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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;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,;さ缌Φ缛萜。
          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;。
          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 IΣ[1-√(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)/M]2*[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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