無功補償用串聯電抗器的性能與作用分析

發布日期： 2014-08-16 |

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目前工礦企業無功補償多采用分組自動跟蹤補償，單組容量多為900kvar以下，一般都將電力電容器，串聯電抗器及真空接觸器等裝于同一柜內，這樣就要求電抗器體積小、性能好、重量輕、便于安裝維護；現對無功補償用串聯電抗器的用途、性能介紹如下。
一、串聯電抗器類種
1、油浸式鐵芯電抗器；
2、干式鐵芯電抗器；
3、干式空芯電抗器；
4、干式半芯電抗器；
5、干式磁屏蔽電抗器；
二、無功補償電抗器用途分為：
1、限流電抗器；
2、抑制諧波電抗器；
3、濾波電抗器；
三、串聯電抗器的作用是多功能的，主要有：
1、降低電容器組的涌流倍數和涌流頻率，便于選擇配套設備和保護電容器。根據GB50227標準要求應將涌流限制在電容器額定電流的10倍以下，為了不發生諧波放大（諧波牽引），要求串聯電抗器的伏安特性盡量為線性。網絡諧波較小時，采用限制涌流的電抗器；電抗率在0.1%－1%左右即：可將涌流限制在額定電流的10倍以下，以減少電抗器的有功損耗，而且電抗器的體積小、占地面積小、便于安裝在電容器柜內。采用這種電抗器是即經濟，又節能。
2、串聯濾波電抗器，電抗器阻抗與電容器容抗全調諧后，組成某次諧波的交流濾波器。濾去某次高次諧波，而降低母線上該次諧波的電壓值，使線路上不存在高次諧波電流，提高電網的電壓質量。
濾波電抗器的調諧度：
XL＝ωL＝1/n2XC=AXC
式中A－調諧度（%）
XL－電抗值（Ω）
XC－容抗值（Ω）
n-諧波次數
L－電感值（μH）
ω----314
各次諧波濾波電抗器的電抗率
3次諧波為11.12%
5次諧波為4%
7次諧波為2.04%
11次諧波為0.83%
高次諧波為0.53%
按上述調諧度配置電抗器，可滿足濾除各次諧波。
3、抑制諧波的電抗器，先決條件是需要清楚電網的諧波情況，查清周圍用電戶有無大型整流設備、電弧、煉鋼等能產生諧波的設備，有無性能不良好的高壓變壓器及高壓電機，盡可能實測一下電網諧波的實際量值，再根據實際諧波量來配置適當的電抗器。鐵芯電抗器電抗線性度不好，有噪聲，空芯電抗器運行無噪聲，線性度好，損耗小。
標準規定空芯電抗器容量在100KVAR以下時，每伏安損耗不大于0.03W。例如：單臺12000VA電抗率6%的電抗器損耗為360W，三相有功損耗為1080W，這是一個不小的數字。電網上諧波較小時，采用限流電抗器可節省電能。
4、由于設置了串聯電抗器，減少了系統向并聯電容器裝置或電容器裝置向系統提供短路電流值。
5、可減少電容器組向故障電容器組的放電電流，保護電力電容器。
6、可減少電容器組的涌流，有利于接觸器滅弧，降低操作過電壓的幅值。
7、減小了由于操作并聯電容器組引起的過電壓幅值，有利于電網的過電壓保護。
四、串聯電抗器的選型原則
用電企業都有自身的特點，對設備有不同的要求，干式電抗器有噪音小、電抗器的線性度好、機械強度高、安裝簡單等特點；油浸電抗器損耗小、占地面積小、線性度不好、噪音大。因此，采用什么樣的電抗器應綜合考慮。串聯電抗器主要作用是抑制諧波、限制涌流和濾除諧波。電抗率是電抗器的主要參數，電抗器的大小直接影響它的作用。
限流電抗器電抗率在0.1-1%，而抑制諧波的電抗器電抗率在4.5%-13%，限流電抗器把涌流限制在電容器額定電流10倍以下為誼。配置限流電抗器時，應考慮線路電抗（1μH/M）。
五、投切電容器時的涌流：
1、單組電容器投入時的涌流
Iym=√2 IΣ1-√(XΣ/Xl)
Xl=2 IΣ* XΣ/( Iym-√3* IΣ)2
ψy=ψ√(XΣ/Xl)
式中
Iym---合閘涌流最大幅值（峰值）(KA)
IΣ---組電容器裝置的額定相電流  (A)
XΣ---組電容器相總額定電抗  (Ω)
X_l---系統感抗與串聯電抗器相額定電抗  (Ω)
fy ----涌流頻率
Μ---電網頻率
2、各電容器組容量相等時按下式
Iym=(M-1)/M*√2 000QΣ/3ωL  (kA)
L=(M-1)/M2*2 000QΣ/3ωIym2  (μH)
式中
QΣ-單組電容器額定容量  (kvar)
Μ---電容器組數
L---電感值   (μh)
ω---角頻率   (314)
Iym-峰值電流（ka）
線路電抗XL′＝(1μH/Μ)
fy=103/2л√(LCΣ)
當電網存在諧波不可忽視時，應采用抑制諧波的電抗器。為了確定合理的電抗率，應查明電網諧波背景含量，以便適當的選用電抗器種類和電抗率。
六  按以下方式配備電抗器
1、偶次諧波2、4、6、8……次，諧波對稱互相抵消，因此不于考慮。
2  奇次諧波為3、5、7、11、13次及以上諧波，這些諧波多出自大型整流設備，電弧、煉鋼、電機車等負荷。當用戶的電網內有這種設備，就是有諧波源，應測諧波次數及含量，如諧波不超過國家標準，然后計算應配置的電抗器參數。含有3次諧波配置13%的電抗器，含有5次以上諧波配置4.5%-6%的電抗器，4.5%--6%的電抗器可以覆蓋5次以上諧波。
配置電抗器后應換算是否能產生諧波放大現象，如發生下列情況時應改變電抗器的參數。

