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摘要：随着大量非线性负载（如开关电源，整流设备，变频器，软启动器等）在电力电网的使用和绿色能源（太阳能，风能）发电并网运行，谐波在电力供电网普遍存在已成为不争的事实。谐波对高低压开关柜影响最大，损害最大最多的是电容柜，对于电容柜抗谐波问题进行分析和探讨，无论对于生产厂家提高产品质量，降低损坏率还是科研开发设计出新的抗谐波电容柜产品都是有较大的意义，本文就电容柜抗谐波问题进行分析。
关键词：电容柜；抗谐波；若干问题
1引言
近年来在无功功率补偿过程中，偶有发生电容补偿柜元器件损坏的现象。由于电容补偿柜运行的特殊性，因此了解电容补偿柜的运行，分析其故障发生的原因，进一步地完善设计是很有意义的。通过检测分析，损坏原因基本是电网电压高次谐波分量过大引起。针对这种情况，提出采用可编程控制器（PLC）和无触点功率模块实现电容无触点投切的优化运行方法。采用这种方法，可确保电容柜在电网出现高次谐波时能够安全可靠的进行最佳的补偿，并且在投切时不产生电弧。
2配电系统加装电容柜的必要性
配电系统加装电容柜的必要性在电网运行过程中，无功自动补偿按其性质可以分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿。由于补偿无功功率的取样信号主要取自三相中的任意一相，那么就会使得另外两相荷载过补偿或者是欠补偿，一旦发生过补偿现象，那么就会使得过补偿相的电压明显升高，导致控制和保护元器件等电气设备由于过电压而损坏；而发生欠补偿时，补偿相线路中的电流会不断地增大，线路和断路器等电气设备则会由于电流的瞬间升高而发生过热现象，情况严重时还会烧坏电气设备。在上述情况下，利用传统的补偿方式不但不能实现节能的目的，反而会造成更大的电力浪费，并且不能够对无功进行有效的补偿，由此不难发现，低压配电系统中产生的过补偿和欠补偿等不良现象会严重危害整个电网的安全运行。为了能够有效地解决过补偿和欠补偿等运行问题，就需要在低压配电系统中加装电容柜，通过电容柜进行理想的无功补偿，从而可以显著地减少线路中的电力损耗，有效地降低低压线路的运营成本，达到节约电能的目的，具有显著的社会效益和经济效益。
3谐波分析
3.1谐波的产生
电气负载有线性和非线性之分。线性负载不会产生谐波。谐波负载电流可以认为是由所有的非线性负载所产生的。在供电系统中谐波的出现己有多年，其发生主要是由两大因素造成的：
（1）近年来，随着电力电子技术的发展和应用，工业和公用电网中使用了大量的非线性负载和设备，包括传统非线性设备如变压器，旋转电机以及电弧炉等；现代电力电子非线性设备如荧光灯、电子控制装置和开关、电源、晶闸管等控制设备等，各种非线性负载的增加导致波形畸变，而产生各次的高次谐波。（2）设备设计思想的改变。过去倾向于采用在额定情况以下工作或裕量较大的设计。现在为了竞争，对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。例如有些设计为了节省材料使磁性材料工作在磁化曲线的深饱和区段，而在这些区段内运行会导致励磁材料波形严重畸变。
2.2谐波的危害
由谐波造成的问题有以下几方面：（1）电压畸变；（2）过零点上的噪声；（3）中性线过负荷；（4）变压器和感应电动机的过热；（5）断路器的噪扰跳闸；（6）校正功率因数电容器的过载；（7）集肤效应。电容功率补偿装置在工作过程中，对工频信号起正常的补偿作用，但当频率较高的高次谐波存在时，其谐波容抗随着频率的升高而减小，导致流经电容器的电流上升而发热；高次谐波在系统感抗和容抗之间引起并联谐振，由于谐振而使大电流通过电容器造成严重的过负荷而将其烧坏。在电力系统中使用电容器时必须要考虑系统可能会产生谐振，系统谐振将导致谐波电压和电流明显升高，造成的危害较大〔}o0ANSI/IEEE标准18《并联电力电容器》指出，如满足如下条件，在谐波环境下电容器应能连续运行。（1）无功功率不超过额定值的135%；（2）电流峰值不超过额定峰值电流的180%（已被130%所取代）；（3）峰值电压不超过额定值的120%；（4）电压有效值不超过额定值的110%。
4电容柜各种损坏形式的分析
谐波对电容柜的损害表现有两种形式：（1）电容柜运行在手动状态，电容支路元器件工作都正常。运行在自动状态，电容支路的熔断器，接触器频繁损坏。其典型用户有福州马尾造船厂2号码头变电站。（2）电容柜无论运行在手动和自动状态，电容支路熔断器和接触器都会损坏。如外省某港口17#变电所7#箱式变电站的电容柜，这两种形式的损坏，表明谐波在电网出现的随机性和不一致性。对于第一种情况，主要是谐波对控制器影响，电容器的接触器经常闭合断开状态下，瞬间过电流造成元器件的损坏。对于第二种情况，主要是谐波产生的稳态过电流大于器件的额定电流造成元器件的损坏。
5谐波状况下电容柜应采用的措施
5.1采用过零触发无触点模块抑制电容器合闸瞬态过电流
在谐波状况下，电容器合闸产生的瞬态过电流过大，是造成电容器支路元器件损坏的原因。要抑制瞬态过电流，控制电容器合闸时刻是关键，因此可采用无触点功率模块的过零触发实现电路控制，现结合图1给予说明。在图1中无触点功率模块设有两个过零触发电路，当A、B两相电压过零时，VD7二极管负端输出一个脉冲信号，触发晶闸管VT3使其导通，两个光耦合器U1、U2导通，接通无触点功率模块上无触点开关Q1的VT1、VT2使A、B相电容C1投入运行，若A、B相没有过零，VT1、VT2无法接通，这样就抑制接通电容C1瞬态过电流，杜绝了在谐波状况下瞬态过电流对电容支路元器件的损坏；B、C相过零触发线路原理与A、B相相同，此处略。
图1
采用两组电容在定周期下轮换投入，这样就可大大降低电容支路电流元器件损坏的机率，尤其对高次数、低幅值谐波状况效果更优。
6结束语
采用上述方法，可在一定范围内使电容柜在谐波状况下减少损坏率，比采用电容支路恒电流运行方式经济性和技术性都有一定的进步。但是消除谐波危害，应从改造非线性大功率负荷入手，对其加装消谐装置，才能确保在电网运行所有元器件都能可靠安全运行。
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