礦熱爐無功補償暨諧波治理方案

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礦熱爐無功補償暨諧波治理方案

礦熱爐無功補償暨諧波治理方案

礦熱爐的電爐變壓器的二次電壓一般在60-90V之間，礦熱爐運行中主要靠電弧

產(chǎn)生的熱量熔化礦料，電弧冶煉的功率因數(shù)都比較低，一般不超過0*5,這樣就需要對

供電線路進行無功補償，將功率因數(shù)提高到國家規(guī)定的0.90以上，以達到平衡電網(wǎng)無

功的目的。礦熱爐電弧冶煉時會產(chǎn)生高次諧波，尤其以3、5、7、11次最為嚴(yán)重，如

果對此不加以限制和吸收，無功對冶煉設(shè)備僅是補償裝置，則會產(chǎn)生不利的影響,因

此在裝置中，根據(jù)諧波狀況將并聯(lián)電容器設(shè)計成濾波回路。

以往都在高壓側(cè)進行無功補償/諧波治理，但是電弧爐變壓器二次端到電極一段

電路稱短網(wǎng)，短網(wǎng)的大尢功電流的仍通過短網(wǎng)，從而造成短網(wǎng)上的有效壓降，變壓器的

有效輸出效率低，變壓器低壓側(cè)、短網(wǎng)的消耗大。隨著低壓電容器的發(fā)展，礦熱爐低

壓補償技術(shù)是而逐漸發(fā)展起來，采用低壓就地補償/濾波技術(shù)優(yōu)點：

lo低壓補償可以提高變壓器、大電流線路利用率,增加冶煉有效輸入，

2。改善三相不平衡。

3。降低高次諧波值。

4O減小變壓器及網(wǎng)路附加損耗，可以消除力調(diào)電費，節(jié)能降耗。

5。提高礦熱爐變壓器有功出力，從而提高產(chǎn)量增加經(jīng)濟效益。

中國新能源］

china-nengyuan.com

啊幅頡何網(wǎng)蹦抗

-二m-

AI-(

5變

短

電

電n

壓

壓

u網(wǎng)

?3弧

器

l器-

補

電

電

一

電

.電

償

抗

抗

抗5

?抗V

補償原理：

方案簡介:從上圖中可以看出:高壓補償一次投資較低，但只能消除力調(diào)電費投

資回收期長。而短網(wǎng)就地補償一次投資稍高一些,但可以消除力調(diào)電費，提高產(chǎn)量，節(jié)

能降耗，投資回收期只需7~10個月。從長遠(yuǎn)的觀點來看,短網(wǎng)補償大大優(yōu)于高壓補

償。因為這樣的運行方案有利于最大限度的發(fā)揮礦熱爐的效力，對相關(guān)電氣設(shè)備及

爐體的壽命更為有利，總體經(jīng)濟指標(biāo)大大提高。針對電弧冶煉而言，無功的產(chǎn)生主要

是由電弧電流弓I起的,將補償點前移至短網(wǎng)，就地補償短網(wǎng)的大量無功消耗可提高變

壓器的出力，增加冶煉有效輸入功率。變壓器銅損及線損大幅降低，大大節(jié)省了線路

損失，減少了系統(tǒng)中的有功損失，節(jié)省了電能，從而穩(wěn)定了線路電壓,提高電壓質(zhì)量，不

但可以消除力率電費,還會得到適當(dāng)?shù)莫剟睢?/p>

原文地址:

FiEREC

目錄

第i章緒論

i.i電能質(zhì)量控制技術(shù)簡介

L2諧波與無功簡介

第2章諧波和無功功率

2.1諧波和諧波分析

2.2無功功率和功率因數(shù)

2.3諧波和無功功率的產(chǎn)生

23

2.4無功功率的影響和諧波的危害

2/

第1章緒論

1.1電能質(zhì)量控制技術(shù)簡介

11

1.2諧波與無功簡介

12

r=>EREC

RCRGC

3/

RERGC產(chǎn)

i.i電能質(zhì)量控制技術(shù)簡介

11

1.1.1電能質(zhì)量問題

111

1.1.2電能質(zhì)量問題的典型危害和影響

1.1.3電能質(zhì)量控制技術(shù)分類

1.1.4電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)、電能質(zhì)量

控制的關(guān)系

用能質(zhì)控制新力子裝

L1.5用于電能質(zhì)量控制的新型電力電子裝置

4/

i.i.i電能質(zhì)量問題

in

Z頻率的問題

Z幅值的問題

-穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓及電壓波動

一閃變（flicker

-幅值凹陷（sag,dip、凸升（swell、短時中斷（interruptionz波形和對稱度的問題

-三相不對稱（imbalance

一諧波（harmonics

一缺口（notching

py-暫態(tài)脈沖（impulsivetransients暫態(tài)振蕩（oscillatorytransient

5/

1121.1.2

電能質(zhì)量問題的典型危害和影響電壓頻率不穩(wěn),不對稱，以及穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電

