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无功补偿用串联电抗器的性能与作用分析

发布日期： 2014-08-16 |

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目前工矿企业无功补偿多采用分组自动跟踪补偿，单组容量多为900kvar以下，一般都将电力电容器，串联电抗器及真空接触器等装于同一柜内，这样就要求电抗器体积小、性能好、重量轻、便于安装维护；现对无功补偿用串联电抗器的用途、性能介绍如下。
一、串联电抗器类种
1、油浸式铁芯电抗器；
2、干式铁芯电抗器；
3、干式空芯电抗器；
4、干式半芯电抗器；
5、干式磁屏蔽电抗器；
二、无功补偿电抗器用途分为：
1、限流电抗器；
2、抑制谐波电抗器；
3、滤波电抗器；
三、串联电抗器的作用是多功能的，主要有：
1、降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，便于选择配套设备和保护电容器。根据GB50227标准要求应将涌流限制在电容器额定电流的10倍以下，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时，采用限制涌流的电抗器；电抗率在0.1%－1%左右即：可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗，而且电抗器的体积小、占地面积小、便于安装在电容器柜内。采用这种电抗器是即经济，又节能。
2、串联滤波电抗器，电抗器阻抗与电容器容抗全调谐后，组成某次谐波的交流滤波器。滤去某次高次谐波，而降低母线上该次谐波的电压值，使线路上不存在高次谐波电流，提高电网的电压质量。
滤波电抗器的调谐度：
XL＝ωL＝1/n2XC=AXC
式中A－调谐度（%）
XL－电抗值（Ω）
XC－容抗值（Ω）
n-谐波次数
L－电感值（μH）
ω----314
各次谐波滤波电抗器的电抗率
3次谐波为11.12%
5次谐波为4%
7次谐波为2.04%
11次谐波为0.83%
高次谐波为0.53%
按上述调谐度配置电抗器，可满足滤除各次谐波。
3、抑制谐波的电抗器，先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围用电户有无大型整流设备、电弧、炼钢等能产生谐波的设备，有无性能不良好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际量值，再根据实际谐波量来配置适当的电抗器。铁芯电抗器电抗线性度不好，有噪声，空芯电抗器运行无噪声，线性度好，损耗小。
标准规定空芯电抗器容量在100KVAR以下时，每伏安损耗不大于0.03W。例如：单台12000VA电抗率6%的电抗器损耗为360W，三相有功损耗为1080W，这是一个不小的数字。电网上谐波较小时，采用限流电抗器可节省电能。
4、由于设置了串联电抗器，减少了系统向并联电容器装置或电容器装置向系统提供短路电流值。
5、可减少电容器组向故障电容器组的放电电流，保护电力电容器。
6、可减少电容器组的涌流，有利于接触器灭弧，降低操作过电压的幅值。
7、减小了由于操作并联电容器组引起的过电压幅值，有利于电网的过电压保护。
四、串联电抗器的选型原则
用电企业都有自身的特点，对设备有不同的要求，干式电抗器有噪音小、电抗器的线性度好、机械强度高、安装简单等特点；油浸电抗器损耗小、占地面积小、线性度不好、噪音大。因此，采用什么样的电抗器应综合考虑。串联电抗器主要作用是抑制谐波、限制涌流和滤除谐波。电抗率是电抗器的主要参数，电抗器的大小直接影响它的作用。
限流电抗器电抗率在0.1-1%，而抑制谐波的电抗器电抗率在4.5%-13%，限流电抗器把涌流限制在电容器额定电流10倍以下为谊。配置限流电抗器时，应考虑线路电抗（1μH/M）。
五、投切电容器时的涌流：
1、单组电容器投入时的涌流
Iym=√2 IΣ1-√(XΣ/Xl)
Xl=2 IΣ* XΣ/( Iym-√3* IΣ)2
ψy=ψ√(XΣ/Xl)
式中
Iym---合闸涌流最大幅值（峰值）(KA)
IΣ---组电容器装置的额定相电流  (A)
XΣ---组电容器相总额定电抗  (Ω)
X_l---系统感抗与串联电抗器相额定电抗  (Ω)
fy ----涌流频率
Μ---电网频率
2、各电容器组容量相等时按下式
Iym=(M-1)/M*√2 000QΣ/3ωL  (kA)
L=(M-1)/M2*2 000QΣ/3ωIym2  (μH)
式中
QΣ-单组电容器额定容量  (kvar)
Μ---电容器组数
L---电感值   (μh)
ω---角频率   (314)
Iym-峰值电流（ka）
线路电抗XL′＝(1μH/Μ)
fy=103/2л√(LCΣ)
当电网存在谐波不可忽视时，应采用抑制谐波的电抗器。为了确定合理的电抗率，应查明电网谐波背景含量，以便适当的选用电抗器种类和电抗率。
六  按以下方式配备电抗器
1、偶次谐波2、4、6、8……次，谐波对称互相抵消，因此不于考虑。
2  奇次谐波为3、5、7、11、13次及以上谐波，这些谐波多出自大型整流设备，电弧、炼钢、电机车等负荷。当用户的电网内有这种设备，就是有谐波源，应测谐波次数及含量，如谐波不超过国家标准，然后计算应配置的电抗器参数。含有3次谐波配置13%的电抗器，含有5次以上谐波配置4.5%-6%的电抗器，4.5%--6%的电抗器可以覆盖5次以上谐波。
配置电抗器后应换算是否能产生谐波放大现象，如发生下列情况时应改变电抗器的参数。