七、諧波放大現象的判據

類型	等值電路圖 (歸算為單相電路)	發生條件的判斷式	放大量
諧波電流電源側放大		nXL-XC/n<0 ┃(nXL -XC/n)/ (nXS+nXL-XC/n)┃>1	放大了母線電壓正弦波畸變率，不許出現負荷過電流
電容器側放大		nXL -XC/η<0 ┃nXs/( nXs+ nXL- XC/n) ┃ >1	放大了母線電壓正弦波畸變率，電容器組過負荷，不許出現電容器組過電流
并聯諧振		nXL -XC/n<0 nXs≈-( nXL-XC/n)	電容器組及負荷母線上正弦波畸變率絕對避免出現

1、配置6%的電抗率可能放大3次諧波，如網絡有3次諧波時要配置13%的電抗器。
2、裝設電抗器后能夠產生諧波放大,實測諧波含量，按實際情況配適當的電抗率。
3、電抗器的端電壓為
UD=UN ╳電抗率(0.1%—13%)  (V)
式中：
UD---端電壓  (V)
UN---電容器額定電壓  (KV)
電抗器的端電壓是指電抗器本身的工作電壓，不是電網電壓，如13%的電抗率，10KV電網電壓，電容器的相電壓為6936V，電抗器的端電壓為6936 ╳13%＝900V。
八、電抗器的品質因數
單通濾波器的串聯電抗器的品質因數是一項重要的指標，一般在30-60之間，應力求品質因數高，也就是電抗器線圈直流電阻盡量小。
Q= nXl/RL=(30~60)單通濾波器的品質因數
高通濾波電抗器的品質因數同上，但需加并聯電阻。
Rb=√XLXC＝BXL＝XC/B
九、電抗器的特性
1、鐵芯電抗器
噪聲大、電抗器線性度差、能引起漏磁、局部過熱，易發生磁飽和，燒毀線圈。系統過壓、過流和諧波的影響，致使鐵芯過飽和電抗值急劇下降，抑制諧波的能力下降，抗短路電流能力低。干式鐵芯式電抗器除上述缺點外，還不能在室外運行。
2、干式空芯電抗器
線性度好，無噪聲，過流能力強，散熱能力強，機械結構簡單、堅固，戶內、戶外都可使用，基本上免維護。缺點是體積較大損耗較大。
3、半芯電抗器
半芯電抭器是介于鐵芯電抭器和空芯電抗器之間的一種新型電抭器，在空芯電抗器繞組內加上不閉合磁路的鐵芯，使半芯電抗器具有鐵芯電抗器和空芯電抗器的優點。組成全新的半芯電抗器，半芯電抗器線圏直徑比空芯電抗器直徑小20% 電抗器損耗低25%，線性度接近于直線，阻抗不隨電流增加而減小，噪聲低于50db。便于在柜內安裝，是無功補償比較好的串聯電抗器。
理想的電抗器應是有如下特點：
1、無油　2、無噪音　3、體積小　4、線性度好　5、無漏磁　6、過流能力強
即將來發展方向是干式半芯磁屏蔽電抗器。
十、串聯電抗器后電容器電壓升高的情況
有串聯電抗器后電容器端電壓會升高，其升高的幅值與串聯電抗器的百分數有關；百分數高，電容器端電壓高，按下表計算。
串聯電抗器百分率與電容器電壓升高的關系

n	0.1%	1.0%	4.5%	5%	6%	12%	13%
1+n	1.001	1.01	1.045	1.05	1.06	1.12	1.13
1/1-n	1.001	1.01	1.047	1.0526	1.0638	1.1364	1.1494

十一、為什么采用百分率計算電抗器

限流電抗器是保證合閘涌流不超過電容器額定電流的十倍，這樣能降低電抗器的銅耗，減小體積。4.5%-13%的電抗器是抑制諧波的，如果網絡諧波較大，如3次、5次、7次、11次及高通諧波都存在，只有用13%的電抗器能抑制3次以上的諧波，如果沒有3次諧波，就可以用6%的電抗器來覆蓋5次以上的諧波，因為高于5次以上的諧波需要的電抗都小于5次諧波的電抗。

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