壓及電壓波動、閃變等的危害。z諧波

-使產(chǎn)生、傳輸和利用電能的效率降低；

使電氣設(shè)備過熱振動產(chǎn)生噪音或絕緣老化縮短-使電氣設(shè)備過熱、振動、產(chǎn)生

噪音或絕緣老化，縮短其壽命，甚至發(fā)生故障、燒毀:-使繼電保護和自動裝置誤動

作;-對通信和電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。z電壓驟降

對精密儀器設(shè)備的危害

6/

-對精密儀器設(shè)備的危害;-給高產(chǎn)值的連續(xù)生產(chǎn)過程造成的損失。

113

1.1.3電能質(zhì)量控制技術(shù)分類

源頭附近穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題

穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓和電壓波動

源頭確定就地補償

閃變

三相不對稱

諧波時間持續(xù)

設(shè)置于系統(tǒng)

統(tǒng)補償

缺口

統(tǒng)一補償暫態(tài)電能質(zhì)量問題

電壓幅值凹陷凸升源頭不明重點用戶

電壓幅值凹陷、凸升

短時中斷

暫態(tài)脈沖、暫態(tài)振蕩

時間不定單獨保護

7/

1.1.4電力電子技術(shù)與電力

系統(tǒng)

電能質(zhì)量控制的關(guān)系系統(tǒng)、電能質(zhì)量控制的關(guān)系

電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展使得在電力系

統(tǒng)中實現(xiàn)響應(yīng)快速的控制元件，或者在電力系統(tǒng)中實現(xiàn)響應(yīng)快速功率適宜能產(chǎn)

生任系統(tǒng)中實現(xiàn)響應(yīng)快速、功率適宜、能產(chǎn)生任意波形的受控電源成為可能。用電

發(fā)電

電能質(zhì)量控制

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用

8/

配電

輸電

1.1.5用于電能質(zhì)量控制的

新型電力電子裝置

晶閘管投切電容器

TSC可解決的問題

穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓

(

晶閘管控制電抗器

(TCR無功功率電壓波動閃變

TCR+TSC

補償裝置

三相不對稱

靜止無功發(fā)生器

(SVG,ASVC,STATCOM

9/

1.1.5用于電能質(zhì)量控制的

新型電力電子裝置

一.

可解決的問題

諧波

(有源電力濾波器

缺口穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓

((APF

(

電壓波動閃變?nèi)嗖粚ΨQ

10/

1.L5用于電能質(zhì)量控制的

新型電力電子裝置

RFREC

可解決的問題

動態(tài)電壓恢復(fù)器電壓幅度凹陷

電幅度陷(DVR

電壓幅度凸升

(短時中斷

11/

REREC/

1.2諧波與無功簡介

12

121諧波問題及研究現(xiàn)狀

122諧波抑制

123

123無功補償

124本書內(nèi)容概述

124

1.2.5本課程的教學(xué)方法

12/

F?EREC

121諧波問題及研究現(xiàn)狀

“諧波”

——起源于聲學(xué)。

-18-19世紀(jì)，傅立葉提出諧波分析法；

-20世紀(jì)20年代，電力系統(tǒng)諧波問題出現(xiàn)（靜止汞弧變流器在德國使用;

-1945年J.C.Read經(jīng)典論文發(fā)表；

-50—60年代，大量相關(guān)論文發(fā)表（E.W.Kimbark作了總

結(jié)；

年代以來世界各國充分關(guān)注

-70年代以來,世界各國充分關(guān)注；

-我國對諧波問題的研究起步較晚。

13/

1.2.1諧波問題及研究現(xiàn)狀

121

z諧波研究的意義

-諧波的危害十分嚴(yán)重；

-影響電力電子技術(shù)自身發(fā)展；

-環(huán)保，建立綠色電力系統(tǒng)。

環(huán)保建立“綠色”電力系統(tǒng)

z諧波問題的研究方向

1諧波相關(guān)的功率定義和功率理論；

諧波相關(guān)的功率定義和功率理論

2諧波分析以及諧波影響和危害的分析;

3諧波的補償和抑制；

4諧波相關(guān)的測量和限制諧波標(biāo)準(zhǔn)問題。

14/

121

1.2.1諧波問題及研究現(xiàn)狀

諧波分析

RFRGC

諧波源分析電力系統(tǒng)諧波分析

變壓器電力電子裝置以電力系統(tǒng)為對象

SVC

15/

*ST,

RERGC"

1.2.1諧波問題及研究現(xiàn)狀

121

z諧波的測量

-諧波問題研究的主要依據(jù)、出發(fā)點；

-電子技術(shù)的引入；

-功率、電能的測量;

功率電能的測量

-存在的問題:標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

存在的問題標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

16/

RERGC氣

122諧波抑制

122

Z諧波抑制的思想

裝設(shè)諧波補償裝置來補償諧波

LC調(diào)諧濾波器

有源電力濾波器APF

采用高功率因數(shù)電力電子裝置

J9KL

17/

F?EREC

1.2.2諧波抑制

122

zLC調(diào)諧濾波器

-既可補償諧波,又可補償無功，結(jié)構(gòu)

既可補償諧波又可補償無功結(jié)構(gòu)

簡單：

-補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響;

-只能補償固定頻率的諧波，補償效果

不甚理想

不甚理想。

18/

*S-.

