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串聯(lián)電抗器的應(yīng)用與選擇

點擊次數(shù):697    發(fā)布時間:2021-11-04
       引 言
    并聯(lián)電容器進行無功補償是電力系統(tǒng)改善功率因素和跳崖的有效措施。然而電力系統(tǒng)中大量非線性負載的投運,特別是以晶閘管作為換流元件的電力半導(dǎo)體器件,由于它以開關(guān)方式工作,將會引起電網(wǎng)電流、電壓波形的畸變,產(chǎn)生大量高次諧波。而電容器對高次諧波反應(yīng)比較敏感,會對諧波電劉起到放大作用,嚴重時還會產(chǎn)生諧振,造成電容器自身的損壞或無法工作,還危及附近其他電器設(shè)備的安全。
 
     在具有高次諧波背景中裝設(shè)補償電容器,一般采用在電容器回路中串聯(lián)電抗器的措施,這既不影響電容器的無功補償作用,又能抑制高次諧波。但串聯(lián)電抗器必須考慮電容器接入處電網(wǎng)的諧波背景,絕不可任意組合。只有合理選擇串聯(lián)電抗器的電抗率,使之與電容器進行合理匹配,才能有效地起到抑制諧波的作用,并有限制合閘涌流的效果。

    1、抑制高次諧波
   當無功補償電容器接入電網(wǎng)存在有高次諧波時,電容器對n次諧波的容抗降為xc/n,系統(tǒng)電感對n次諧波的感抗升高為nxL。在電網(wǎng)存在有n次諧波電流時,如果符合nxL=xc/n的條件,則將產(chǎn)生n次諧波的諧振現(xiàn)象。其n次諧波電流與基波電流迭加后,使流過電容器的電流驟增,此時產(chǎn)生的過電流必將危及電容器自身安全或無法工作。同時諧波電流在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生的諧波電壓與源電壓迭加后產(chǎn)生過電壓,此過電壓也會威脅到電容器的安全運行。
 
    采用并聯(lián)電容器進行無功補償而構(gòu)成的電路中,若電容器支路與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,此時諧振點的諧振次數(shù)為: 
                       n0=√xc/(xL+xs)
式中 xs———系統(tǒng)等值基波短路電抗;     
        xL———電抗器基波電抗;
        xc———電容器基波電抗;
       (xL=Axc,A為電抗率)
    從上式看出,串入電抗器電感量越大,則諧波次數(shù)n0越低,因而可通過串入電抗器電感量的大小來控制并聯(lián)諧振點,從而達到避開諧波源中的各次諧波。由此可見,在補償電容器回路中串聯(lián)一定電抗率的電抗器,即能有效地避開諧振點。
 
    在電容器接入處電網(wǎng)存在高次諧波時,當諧波次數(shù)大于諧振點的諧波次數(shù)時,電容器回路阻抗呈感抗,此時諧波電流全部流入電容器回路中,故而電容器對諧波電流不起放大作用。但在諧波次數(shù)小于諧振點的諧波次數(shù)時,電容器回路阻抗特性呈容性,此時串聯(lián)的電抗器不會起到抑制諧波作用,反而對諧波電流起到放大作用。為此,在電容器回路串聯(lián)的電抗器絕不能任意組合,一定要考慮接入處電網(wǎng)的諧波背景,只有根據(jù)諧波背景選擇合適的電抗率的電抗器,才能起到抑制高次諧波的作用。

    2、限制合閘涌流
   無功補償電容器在投運合閘瞬間,往往會產(chǎn)生沖擊性合閘涌流,這是因為首次合閘的電容器處于未充電狀態(tài),流入電容器的電流僅受回路阻抗的限制,因該回路處于接近短路狀態(tài),回路阻抗很小,故而在合閘瞬間往往會產(chǎn)生很大的沖擊涌流。GB50227-95《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》中給出合閘涌流的計算式為:
           Is=√2 Ie(a+√xc)=√2 Ie(a+√sd/QC)
式中:  Ie——電容器組的額定電流;    
           xc——電容器組一相容抗值;
           xs——電容器組與電網(wǎng)間電抗值; 
           sd——合閘點系統(tǒng)的短路容量;
           Qc——電容器組容量。
  合閘涌流倍數(shù)K=1+√sd/QC,K值是隨合閘點短路容量的增大及電容器組容量的減小而增大,一般為3~10倍。
    
    電容器組回路加裝串聯(lián)電抗器后的合閘涌流倍數(shù)為:K=1+√xc/(xL+xc),K值是隨母線短路容量的增大,或電抗器占電容器容抗的百分數(shù)的增大而大幅度減小。故而在電容回路串聯(lián)合適電抗率的電抗器后,將起到限制合閘涌流的效果。

3 電抗器電抗率的選擇
  電抗率是電抗器的重要參數(shù),而電抗率的大小將直接影響它的作用與系統(tǒng)的安全。為能合適的選用電抗率,必須了解電容器接入處電網(wǎng)存在諧波的背景。只有通過實測各次諧波后,才能使用電容器與之串聯(lián)的電抗器相匹配。
   
    (1)補償電容器接入處的背景諧波為三次,而且含量已超過或接近標準時,宜選用12%的串聯(lián)電抗器。
  
    (2)補償電容器接入處的背景諧波為3次和5次為主,而且兩者含量均較大,宜選用12%與4.5%~6%兩種電抗率混裝方式的串聯(lián)電抗器,以保證抑制3次諧波放大為前提。該方案優(yōu)點比全部采用串聯(lián)12%方案可降低無功損耗。
  
    (3)當補償電容器接入處的背景諧波為3次為主,并含有5次以上諧波,但含量較少,可選用0.1%~1%的電抗器。
  
    (4)當補償電容器接入處的背景諧波以3次和5次為主,但3次諧波含量較少,而5次諧波含量已超過或接近標準值,應(yīng)選用5%~6%的電抗器。
  
    (5)當補償電容器接入處的背景諧波為5次及以上時,而且5次諧波含量較大,應(yīng)選用6%的串聯(lián)電抗器。
  
    (6)當補償電容器接入處電網(wǎng)含有多種諧波成分,并且含量都較大時,串聯(lián)單抗器電抗率可按下式確定。此時該電容支路對于較大含量的各次諧波均不會產(chǎn)生放大作用。
                                               xL=αxc/n2
式中: α——可靠系數(shù)(一般取α=1.2~1.5);
          xc——電容器組基波電抗;
           n——具有較大含量的最低諧波次數(shù)。
  
    (7)新建變電所無法得知電網(wǎng)的背景諧波,補償電容器裝置可選用阻尼式限流器,限流器中串聯(lián)電抗器的額定電流,可按電容器組的最終容量考慮選取。 

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