降压启动工频运行正常，现改为变频运行，虽能实现调频减速功能，但变频器输出端到电动机间的输出线严重发热，电动机外壳温升加重，经常出现保护跳闸。这是由于变频器输出电压和电流信号中包含PWM高次谐波，而谐波电流在输出导线和电动机绕线上形成附加功率损耗。

    解决办法：把变频器输入线与输出线分开，分别走各自的电缆沟，选用大一号截面的电缆换原先电缆，输出端与电动机之间的电缆长度尽可能短。这样处理后，发热故障排除。对现场出现的各种变频器高次谐波干扰，基本上都能照以上介绍的方法顺利抑制，但对谐波成分及幅度要求很严的设备，彻底抑制高次谐波干扰非常困难，有待进一步攻关解决。