REREC一

122諧波抑制

122

有源電力濾波器ActivePowerFilter

-基本思想在六、七十年代就已經(jīng)形成；

基本思想在六七十年代就已經(jīng)形成

-對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償,

且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響；

-變流電路可分為電壓型和電流型；

-與補償對象的連接方式——并聯(lián)&串聯(lián)；

-可與LC調(diào)諧濾波器混合使用。

19/

1.2.2諧波抑制

122

Z其他的補償方法

—單位功率因數(shù)變流器

單位功率數(shù)變流

-采用多重化技術(shù)

-PWM整流器

-功率因數(shù)校正電路PFC

-矩陣式變頻器…

20/

r=>ERGC金鼻

123無功補償

123

卓---

Z無功功率

-概念清楚，極其重要，定義不統(tǒng)一

-對供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運行都十分重要

-要像有功功率那樣傳輸無功功率么？

Z無功補償?shù)淖饔?/p>

-提高供用電系統(tǒng)及負(fù)荷的功率因數(shù)，降低設(shè)備

容量，減少功率損耗；

容量減少功率損耗

-穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量

-在電氣化鐵道等三相負(fù)荷不對稱的場合，通過

適當(dāng)?shù)臒o功補償可以平衡三相的有功及無功負(fù)

荷。

荷

21/

REREC產(chǎn)

1.2.3無功補償

123

J—u

Z無功補償裝置

-同步調(diào)相機

-并聯(lián)電容器

-靜止無功補償裝置SVC

-靜止無功發(fā)生器SVG

RERGC

22/

REREC

第2章諧波和無功功率

2.1諧波和諧波分析

2.2無功功率和功率因數(shù)

2.3諧波和無功功率的產(chǎn)生

2.4無功功率的影響和諧波的危害

23/

2.1諧波和諧波分析

21

2.1.1諧波的基本概念

2.1.2諧波分析

212

2.1.3公用電網(wǎng)諧波電壓電流限值

24/

211

2.1.1

諧波的基本概念z諧波的基本概念正弦波電壓可表示為:

正弦波電壓施加在線性無源元件上其電

t(Usin2t(ua(D+=正弦波電壓施加在線性無源元件上，其電流和電壓仍為同頻率

的正弦波.正弦波電壓施加在非線性電路上時呢?非正弦電壓施加在線性電路上時呢?

25/

211

2.1.1諧波的基本概念z對于周期為T=2兀心的非正弦電壓u(cot，一般滿足狄里

赫利條件可分懈為如下形式的傅里葉級足狄里赫利條件，可分解為如下形式的傅里

葉級數(shù)：

00

i1=++=10

sincos((nnntnbtnaatucococo12兀cos1((2200==f7ia)(Dco(oconttdntuatdtua

其中，

(sin(l((200=JJ兀

coojconttdntubnn26/....321nx、=n

211

2.1.1諧波的基本概念

或

=—H-=0

32(

sin((nntncatu.①①式中,cn、Ri和an、bn的關(guān)系為

Inn

nnbac2

2

+=nnnbaarctg4)i

/(=n

nnca4>sin==27/nnncb@cos

RERGC-

211

2.1.1

諧波的基本概念n次諧波電壓含有率HRUn(harmonicratio(2-4=xl00(%nnU

HRUn次諧波電流含有率以HRIn

(2-51U=xn1(25諧波電壓含量UH和諧波電流含量IH

1100(%nHRII(2-6(2-7totalharmonicdistortionUU

Hiin—uo￡22IIHn

n==co￡22THDU(totalharmonicdistortion和電流

諧波總畸變率THDi(2-8(2-9THDUxln28/(28(29UuH=1IOO(%THDIi=xl

100(%

2.1.1諧波的基本概念

211

諧波

一個周期電氣量中頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的正弦波分量。

注意:暫態(tài)現(xiàn)象和諧波是不同的；

非正弦波形的波形系數(shù)和振幅系數(shù)

描述不和非正弦波構(gòu)成一一對應(yīng)關(guān)系

描述不和非正弦波構(gòu)成對應(yīng)關(guān)系。

29/

PERGC

212

2.1.2諧波分析諧波分析時特殊波形的處理1>u?t為奇函數(shù)均為零直流分量a

o和余弦項系數(shù)an均為零。K2(2-1Of=coo)co7tO(dsin(ttntubnn=1,2,3,....

30/

212

2.1.2諧波分析

2〉u((ot為偶函數(shù)

