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無(wú)功補(bǔ)償用串聯(lián)電抗器的性能與作用分析

更新時(shí)間:2019-04-18   點(diǎn)擊次數(shù):2363次

   目前工礦企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償多采用分組自動(dòng)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(duì)無(wú)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(lèi)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(wú)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(xiàn)性。網(wǎng)絡(luò)諧波較小時(shí),采用限制涌流的電抗器;接地電阻測(cè)試儀適用于電力、郵電、鐵路、通信、礦山等部門(mén)測(cè)量各種裝置的接地電阻以及測(cè)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(xiàn)上該次諧波的電壓值,使線(xiàn)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(mǎn)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?chē)秒姂?hù)有無(wú)大型整流設(shè)備、電弧、煉鋼等能產(chǎn)生諧波的設(shè)備,有無(wú)性能不良好的高壓變壓器及高壓電機(jī),盡可能實(shí)測(cè)一下電網(wǎng)諧波的實(shí)際量值,再根據(jù)實(shí)際諧波量來(lái)配置適當(dāng)?shù)碾娍蛊鳌hF芯電抗器電抗線(xiàn)性度不好,有噪聲,空芯電抗器運(yùn)行無(wú)噪聲,線(xiàn)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(shí),每伏安損耗不大于0.03W。例如:?jiǎn)闻_(tái)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(gè)不小的數(shù)字。電網(wǎng)上諧波較小時(shí),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(cè)試儀除了具有傳統(tǒng)打輔助地極測(cè)接地電阻的功能外,還具備了無(wú)輔助地極測(cè)量的*功能,改 變了測(cè)試接地電阻傳統(tǒng)的測(cè)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(guò)電壓的幅值。
    7、減小了由于操作并聯(lián)電容器組引起的過(guò)電壓幅值,有利于電網(wǎng)的過(guò)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(duì)設(shè)備有不同的要求,干式電抗器有噪音小、電抗器的線(xiàn)性度好、機(jī)械強(qiáng)度高、安裝簡(jiǎn)單等特點(diǎn);油浸電抗器損耗小、占地面積小、線(xiàn)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(shí),應(yīng)考慮線(xiàn)路電抗(1μH/M)。
    五、投切電容器時(shí)的涌流:
    1、單組電容器投入時(shí)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(shí)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(xiàn)路電抗XL′=(1μH/Μ)
    fy=103/[2л√(LCΣ)]
    當(dāng)電網(wǎng)存在諧波不可忽視時(shí),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(lèi)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(duì)稱(chēng)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(chē)等負(fù)荷。當(dāng)用戶(hù)的電網(wǎng)內(nèi)有這種設(shè)備,就是有諧波源,應(yīng)測(cè)諧波次數(shù)及含量,如諧波不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),然后計(jì)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(shí)應(yīng)改變電抗器的參數(shù)。
    七、諧波放大現(xiàn)象的判據(jù)

 

類(lèi)型

等值電路圖(歸算為單相電路)

發(fā)生條件的判斷式

放大量

諧波電流電源側(cè)放大

 

nXL-XC/n<0

┃(nXL -XC/n)/ (nXS+nXL-XC/n)┃>1

放大了母線(xiàn)電壓正弦波畸變率,不許出現(xiàn)負(fù)荷過(guò)電流

電容器側(cè)放大

 

nXL -XC/η<0

┃nXs/( nXs+ nXL- XC/n) ┃ >1

放大了母線(xiàn)電壓正弦波畸變率,電容器組過(guò)負(fù)荷,不許出現(xiàn)電容器組過(guò)電流

并聯(lián)諧振

 

nXL -XC/n<0

nXs≈-( nXL-XC/n)

電容器組及負(fù)荷母線(xiàn)上正弦波畸變率避免出現(xiàn)

   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(shí)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(cè)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(xiàng)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(xiàn)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(xiàn)性度差、能引起漏磁、局部過(guò)熱,易發(fā)生磁飽和,燒毀線(xiàn)圈。系統(tǒng)過(guò)壓、過(guò)流和諧波的影響,致使鐵芯過(guò)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(xiàn)性度好,無(wú)噪聲,過(guò)流能力強(qiáng),散熱能力強(qiáng),機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固,戶(hù)內(nèi)、戶(hù)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(xiàn)圏直徑比空芯電抗器直徑小20% 電抗器損耗低25%,線(xiàn)性度接近于直線(xiàn),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(wú)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(wú)油 2、無(wú)噪音 3、體積小 4、線(xiàn)性度好 5、無(wú)漏磁 6、過(guò)流能力強(qiáng)
    即將來(lái)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(huì)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(jì)算。
串聯(lián)電抗器百分率與電容器電壓升高的關(guān)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(jì)算電抗器
    限流電抗器是保證合閘涌流不超過(guò)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(méi)有3次諧波,就可以用6%的電抗器來(lái)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。

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