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無(wú)功補償用串聯(lián)電抗器的性能與作用分析

發(fā)布日期： 2014-08-16 |
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目前工礦企業(yè)無(wú)功補償多采用分組自動(dòng)跟蹤補償，單組容量多為900kvar以下，一般都將電力電容器，串聯(lián)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(wú)功補償用串聯(lián)電抗器的用途、性能介紹如下。 
一、串聯(lián)電抗器類(lèi)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(wú)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(lián)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(fā)生諧波放大（諧波牽引），要求串聯(lián)電抗器的伏安特性盡量為線(xiàn)性。網(wǎng)絡(luò )諧波較小時(shí)，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(jīng)濟，又節能。
2、串聯(lián)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(xiàn)上該次諧波的電壓值，使線(xiàn)路上不存在高次諧波電流，提高電網(wǎng)的電壓質(zhì)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(mǎn)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(wǎng)的諧波情況，查清周?chē)秒姂?hù)有無(wú)大型整流設備、電弧、煉鋼等能產(chǎn)生諧波的設備，有無(wú)性能不良好的高壓變壓器及高壓電機，盡可能實(shí)測一下電網(wǎng)諧波的實(shí)際量值，再根據實(shí)際諧波量來(lái)配置適當的電抗器。鐵芯電抗器電抗線(xiàn)性度不好，有噪聲，空芯電抗器運行無(wú)噪聲，線(xiàn)性度好，損耗小。
標準規定空芯電抗器容量在100KVAR以下時(shí)，每伏安損耗不大于0.03W。例如：?jiǎn)闻_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(gè)不小的數字。電網(wǎng)上諧波較小時(shí)，采用限流電抗器可節省電能。
4、由于設置了串聯(lián)電抗器，減少了系統向并聯(lián)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(guò)電壓的幅值。
7、減小了由于操作并聯(lián)電容器組引起的過(guò)電壓幅值，有利于電網(wǎng)的過(guò)電壓保護。
四、串聯(lián)電抗器的選型原則
用電企業(yè)都有自身的特點(diǎn)，對設備有不同的要求，干式電抗器有噪音小、電抗器的線(xiàn)性度好、機械強度高、安裝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；油浸電抗器損耗小、占地面積小、線(xiàn)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(lián)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(shí)，應考慮線(xiàn)路電抗（1μH/M）。
五、投切電容器時(shí)的涌流：
1、單組電容器投入時(shí)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(lián)電抗器相額定電抗  (Ω)
fy ----涌流頻率
Μ---電網(wǎng)頻率
2、各電容器組容量相等時(shí)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(xiàn)路電抗XL′＝(1μH/Μ)
fy=103/2л√(LCΣ)
當電網(wǎng)存在諧波不可忽視時(shí)，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(wǎng)諧波背景含量，以便適當的選用電抗器種類(lèi)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(chēng)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(chē)等負荷。當用戶(hù)的電網(wǎng)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(guò)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(chǎn)生諧波放大現象，如發(fā)生下列情況時(shí)應改變電抗器的參數。
 
七、諧波放大現象的判據
 
類(lèi)型 等值電路圖
(歸算為單相電路)		 發(fā)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(xiàn)電壓正弦波畸變率，不許出現負荷過(guò)電流
電容器側放大   nXL -XC/η<0
┃nXs/( nXs+ nXL- XC/n) ┃ >1		 放大了母線(xiàn)電壓正弦波畸變率，電容器組過(guò)負荷，不許出現電容器組過(guò)電流
 
并聯(lián)諧振
 		   nXL -XC/n<0
nXs≈-( nXL-XC/n)		 電容器組及負荷母線(xiàn)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(wǎng)絡(luò )有3次諧波時(shí)要配置13%的電抗器。
2、裝設電抗器后能夠產(chǎn)生諧波放大,實(shí)測諧波含量，按實(shí)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(wǎng)電壓，如13%的電抗率，10KV電網(wǎng)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(zhì)因數
單通濾波器的串聯(lián)電抗器的品質(zhì)因數是一項重要的指標，一般在30-60之間，應力求品質(zhì)因數高，也就是電抗器線(xiàn)圈直流電阻盡量小。
Q= nXl/RL=(30~60)單通濾波器的品質(zhì)因數
高通濾波電抗器的品質(zhì)因數同上，但需加并聯(lián)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(xiàn)性度差、能引起漏磁、局部過(guò)熱，易發(fā)生磁飽和，燒毀線(xiàn)圈。系統過(guò)壓、過(guò)流和諧波的影響，致使鐵芯過(guò)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(diǎn)外，還不能在室外運行。 
2、干式空芯電抗器  
線(xiàn)性度好，無(wú)噪聲，過(guò)流能力強，散熱能力強，機械結構簡(jiǎn)單、堅固，戶(hù)內、戶(hù)外都可使用，基本上免維護。缺點(diǎn)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(yōu)點(diǎn)。組成全新的半芯電抗器，半芯電抗器線(xiàn)圏直徑比空芯電抗器直徑小20% 電抗器損耗低25%，線(xiàn)性度接近于直線(xiàn)，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(wú)功補償比較好的串聯(lián)電抗器。
理想的電抗器應是有如下特點(diǎn)：
1、無(wú)油　2、無(wú)噪音　3、體積小　4、線(xiàn)性度好　5、無(wú)漏磁　6、過(guò)流能力強
即將來(lái)發(fā)展方向是干式半芯磁屏蔽電抗器。
十、串聯(lián)電抗器后電容器電壓升高的情況
有串聯(lián)電抗器后電容器端電壓會(huì )升高，其升高的幅值與串聯(lián)電抗器的百分數有關(guān)；百分數高，電容器端電壓高，按下表計算。
串聯(lián)電抗器百分率與電容器電壓升高的關(guān)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(guò)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(wǎng)絡(luò )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(méi)有3次諧波，就可以用6%的電抗器來(lái)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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