正弦項系數(shù)bn為零

1=ln

(2-11

I112

(d(OOttua7i

CD3兀cos(Ottntuan

COCDCDTtIIJ

=L,3,2,In31/

212

2.1.2諧波分析

z3)對稱函數(shù)u(cot+TI=-U(o)t)autnidtn=IJ20兀33(o兀

(cos((2-12butnidtn=IIIf2

0兀333兀

(sin(

n=J

III135,?L32/

REREC

212

2.1.2諧波分析

4)1/4周期對稱波形

且在正半周期內(nèi)前后

u(wt+TC=-U(cot，且在正半周期內(nèi)，前后71/2的波形以兀/2軸線對稱

(213

I1=42

71

(2-13Il=JL,5,3,l

(sin(OnttdntubncococonJ

33/

REREC4

212

2.1.2諧波分析三相電路中的諧波分析

對稱三相電路中三相電壓可表示為對稱三相電路中，三相電壓可表示為

)=2(cotuua(2-14

IJ

II+=-=3/2(3/(7KD兀cotuutuucb設(shè)a相電壓所含的n次諧波為uUn

t=+2sin(w貝IJb、c相電壓所含n次諧波就分別為annn(

如(34/

3/2sin(2nnbnntnUu中幾uri--3/2sin(2nncnn11)Uu巾兀⑴十十一

2.1.2諧波分析

212

對上面各式進行分析，可得出以下結(jié)論

(1n3k(kl,2,3,…，下同，即n為3、6、9等時，三

(1=3=1,2,3,

相電壓的諧波大小和相位均相同，為零序性諧波。

(即為等時相電壓相滯

(2n=3k+l,即n4、7、10等時,b相電壓比a

后2TI/3,C相電壓比”相電壓超前2兀/3,這些次數(shù)的諧波均為正序性諧波。代稱

三相電路的基波本身也是正序

性的。

性的

(3n=3k-l,即n為2、5、8等時,b相電壓比a相超前

這些次數(shù)的諧波均

271/3,c相電壓比a相電壓滯后2兀/3,這些次數(shù)的諧波均為負(fù)序性諧波。

35/

RERGC鼻

2.1.3公用電網(wǎng)諧波電壓電流限值

213

.?r...1

Z許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標(biāo)準(zhǔn)

Z原因:公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對用電設(shè)備和電網(wǎng)本身都會造成危

害。

制定原則限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流把電

Z制定原則:限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電網(wǎng)諧波電壓控制在允許范圍

內(nèi),使接在電網(wǎng)中的電氣

設(shè)備能免受諧波干擾而正常工作。

Z公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓限值

Z注入公共連接點的諧波電流允許值

36/

213

2.1.3

公用電網(wǎng)諧波電壓電流限值特殊情況的處理

1.公共連接點處的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量諧波電流允許值按下式修

(2-151SIk=1第n次諧波電壓含有率HRUn與電流分量In的關(guān)系如下

Snkhp2

未知

HRUZIUnnnN

=310(%若諧波阻抗Zn未知,nUINn337/HRUSnk=10(%

REREC產(chǎn)k

213

2.1.3公用電網(wǎng)諧波電壓電流限值兩個諧波源的同次諧波電流在一條線路上的

同一相上迭加

同相上迭加1〉相位角已知，總諧波電流In為

(21922(2-19

>相位角不確定總諧波電流I"IInnnnnn-"l2122cos02〉相位角不確定,

總諧波電流In為

(2-20111K11nnnnnn=++122212

式中系數(shù)Kn可按下表選取。

h

35611139,>13,偶次16212807202100838/Kh1.621.280.720.180.080

2132.1.3公用電網(wǎng)諧波電壓電流限值3.兩個以上同次諧波電流的迭加首先將兩

個諧波電流迭加，然后再與第三個諧波電流迭加，以此類推。

4.兩個及兩個以上諧波源在同一節(jié)點同一相上引起的同次諧波電壓的迭加

公式和式(2-19或(2.20類似。共連接點有多個用戶

5.同一公共連接點有多個用戶每個用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶

在該點的協(xié)議容量與其公共連接點的供電設(shè)備容量之比進行分配。第i個用戶的第

n次諧波電流允許值IniJtj:39/IISSninit=(//la

r=>ERGC

2.2無功功率和功率因數(shù)

22

2.2.1正弦電路的無功功率和功率因數(shù)

2.2.2非正弦電路的無功功率和功率因數(shù)

222

2.2.3無功功率的時域分析

2.2.4三相電路的功率因數(shù)

2.2.5無功功率的物理意義

225

2.2.6無功功率理論的研究及其進展

無功功率論的研究及其進展

40/

2212.2.1

正弦電路的無功功率和功率因數(shù)正弦電路中,負(fù)載是線性的，電路中的電壓和電

流都是正弦波。

設(shè)電壓和電流分別可表示為

uUt=2sin(oi11=

-2sin（

co4）（2-22

1111=-22cossinsincosco巾siipq

二+電流i41/

i被分解為和電壓同相位的分量iP和與電壓相差90。的分量iqo

2212.2.1

正弦電路的無功功率和功率因數(shù)iP和iq分別為

1iilt

.T}

111p=-1

I

22cossinsincos4）o）（o（2-23

iqJ

I和iq分別稱為正弦電路的有功電流分量和無功電流分量。

電路的有功功率為:P=UIcos6電路的無功功率為:Q=UIsin4）

42/

2212.2.1

正弦電路的無功功率和功率因數(shù)定義

S=UI=P22視在功率S=UI=P

+Q功率因數(shù)一有功功率與實在功率的比值。

S

P=

X

%正弦波電路中，功率因數(shù)常用cos4)

