無功補(bǔ)償用串聯(lián)電抗器的性能與作用分析

   目前工礦企業(yè)無功補(bǔ)償多采用分組自動跟蹤補(bǔ)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(nèi)，這樣就要求電抗器體積小、性能好、重量輕、便于安裝維護(hù)；現(xiàn)對無功補(bǔ)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(bǔ)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(shù)和涌流頻率，便于選擇配套設(shè)備和保護(hù)電容器。根據(jù)GB50227標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)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性。網(wǎng)絡(luò)諧波較小時，采用限制涌流的電抗器；接地電阻測試儀適用于電力、郵電、鐵路、通信、礦山等部門測量各種裝置的接地電阻以及測量低電阻的導(dǎo)體電阻值電抗率在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(nèi)。采用這種電抗器是即經(jīng)濟(jì)，又節(jié)能。
    2、串聯(lián)濾波電抗器，電抗器阻抗與電容器容抗全調(diào)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(wǎng)的電壓質(zhì)量。
    濾波電抗器的調(diào)諧度：
     XL＝ωL＝1/n2XC=AXC
    式中A－調(diào)諧度（%）
    XL－電抗值（Ω）
    XC－容抗值（Ω）
    n-諧波次數(shù)
    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(diào)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(wǎng)的諧波情況，查清周圍用電戶有無大型整流設(shè)備、電弧、煉鋼等能產(chǎn)生諧波的設(shè)備，有無性能不良好的高壓變壓器及高壓電機(jī)，盡可能實(shí)測一下電網(wǎng)諧波的實(shí)際量值，再根據(jù)實(shí)際諧波量來配置適當(dāng)?shù)碾娍蛊?。鐵芯電抗器電抗線性度不好，有噪聲，空芯電抗器運(yùn)行無噪聲，線性度好，損耗小。
    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(shù)字。電網(wǎng)上諧波較小時，采用限流電抗器可節(jié)省電能。
    4、由于設(shè)置了串聯(lián)電抗器，減少了系統(tǒng)向并聯(lián)電容器裝置或電容器裝置向系統(tǒng)提供短路電流值。雙鉗口接地電阻測試儀除了具有傳統(tǒng)打輔助地極測接地電阻的功能外，還具備了無輔助地極測量的*功能，改 變了測試接地電阻傳統(tǒng)的測量原理和手段。
    5、可減少電容器組向故障電容器組的放電電流，保護(hù)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(lián)電容器組引起的過電壓幅值，有利于電網(wǎng)的過電壓保護(hù)。
    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(shè)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(jī)械強(qiáng)度高、安裝簡單等特點(diǎn)；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(yīng)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(shù)，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(yīng)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(tǒng)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(shù)
     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(dāng)電網(wǎng)存在諧波不可忽視時，應(yīng)采用抑制諧波的電抗器。為了確定合理的電抗率，應(yīng)查明電網(wǎng)諧波背景含量，以便適當(dāng)?shù)倪x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(shè)備，電弧、煉鋼、電機(jī)車等負(fù)荷。當(dāng)用戶的電網(wǎng)內(nèi)有這種設(shè)備，就是有諧波源，應(yīng)測諧波次數(shù)及含量，如諧波不超過國家標(biāo)準(zhǔn)，然后計算應(yīng)配置的電抗器參數(shù)。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(yīng)換算是否能產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象，如發(fā)生下列情況時應(yīng)改變電抗器的參數(shù)。
    七、諧波放大現(xiàn)象的判據(jù)

   1、配置6%的電抗率可能放大3次諧波，如網(wǎng)絡(luò)有3次諧波時要配置13%的電抗器。
    2、裝設(shè)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(dāng)?shù)碾娍孤省?br />    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(shù)
    單通濾波器的串聯(lián)電抗器的品質(zhì)因數(shù)是一項重要的指標(biāo)，一般在30-60之間，應(yīng)力求品質(zhì)因數(shù)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(zhì)因數(shù)
    高通濾波電抗器的品質(zhì)因數(shù)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、電抗器線性度差、能引起漏磁、局部過熱，易發(fā)生磁飽和，燒毀線圈。系統(tǒng)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(diǎn)外，還不能在室外運(yùn)行。
    2、干式空芯電抗器 
    線性度好，無噪聲，過流能力強(qiáng)，散熱能力強(qiáng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、堅固，戶內(nèi)、戶外都可使用，基本上免維護(hù)。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(nèi)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(nèi)安裝，是無功補(bǔ)償比較好的串聯(lián)電抗器。
    理想的電抗器應(yīng)是有如下特點(diǎn)：
    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(qiáng)
    即將來發(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升高，其升高的幅值與串聯(lián)電抗器的百分?jǐn)?shù)有關(guān)；百分?jǐn)?shù)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

    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(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?yàn)楦哂?次以上的諧波需要的電抗都小于5次諧波的電抗。