七、谐波放大现象的判据

类型	等值电路图 (归算为单相电路)	发生条件的判断式	放大量
谐波电流电源侧放大		nXL-XC/n<0 ┃(nXL -XC/n)/ (nXS+nXL-XC/n)┃>1	放大了母线电压正弦波畸变率，不许出现负荷过电流
电容器侧放大		nXL -XC/η<0 ┃nXs/( nXs+ nXL- XC/n) ┃ >1	放大了母线电压正弦波畸变率，电容器组过负荷，不许出现电容器组过电流
并联谐振		nXL -XC/n<0 nXs≈-( nXL-XC/n)	电容器组及负荷母线上正弦波畸变率绝对避免出现

1、配置6%的电抗率可能放大3次谐波，如网络有3次谐波时要配置13%的电抗器。
2、装设电抗器后能够产生谐波放大,实测谐波含量，按实际情况配适当的电抗率。
3、电抗器的端电压为
UD=UN ╳电抗率(0.1%—13%)  (V)
式中：
UD---端电压  (V)
UN---电容器额定电压  (KV)
电抗器的端电压是指电抗器本身的工作电压，不是电网电压，如13%的电抗率，10KV电网电压，电容器的相电压为6936V，电抗器的端电压为6936 ╳13%＝900V。
八、电抗器的品质因数
单通滤波器的串联电抗器的品质因数是一项重要的指标，一般在30-60之间，应力求品质因数高，也就是电抗器线圈直流电阻尽量小。
Q= nXl/RL=(30~60)单通滤波器的品质因数
高通滤波电抗器的品质因数同上，但需加并联电阻。
Rb=√XLXC＝BXL＝XC/B
九、电抗器的特性
1、铁芯电抗器
噪声大、电抗器线性度差、能引起漏磁、局部过热，易发生磁饱和，烧毁线圈。系统过压、过流和谐波的影响，致使铁芯过饱和电抗值急剧下降，抑制谐波的能力下降，抗短路电流能力低。干式铁芯式电抗器除上述缺点外，还不能在室外运行。
2、干式空芯电抗器
线性度好，无噪声，过流能力强，散热能力强，机械结构简单、坚固，户内、户外都可使用，基本上免维护。缺点是体积较大损耗较大。
3、半芯电抗器
半芯电抭器是介于铁芯电抭器和空芯电抗器之间的一种新型电抭器，在空芯电抗器绕组内加上不闭合磁路的铁芯，使半芯电抗器具有铁芯电抗器和空芯电抗器的优点。组成全新的半芯电抗器，半芯电抗器线圏直径比空芯电抗器直径小20% 电抗器损耗低25%，线性度接近于直线，阻抗不随电流增加而减小，噪声低于50db。便于在柜内安装，是无功补偿比较好的串联电抗器。
理想的电抗器应是有如下特点：
1、无油　2、无噪音　3、体积小　4、线性度好　5、无漏磁　6、过流能力强
即将来发展方向是干式半芯磁屏蔽电抗器。
十、串联电抗器后电容器电压升高的情况
有串联电抗器后电容器端电压会升高，其升高的幅值与串联电抗器的百分数有关；百分数高，电容器端电压高，按下表计算。
串联电抗器百分率与电容器电压升高的关系

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、为什么采用百分率计算电抗器

限流电抗器是保证合闸涌流不超过电容器额定电流的十倍，这样能降低电抗器的铜耗，减小体积。4.5%-13%的电抗器是抑制谐波的，如果网络谐波较大，如3次、5次、7次、11次及高通谐波都存在，只有用13%的电抗器能抑制3次以上的谐波，如果没有3次谐波，就可以用6%的电抗器来覆盖5次以上的谐波，因为高于5次以上的谐波需要的电抗都小于5次谐波的电抗。

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