來表示。

43/

2222.2.2

非正弦電路的無功功率和功率因數(shù)在含有諧波的非弦電路中有功功率

在含有諧波的非正弦電路中，有功功率、視在功率和功率因數(shù)的定義均和正弦

波電路相同,物理意義也沒有變化

物理意義也沒有變化。有功功率P為

1812兀電壓和電流的有效值分別為

PuidtUInn

n

n=

=Z=20

1

71

co巾(cos(2-29

UU

n

n=

=00

22

1

II

n

n-

=00

Z21

注44/

SUIU

I

n

nn

n==

==1

1

(2-32

2222.2.2

非正弦電路的無功功率和功率因數(shù)仿照式（2-28,可以定義無功功率

（2-332

2這個定義只反映了能量的流動和交換，并不反塊能量在負(fù)載中的消耗P

SQ-二能量在負(fù)載中的消耗。

仿照式（2-25也可以定義無功功率

(2-34

引入非正弦電路后可能出現(xiàn)些很不合理的現(xiàn)

1

sinnn

nn

flU

Q力引入非正弦電路后，可能出現(xiàn)一些很不合理的現(xiàn)象，因此這種定義也不甚理

想。

45/

2222.2.2

非正弦電路的無功功率和功率因數(shù)在非正弦的情況下,S2#P2+Qf2,因此引入

畸變功率D,使得

S2=P2+Qf2+D2(2-35

比較可得Q2=Qf2+D2(2-36

和Qf不同,D是不同頻率的電壓電流正弦波分量之間產(chǎn)生的。

在公共電網(wǎng)中，考慮到不同頻率的電壓電流之間不產(chǎn)生有功功率,按照上述定義

可以得到

2

2

2

211111

cossinffPUIQUIPQUI

(()(|)=+=2co

00

注46/

2

2

2

22

2

2

2

2

2

2

2

1

2

2nfnn

n

SUIUIU

IDSPQU

2222.2.2

非正弦電路的無功功率和功率因數(shù)在這種情況下,Qf和D都有明確的物理意

義。Qf是基波電流所產(chǎn)生的無功功率,D是諧波電流所產(chǎn)生的無功功率。這時功率

因數(shù)為

入@@2

==p

SUIUI

II

11

1

1

COSCOSCOS基波電總電流

功流相移基波諧基波率電流波有功波電無功因47/

形畸變

電流

流

電流

數(shù)

223

2.2.3

無功功率的時域分析以上分析是從頻域角度進行分析本節(jié)直觀的以上分析是從

頻域角度進行分析，本節(jié)直觀的從時域角度對無功功率進行分析。時域分析原理

itGutp((

=—把電流按照電壓波形分解成有功電流ipd和無功電流i((兩個分量淇中

i(t的波形與電壓u(t完全一致，即

qP式中G為一比例常數(shù)，其取值應(yīng)使一周期ip(t內(nèi)所消耗的功率和i(t消耗的

功率相等?？傻茫?/p>

P48/

GU

-2

223

?2.2.3尢功功率的時域分析

定義無功電流iq(t為

iq(t=i(t-iq(t

(2-42由式(2-39和(2-42可得

(2-43

1T

卜即iP和iq正交,因此可求得i、iP和iq的有效值之間關(guān)系如下

0T

iidtpq

2

2

20

2022

21

1

1

ITqpTq

Tp

Tlldt

iiT

dtiT

dtiTdtiTI

+=+

+

==!

J

J

烤慮到S=UI,并定義P=UIp、Q=UIq，給上式兩邊同乘以U2

2=P2+Q2(2-44qp49/

可得sQ(

REREC/盤

224

2.2.4

一

三相電路的功率因數(shù)在三相對稱電路中各相電壓電流均為對稱在三相對稱電路

中，各相電壓電流均為對稱，功率因數(shù)也相同。三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的

功率因數(shù)在三相電路中影響功率因數(shù)各相的功率因數(shù).在三相電路中，影響功率因

數(shù)的因素除電流和電壓的相位差、波形畸變外，還有一個因數(shù)就是三相不對稱。三

相不對稱電路的有個因數(shù)就是三相不對稱。三相不對稱電路的功率因數(shù)至今沒有統(tǒng)

一的定義。定義之一為EP

(2-45

九=

ZS

式中各相的S為其電流與各線到人為中點電壓的乘積。

該定義簡單且易于計算考慮了不對稱的因50/

該定義簡單且易于計算，考慮了不對稱的因素，但其依據(jù)不充分O

北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報

No.

I''

III

1

1

5.2021

學(xué)術(shù)研究成果無功補償電容器中諧波問題的研究

胡靜1朱全林2

徐健夫2

（1、華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)保護與動態(tài)安全監(jiān)控教育部重點實驗室，河北

2、浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江

寧波

保定

0710031；

315722）

摘要：本文分析了電網(wǎng)中諧波的產(chǎn)生及其對無功補償并聯(lián)電容器的影響，探討了

在存在諧波影響下電力系統(tǒng)無功補償方案

——在并聯(lián)電容器上串聯(lián)電抗器，并闡述了電抗器的參數(shù)選擇問題。通過對無功

補償電容器串聯(lián)電抗器的故障實例進行定性和定量分析，找出故障原因，擬定應(yīng)

對措施。結(jié)果表明，通過對串聯(lián)電抗器參數(shù)的調(diào)整，明顯改善了無功補償裝置運

行的安全與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)電容器；諧波；無功補償；串聯(lián)電抗器中圖分類號：TM53文獻標(biāo)

