串聯(lián)電抗器電抗率如何選擇

0 引言

并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)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(fù)載的投運(yùn)，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(huì)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(duì)高次諧波反應(yīng)比較敏感，會(huì)對(duì)諧波電劉起到放大作用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生諧振，造成電容器自身的損壞或無(wú)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(bǔ)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(wú)功補(bǔ)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(jìn)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(dāng)無(wú)功補(bǔ)償電容器接入電網(wǎng)存在有高次諧波時(shí)，電容器對(duì)n次諧波的容抗降為xc/n，系統(tǒng)電感對(duì)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(shí)，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(guò)電容器的電流驟增，此時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電流必將危及電容器自身安全或無(wú)法工作。同時(shí)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(guò)電壓，此過(guò)電壓也會(huì)威脅到電容器的安全運(yùn)行。

采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)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(shí)諧振點(diǎn)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(guò)串入電抗器電感量的大小來(lái)控制并聯(lián)諧振點(diǎn)，從而達(dá)到避開諧波源中的各次諧波。由此可見(jiàn)，在補(bǔ)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(diǎn)。

在電容器接入處電網(wǎng)存在高次諧波時(shí)，當(dāng)諧波次數(shù)大于諧振點(diǎn)的諧波次數(shù)時(shí)，電容器回路阻抗呈感抗，此時(shí)諧波電流全部流入電容器回路中，故而電容器對(duì)諧波電流不起放大作用。但在諧波次數(shù)小于諧振點(diǎn)的諧波次數(shù)時(shí)，電容器回路阻抗特性呈容性，此時(shí)串聯(lián)的電抗器不會(huì)起到抑制諧波作用，反而對(duì)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(wú)功補(bǔ)償電容器在投運(yùn)合閘瞬間，往往會(huì)產(chǎn)生沖擊性合閘涌流，這是因?yàn)楹祥l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(huì)產(chǎn)生很大的沖擊涌流。

GB50227-95《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出合閘涌流的計(jì)算式為：

Is=√2 Ie(a+√xc/xs)

            =√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(diǎn)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(diǎn)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?jǐn)?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(guò)實(shí)測(cè)各次諧波后，才能使用電容器與之串聯(lián)的電抗器相匹配。

補(bǔ)償電容器接入處的背景諧波為三次，而且含量已超過(guò)或接近標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，宜選用12%的串聯(lián)電抗器。

補(bǔ)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(diǎn)比全部采用串聯(lián)12%方案可降低無(wú)功損耗。

當(dāng)補(bǔ)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。

當(dāng)補(bǔ)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(guò)或接近標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)選用5%~6%的電抗器。

當(dāng)補(bǔ)償電容器接入處的背景諧波為5次及以上時(shí)，而且5次諧波含量較大，應(yīng)選用6%的串聯(lián)電抗器。

當(dāng)補(bǔ)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(shí)，串聯(lián)單抗器電抗率可按下式確定。此時(shí)該電容支路對(duì)于較大含量的各次諧波均不會(huì)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———具有較大含量的低諧波次數(shù)。

新建變電所無(wú)法得知電網(wǎng)的背景諧波，補(bǔ)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，可按電容器組的終容量考慮選取。