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串联电抗器的应用与选择

发布时间:2021-1-28

  引 言

    并联电容器进行无功补偿是电力系统改善功率因素和跳崖的有效措施。然而电力系统中大量非线性负载的投运,特别是以晶闸管作为换流元件的电力半导体器件,由于它以开关方式工作,将会引起电网电流、电压波形的畸变,产生大量高次谐波。而电容器对高次谐波反应比较敏感,会对谐波电刘起到放大作用,严重时还会产生谐振,造成电容器自身的损坏或无法工作,还危及附近其他电器设备的安全。


    在具有高次谐波背景中装设补偿电容器,一般采用在电容器回路中串联电抗器的措施,这既不影响电容器的无功补偿作用,又能抑制高次谐波。但串联电抗器必须考虑电容器接入处电网的谐波背景,绝不可任意组合。只有合理选择串联电抗器的电抗率,使之与电容器进行合理匹配,才能有效地起到抑制谐波的作用,并有限制合闸涌流的效果。


   1、抑制高次谐波

   当无功补偿电容器接入电网存在有高次谐波时,电容器对n次谐波的容抗降为xc/n,系统电感对n次谐波的感抗升高为nxL。在电网存在有n次谐波电流时,如果符合nxL=xc/n的条件,则将产生n次谐波的谐振现象。其n次谐波电流与基波电流迭加后,使流过电容器的电流骤增,此时产生的过电流必将危及电容器自身安全或无法工作。同时谐波电流在系统阻抗上产生的谐波电压与源电压迭加后产生过电压,此过电压也会威胁到电容器的安全运行。


   采用并联电容器进行无功补偿而构成的电路中,若电容器支路与系统发生并联谐振,此时谐振点的谐振次数为:

                      n0=√xc/(xL+xs)

式中 xs———系统等值基波短路电抗;    

       xL———电抗器基波电抗;

       xc———电容器基波电抗;

      (xL=Axc,A为电抗率)

   从上式看出,串入电抗器电感量越大,则谐波次数n0越低,因而可通过串入电抗器电感量的大小来控制并联谐振点,从而达到避开谐波源中的各次谐波。由此可见,在补偿电容器回路中串联一定电抗率的电抗器,即能有效地避开谐振点。


   在电容器接入处电网存在高次谐波时,当谐波次数大于谐振点的谐波次数时,电容器回路阻抗呈感抗,此时谐波电流全部流入电容器回路中,故而电容器对谐波电流不起放大作用。但在谐波次数小于谐振点的谐波次数时,电容器回路阻抗特性呈容性,此时串联的电抗器不会起到抑制谐波作用,反而对谐波电流起到放大作用。为此,在电容器回路串联的电抗器绝不能任意组合,一定要考虑接入处电网的谐波背景,只有根据谐波背景选择合适的电抗率的电抗器,才能起到抑制高次谐波的作用。


   2、限制合闸涌流

   无功补偿电容器在投运合闸瞬间,往往会产生冲击性合闸涌流,这是因为首次合闸的电容器处于未充电状态,流入电容器的电流仅受回路阻抗的限制,因该回路处于接近短路状态,回路阻抗很小,故而在合闸瞬间往往会产生很大的冲击涌流。GB50227-95《并联电容器装置设计规范》中给出合闸涌流的计算式为:

          Is=√2 Ie(a+√xc/xs)=√2 Ie(a+√sd/QC)

式中:  Ie——电容器组的额定电流;    

          xc——电容器组一相容抗值;

          xs——电容器组与电网间电抗值;

          sd——合闸点系统的短路容量;

          Qc——电容器组容量。

  合闸涌流倍数K=1+√sd/QC,K值是随合闸点短路容量的增大及电容器组容量的减小而增大,一般为3~10倍。

    

   电容器组回路加装串联电抗器后的合闸涌流倍数为:K=1+√xc/(xL+xc),K值是随母线短路容量的增大,或电抗器占电容器容抗的百分数的增大而大幅度减小。故而在电容回路串联合适电抗率的电抗器后,将起到限制合闸涌流的效果。


3 电抗器电抗率的选择

  电抗率是电抗器的重要参数,而电抗率的大小将直接影响它的作用与系统的安全。为能合适的选用电抗率,必须了解电容器接入处电网存在谐波的背景。只有通过实测各次谐波后,才能使用电容器与之串联的电抗器相匹配。


   (1)补偿电容器接入处的背景谐波为三次,而且含量已超过或接近标准时,宜选用12%的串联电抗器


   (2)补偿电容器接入处的背景谐波为3次和5次为主,而且两者含量均较大,宜选用12%与4.5%~6%两种电抗率混装方式的串联电抗器,以保证抑制3次谐波放大为前提。该方案优点比全部采用串联12%方案可降低无功损耗。


   (3)当补偿电容器接入处的背景谐波为3次为主,并含有5次以上谐波,但含量较少,可选用0.1%~1%的电抗器


   (4)当补偿电容器接入处的背景谐波以3次和5次为主,但3次谐波含量较少,而5次谐波含量已超过或接近标准值,应选用5%~6%的电抗器


   (5)当补偿电容器接入处的背景谐波为5次及以上时,而且5次谐波含量较大,应选用6%的串联电抗器


   (6)当补偿电容器接入处电网含有多种谐波成分,并且含量都较大时,串联单抗器电抗率可按下式确定。此时该电容支路对于较大含量的各次谐波均不会产生放大作用。

                                              xL=αxc/n2

式中: α——可靠系数(一般取α=1.2~1.5);

         xc——电容器组基波电抗;

          n——具有较大含量的最低谐波次数。


   (7)新建变电所无法得知电网的背景谐波,补偿电容器装置可选用阻尼式限流器,限流器中串联电抗器的额定电流,可按电容器组的最终容量考虑选取。


上海豫程电气有限公司(http://www.yucheng-sh.com)是一家集电抗器, 高压电抗器,高压空心电抗器, 输入输出电抗器,输入输出滤波器产品研发、制造、销售、服务为一体的高科技企业。我公司专业生产各种型号的高低压电抗器及变频器周边配套产品。

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串联电抗器的应用与选择

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