識碼:A文章編號：1009-0118(2021)-05-0244-04

電網(wǎng)無功補償是提高系統(tǒng)功率因數(shù)、保證電網(wǎng)安全和改善電能質(zhì)量的重要手段。

設(shè)置無功補償電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法之一，在國內(nèi)外均得到廣泛的應(yīng)

用II］。然而隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及大量非線性負(fù)載的接入，電網(wǎng)中

的諧波污染問題日益嚴(yán)重。這些諧波電流使無功補償裝置的安全運行受到嚴(yán)重威

脅，補償電容器的故障率越來越高。同時，如果無功補償裝置的參數(shù)匹配不當(dāng)，

將使諧波放大甚至發(fā)生諧振，嚴(yán)重影響設(shè)備安全和系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，避免電容器

與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振，保證補償電容器長期安全穩(wěn)定運行，同時吸收一部

分諧波，在一定程度上降低系統(tǒng)的諧波電壓和諧波電流畸變率。

一、諧波的產(chǎn)生及其影響

在工業(yè)和民用建筑電氣設(shè)備中，有許多非線性負(fù)載，這些非線性負(fù)載能產(chǎn)生各次

的高次諧波，被稱為諧波電流源13］。公用電網(wǎng)中的諧波源主要是各種電力電子裝

置(含家用電器、計算機等的電源部分)、變壓器、發(fā)電機、電弧爐和熒光燈

等。工業(yè)用電系統(tǒng)中，大多數(shù)為三相負(fù)載，其三相整流裝置所產(chǎn)生的特征諧波主

要是5次及5次以上的高次諧波，而在民用建筑電氣設(shè)備中，多數(shù)為單相負(fù)載。

這些單相整流裝置產(chǎn)生的特征諧波主要是3次及3次以上的特征諧波。另外由于

變壓器磁化曲線的非線性，其勵磁電流也含有高次諧波分量，其主要是3次諧波

和5次諧波。

諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡

化，也對周圍的通訊系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。諧波的危害有很多方

面，如諧波電流會使輸電損耗變大，使電動機過熱和運行不穩(wěn)定，造成繼電保護

裝置誤動作等。這里我們主要討論非線性負(fù)載所產(chǎn)生的高次諧波電流對無功補償

電容器的影響。

各次諧波與正弦波的基波合成結(jié)果就是一個非正弦波，這就是通常所說的畸變波

形。這些畸變波形對并聯(lián)電容器的影響很大，當(dāng)電容器的端電壓為非正弦波時，

會在電容器介質(zhì)中產(chǎn)生附加的有功損耗，就產(chǎn)生了額外發(fā)熱，使電容器溫度升

高。電壓波形的畸變還會加速電容器介質(zhì)的老化；另外，電容器在諧波頻率下的

容抗比在基波頻率下小很多倍，

⑵

而電網(wǎng)中的變壓器在諧波頻率下的感抗比在基波頻率下大很多倍，導(dǎo)致諧波電流

大部分流入并聯(lián)電容器，會造成電容器過負(fù)荷，甚至燒毀并聯(lián)電容器。

二、諧波的放大現(xiàn)象

在配電系統(tǒng)中常常會出現(xiàn)這種情況，當(dāng)并聯(lián)電容器投入運行時，會使并聯(lián)電容器

回路中流入的諧波電流大于非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流，這就是所謂的諧波放

大現(xiàn)象。

現(xiàn)在我們用供電系統(tǒng)與并聯(lián)電容器的簡化電路來進行我們就無功補償電容器的諧

波問題進行研究，提出改善措施，分析，見圖lo（簡化電路的前提是：線性負(fù)載

的阻抗比系統(tǒng)

阻抗大很多，因此線性負(fù)載支路的分流很少，為了簡化起見

）圖中，為諧波源

IIU

的次在簡化電路中忽略了線性負(fù)載支路。

諧波電流；為進入電網(wǎng)的諧波電流；為進入電容器的諧波電流。

如圖所示，忽略系統(tǒng)

IIU

的次諧波電阻，

1111

則

IIU

IIH

IIH

/

IIU

■

■

Illi

IIU

■

IIU

■

IIU

■

Illi

IIU

■

■

)

+

Illi

圖la系統(tǒng)

圖

圖

IIU

1b次諧波電流等效電

路

本文系國家自然科學(xué)基金資助項目（項目號：50677018）

作者簡介：胡靜（1984-）,女，碩士研究生，研究方向：發(fā)點運行與控制；朱全

林U964-）,男，高級工程師，值長；徐健夫（1985-）,

男，工程師。

北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報

No.

I??

III

1

IMNN

5.2021

式中：

IIU

——次諧波電抗

IIM

0.

