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无功补偿装置如何选型电抗器(串联电抗器)

发布时间:2020-10-17

   谐波污染导致传统的无功补偿方式-并联电力电容器无法正常投入使用,调谐型无功补偿方式可有效应用于谐波污染严重的电网中。调谐型无功补偿装置采用电容器串联电抗器(串联电抗器)的方法,使该回路的调谐频率低于网络中产生的最低次谐波的频率。电容器和电抗器(串联电抗器)的特征参数共同决定了补偿装置的调谐频率及补偿容量。


   本文详细介绍了调谐型补偿装置的调谐频率确定原则,电容器电容值、设计电压、设计容量计算方法及电抗器(串联电抗器)的选择,并以相应产品为例说明此选型过程。


   1 概述

   1.1 选用调谐型无功补偿装置的必要性

   电力系统中实现无功补偿的传统方式是并联电力电容器。近年来,非线性负载如整流设备、变频器、UPS、电梯、空调等广泛使用,产生大量谐波电流并注入到电网中。


   谐波污染较大的系统中,单纯并联电容器组的无功补偿方式是不能很好使用的。原因有二:一是并联电容器组对谐波有放大作用,易发生串联谐振或并联谐振,使得系统电压及电流的畸变更加严重;二是由于谐波电流叠加在电容器基波电流上,使电容器的电流有效值增大,造成温度升高,减少使用寿命,甚至永久损坏。


  调谐型无功补偿装置采用与电容器串联电抗器(串联电抗器)的方法,使该回路的调谐频率低于网络中产生的最低次谐波的频率。这样,该装置在工频时呈容性,改善功率因数;在谐波频率时呈感性,防止谐波放大,避免谐振的发生。因此,调谐型无功补偿装置得到日益广泛的应用。


   1.2 调谐型无功补偿装置的应用场合

   现代工业和建筑物电网中完全没有谐波电压和谐波电流是不可能的,那么是否均需采用调谐型无功补偿装置与电抗器(串联电抗器)呢?那也不一定。Schneider-Electric 公司给出了低压电网选用调谐型无功补偿装置的经验标准。变压器视在功率为n S ,其负荷中谐波源设备视在功率为h G ,当>25%时,建议使用调谐型无功补偿与电抗器(串联电抗器)装置。


   2 调谐型无功补偿装置的选型计算

   2.1 调谐型无功补偿装置回路分析

   调谐型无功补偿装置回路如所示:电网电压为n U,回路中无功电流为I ,调谐电抗器(串联电抗器)阻抗ZL,电抗器(串联电抗器)两端电压为IL Z ,电容器阻抗C Z ,电容器两端电压为C U 。由电抗和电容的阻抗特性,电抗器(串联电抗器)端电压与电容器端电压方向相反。


   2.2 调谐型无功补偿装置的选型计算

   在已知电网电压n U ,电网谐波频谱特性及所需单组无功补偿容量Q 的情况下,如何选择调谐补偿装置的电容器与电抗器(串联电抗器)呢?下文将做详细描述。


   第一步:确定调谐频率r f 或电抗率K 或调谐次数n 。

   不同配电系统中特征谐波频谱特性是不同的。为使调谐型无功补偿装置能够正常使用,该回路的调谐频率r f 需低于网络中最低次谐波的频率。如电网中含有3 次、5 次及以上谐波,调谐频率r f 需低于3 次谐波频率(50 Z H 电网中3 次谐波频率为150 Z H );


   电网中含有5 次、7 次及以上谐波,调谐频率r f 需低于5 次谐波频率(50 Z H 电网中5 次谐波频率为250 Z H )。调谐频率r f 计算方法如下:《GB50227-95 并联电容器装置设计规范》对调谐补偿装置的电抗率K 作出如下规定“当并联电容器装置接入处的背景谐波为5 次及以上时,宜取4.4%~6%;当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为3 次及以上时,宜取12%”。


   调谐频率r f 与电抗率K 是相互关联的。电抗器(串联电抗器)电抗率K 的定义是工频条件下电抗器(串联电抗器)感抗与电容器容抗的比值配电系统中含有3 次及以上谐波,选用调谐频率为135 Z H 的补偿装置;配电系统中含有5 次及以上谐波,选用调谐频率为215 Z H 的补偿装置。


   第二步:确定电容器。

   选择电容器需分别确定电容器的设计电压UC(V )与设计容量QC(K var )。由式4、式8,可得补偿回路的无功电流I ,则此工作电压g U 即为电容器最低设计电压。因此调谐无功补偿装置中电容器的设计电压应高于电网电压,即C g n。例:Schneider-Electric 公司的调谐无功补偿装置采用设计电压为480V 的电容器应用于电网电压为400V 的系统(使用条件恶劣的情况下,也可选择设计电压更高的电容器)。选定电容器设计电压C U 后,需进一步确定电容器设计容量C Q :电抗器(串联电抗器)电抗率K ,电网电压n U ,所需单组无功补偿容量Q ,则由式5、式8 可得


   第三步:确定电抗器(串联电抗器)。

   电抗器(串联电抗器)的额定电压即为电网电压。选择电抗器(串联电抗器)需确定电抗器(串联电抗器)的电感值L (mH )及基波耐流值1 I ( A )。调谐型无功补偿装置的选型计算实例下面以实例说明上述计算过程。例:已知电网电压n U =400V ,所需单组无功补偿容量Q=25 K var ,系统中含有 5次、7 次及以上谐波,请确定调谐无功补偿方案。第一步:确定电抗率K电网中谐波频谱为5 次以上,电抗率K 的范围应为4.4%~6%。已无功补偿产品为例,可选定电抗率K =5.4%


   4 结束语

   从上述计算分析和实例可以发现,选用调谐型无功补偿装置时,电抗率是该装置的重要参数,这一参数值需根据电网频谱特性选择。选取电容器的设计电压需高于电网电压,同时需选择与之匹配的电抗器(串联电抗器)。调谐型无功补偿装置向电网提供的无功补偿容量由电容器和串联电抗器(串联电抗器)构成的补偿回路特性决定。与纯电容补偿方式相比,调谐型无功补偿方式增加了电抗器(串联电抗器)这一元器件,使补偿回路实现无功补偿的同时,可以有效抑制谐波,防止发生谐振,满足更多用户需求。


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。 高压电抗器种类:干式空心串联电抗器、干式空心限流电抗器、干式空心滤波电抗器、干式铁心串联电抗器、干式铁心起动电抗器

无功补偿装置如何选型电抗器(串联电抗器)

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