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無功補償用串聯電抗器的性能與作用分析

    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 IΣ[1-√(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)

f----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)/M]2*[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=U╳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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