IIU

IIIH

IIIH

—工頻短路電抗

0

■

學(xué)術(shù)研究成果

式中：一串聯(lián)電抗器的基波電抗

im

Oo

IIU

■

■

當(dāng)

IIU

/>0時，此時支路成感性，電流是在兩個感

性支路間分配，所以和均小于，這就有效防止了次諧波

■

并聯(lián)電容器次諧波電抗

im

（）,=

■

被放大。

—并聯(lián)電容器基波電抗

IHI

0。

(-)串聯(lián)電抗器的參數(shù)選擇⑵可見

1111

1111

和方向相反，且11=1+1?？梢?由式(1)、

由于并聯(lián)了電容器，使得流過系統(tǒng)的電流和流過電容器的電流可能大于諧波電

流，這種現(xiàn)象稱為諧波電流放大0僅當(dāng)〉時，稱系統(tǒng)諧波電流放大；當(dāng)〉時，稱電

容諧波電流放大；當(dāng)、同時大于時，稱諧波電流嚴(yán)重放大。最為嚴(yán)重的是，當(dāng)

二時，并聯(lián)電容器與系統(tǒng)

IIU

對次諧波產(chǎn)生并聯(lián)諧振

[4]

,此時，、均遠(yuǎn)大于。諧振點諧波

IIU

次數(shù)為0

Illi

-/

0.5

,若

諧波源中含有次數(shù)接

IIU

近。的諧波，雖不諧振，但也會導(dǎo)致該次諧波被放大。

上述分析表明，當(dāng)為提高系統(tǒng)功率因數(shù)而進行電容無功補償時，如果電容補償裝

置參數(shù)選擇不當(dāng)，就可能產(chǎn)生電容器諧波電流放大或諧振現(xiàn)象，致使電容器因長

時間處于過負(fù)荷工作情況下而燒毀，或者工作在過電壓的情況下而擊穿。

三、抑制方法

（一）抑制并聯(lián)電容器諧波電流的方法

由前述分析可知，在有諧波源的系統(tǒng)中，單獨使用電容器進行無功補償，會造成

諧波電流通過并聯(lián)電容器使其過載。為防止這種情況發(fā)生，一般采取以下三種方

式抑制并聯(lián)電容器諧波電流：

1、成少使用或不使用產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備；2、改變電網(wǎng)的參數(shù)；

3、在并聯(lián)電容器支路中串聯(lián)一個電抗器。

上述三種方法中只有第三種是切實可行的，也就是在并聯(lián)電容器支路中串聯(lián)電抗

器，用來抑制流向并聯(lián)電容器中的諧波電流?，F(xiàn)在我們用圖2來分析串聯(lián)電抗器

之后的情況。

如圖2所示，串接電抗器之后，和變

為：

（3

)

(4

IIIIIIIII

IIKiiil

II

)

圖2a串聯(lián)電抗器后的系統(tǒng)

圖

圖2b串聯(lián)電抗器

IIU

的次諧波電流等效電路

1、串聯(lián)電抗器的電抗率計算電抗率就是串聯(lián)電抗器的感抗與并聯(lián)電容器的容抗

之比，用百分?jǐn)?shù)表示。在無功補償并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)一組電抗器，其感抗值

的選擇應(yīng)使在可能產(chǎn)生的各次諧波下均使電容器回路中的總阻抗為感性，而不是

容性，這就從根本上消除了產(chǎn)生諧波的可能。串聯(lián)電抗器感抗的計算如下

■

■

IIU

/

(5)

式中：——串聯(lián)電抗器的工頻感抗

im

0

IIU

/

——可能產(chǎn)生的最低次諧波次數(shù)

■

/

——可靠系數(shù)(一般取1.2?1.5)

IIH

;—補償并聯(lián)電容器的工頻容抗

IM

Oo

在《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》GB50227-95中，對于抑

IIU

制次諧波的串聯(lián)電抗器的電抗率都有推薦值［5］。例如，抑制5次諧波的串聯(lián)電抗

器推薦的電抗率為0.06,抑制3次諧波的串聯(lián)電抗器推薦的電抗率為0.12。

2、串抗器與電容器額定電壓的匹配問題

當(dāng)無功補償電容器支路串聯(lián)電抗器之后，會使并聯(lián)電容器的端電升高。根據(jù)《并

聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》中522.3條規(guī)定：電容器端子運行電壓應(yīng)計入接入串聯(lián)

電抗器引起的電容器運行電壓升高，其端電壓升高值按下式計

算：

(6)

式中：一電容器端子運行電壓(kV)

IUU

電容器組每相串聯(lián)段數(shù)

Ei

-并聯(lián)電容器裝置母線電壓(kV)

1

;——串抗的電抗率(％),=

/o

按《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，變電站母線電壓有一定的允許范

圍。例如，變電站10kV母線電壓合格范圍應(yīng)為10?10.7kV。所以，串聯(lián)電抗器

的電抗率的選擇還要與電容器的額定電壓和母線電壓的允許范圍相匹配。除此之

外，還要注意電抗率對諧振點諧波次數(shù)的影響，要使串抗器參數(shù)的選擇避免使并

聯(lián)和串聯(lián)諧振點及諧波電流嚴(yán)重放大區(qū)的諧波次數(shù)接近該系統(tǒng)主要諧波源的諧波

次數(shù)。

四、實例分析（一）系統(tǒng)模型

圖3為遼寧營口港卸船機及其配電系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖，卸船機使用大量的非線性

生產(chǎn)設(shè)備，在使用過程中會產(chǎn)生大量諧波影響正常生產(chǎn)，尤其以5次、7次、11

次諧波為主。如圖3所示，兩組（6臺）無功補償電容器分別并聯(lián)于23#站的兩組皮

帶機10kV母線上，每組中有三組容量不同的并聯(lián)電容器，電容器均為星型接

線.其參數(shù)如下：1、容量：15OkVar（每相5OkVar）,額定電壓：11/kV；

2、容量：3OOkVar（每相l(xiāng)OOkVar）,額定電壓：11/kV；3、容量：450kVar（每相

15OkVar）,額定電壓：U/kV。

II

IM

II

IM

■

北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報

No.

I'

III

u

in

圖3系統(tǒng)示意圖

(-)問題分析及改善措施表1、2為上述系統(tǒng)中測量點4和5的測量數(shù)據(jù)。

議各工作時的測試敕舞

Har.

OrderA相B粕C相

宏波5755V526A5745V523A5726V519A

U(%)1(A)U(%)1(A)U(%)l(A)

20.041.2().041.00.031.3

30.122.20.172.10331.9

40.030.70.030.70.030.9

52.95102.13.10102.12.99103.4

60.030.80.030.70.030.6

70.4510.00.5210.40.529.8

80.020.30.030.40.030.3

90.050.60.040.50.060.6

100.03030.030.40.030.3

U0.90J8.9d9319.1().8919.2

120.030.4().020.40.030.4

1/0344.00.394.50354.1

總謂波3341083.501083.41109

PF.0.480.490.48

學(xué)術(shù)研究成果由表1和表2可以看出，該系統(tǒng)中的諧波以5次諧波為主。為抑制

諧波電流，每組無功補償電容器均串聯(lián)了電抗器電抗率為5%),然而，在實際

運行中發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)的無功補償電容器經(jīng)常無法投入而自動斷開。

現(xiàn)以僅投入一組容量最小的

1111

電容器

1111

為例對其原因進行分析。根據(jù)所給參數(shù)和等效電路圖，計算出系統(tǒng)5次諧波電流

和電容器5次諧波電流為：5=142.57925A,5=26.48075A,因此，流過電容器電

流過大，超過熔斷器的熔斷電流使得熔斷器燒斷，所以無功補償裝置無法投入。

針對這種情況，需要改變串聯(lián)電抗器的參數(shù)來提高無功補償并聯(lián)電容器運行的安

全與穩(wěn)定性。經(jīng)過計算和分析發(fā)現(xiàn)，將電抗率從5%提高到8%是較為合適的。以

投入一組容量最小的電容

K

器為例，參數(shù)改變后，5=7.49956A,熔斷電流=L9=14.9587A,而實際流過熔斷

器的電流為基波與5次諧波的均方根，=10.8472A,小于熔斷電流。同時，對單獨

投入另兩組容量不同的電容器后的情況也分別進行了計算，結(jié)果表明，通過熔斷

器的電流均沒有超過19倍額定電流。因為當(dāng)六組并聯(lián)電容器中只有一組投入時

為最差運行方式，所以，電容器以其他運行方式運行時，均不會過流。

同時，取10kV母線電壓為10.5kV時（在合格范圍內(nèi)），得到電容器端子運行電

壓為=11.41/kV,而電容器額定電

壓為U/kV,因此，串抗電抗率與電容器額定電壓和母線電

壓允許范圍均相匹配。

此外，通過計算，發(fā)現(xiàn)并聯(lián)諧振點諧波次數(shù)從原來的4.39變?yōu)?.50,串聯(lián)諧振點

從4.47變?yōu)?.54,諧波電流嚴(yán)重放大區(qū)間從［4.315,4.431］變?yōu)椋?.456,3.515］。

所以對于本例（主要考慮5次諧波電流），提高串抗的電抗率后，不但使熔斷器

不

（

II

II

II

HN

北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報

No.

5.2021

學(xué)術(shù)研究成果

聯(lián)通、網(wǎng)通合并申報案法律評論

何侃

（南京大學(xué)法學(xué)院，江蘇

南京

210093）

摘要：聯(lián)通、網(wǎng)通按照行政指令進行合并行為時，沒有向商務(wù)部反壟斷局進行經(jīng)

營者集中的申報，在社會上引發(fā)了極大的關(guān)

注。商務(wù)部正式宣布，此次合并違反了《反壟斷法》。本文即以此案情為基礎(chǔ)，

從《反壟斷法》相關(guān)規(guī)定入手，對此次案件進行法律分析與評論。

關(guān)鍵詞：聯(lián)通網(wǎng)通合并；行政指令；經(jīng)營者集中申報中圖分類號：TN92文獻標(biāo)

識碼：A文章編號：1009-0118（2021）-05-0247-02

由于政府的行政干預(yù)，與國有企業(yè)的歷史地位，我國很公布程序往往遵循不嚴(yán)。

聯(lián)通、網(wǎng)通合并重組案中的合并部分，就是此方面的典型代表。那么，聯(lián)通、網(wǎng)

通的合并交易到底需不需要向商務(wù)部反壟斷局進行申報呢？二者的行為是否涉嫌

規(guī)避《反壟斷法》的相關(guān)規(guī)定？國企對《反壟斷法》究竟是否享有當(dāng)然豁免權(quán)？

以下筆者即在對案情進行介紹的基礎(chǔ)上，從主要爭議觀點入手，對這些問題一一

予以討論。

一、案情之簡介：聯(lián)通、網(wǎng)通合并的反