补偿电容器电抗率选择

补偿电容器电抗率选择 抑制谐波串联电抗器的选用 天津市同德兴电气技术有限公司 黄缉熙 补偿用并联电容器对谐波电压最为敏感，谐波电压加速电容器老化，缩短使用寿命。谐波电流将使电容器过负荷、出现不允许的温升，特别严重的是当电容器组与系统产生并联谐振时电流急速增加，开关跳闸、熔断器熔断、电容器无法运行。为避免并联谐振的发生，电容器串联电抗器。它的电抗率按背景谐波次数选取。电网的背景谐波为5次及以上时，宜选取4.5% ~ 6%;电网的背景谐波为3次及以上时，宜选取12% 一、 电抗率K值的确定 1. 系统中谐波很少，只是限制合闸涌流时则选K=0.5~1%即可满足要求。它对5次谐波电流放大严重，对3次谐波放大轻微。 2. 系统中谐波不可忽视时，应查明供电系统的背景谐波含量，在合理确定K值。电抗率的配置应使电容器接入处谐波阻抗呈感性。电网背景谐波为5次及以上时，应配置K=4.5~6%。通常5次谐波最大，7次谐波次之，3次较小。国内外通常采用K=4.5~6%。配置K=6%的电抗器抑制5次谐波效果好，但明显的放大3次谐波及谐振点为204Hz，与5次谐波的频率250Hz，裕量大。配置4.5%的电抗器对3次谐波轻微放大，因此在抑制5次及以上谐波，同时又要兼顾减小对3次谐波的放大是适宜的。它的谐振点235Hz与5次谐波间距较小。电网背景谐波为3次及以上时应串联K=12%的电抗器。在电抗器电容器串联回路中,电抗器的感抗X与LN谐波次数虚正比;电容器容抗X与谐波次数成反比。为了抑制5次及以CN 上谐波。则要使5次及以上谐波器串联回路的谐振次数小于5次。这样，对于5次及以上谐波，电杭器电容器串联回路呈感性，消除了并联谐振的产生条件;对于基波，电抗器电容器串联回路呈容性，保持无功补偿作用。如电抗器电容器串联回路在n次谐波下谐振，则: 式中X/X为电抗率的倒数，不同的电抗率对应不同的谐振次数或不同CNLN 的谐振频率，如表1所示。电抗器的电抗率以取6%为宜，可避免因电抗器、电容器的制造误差或运行中参数变化而造成对5次谐波的谐振。若电容器接入处，电网被污染严重，电抗率要另行计算。 表1 电抗率对应的谐振次数或谐波频率 电抗率 谐波次数 谐波频率Hz 4.5% 4.71 235.5 5% 4.47 235.5 5.5% 4.26 213 6% 4.08 204 电容器串联电抗器后，电容器端电压会升高。为了便于分析。画出电流、电压向量图，如图表示。 图 电抗器的设置、电流、电压向量 以电流I为基准，电抗器上压降U超前电流90?，系统电压ULNXN为两者向量和:U=U-U。如电抗器电抗率为6%，则: XNCNLN U=0.06U LNCN U=(1-0.06)U XNCN U=U/(1-0.06)=1.064U CNCNXN 电容器串联电抗率为6%电抗器后，电容器端电压为电网电压的1.064倍 电容器允许产期运行在1.1倍额定电压下。因此，电容器端电压升高6.4%是可以承受的。如电抗器电抗率为12%，电容器端电压升高13.6%，应当选用额定电压440V电容器。 串联电抗器后回来电流也将增大，电抗率K=6%，电容器端电压为电网电压的1.064倍电流也增加到相同倍数。无功功率补偿容量是增加还是减少,电容器端电压升高无疑会增加无功功率补偿容量。 (1)电容器无功功率补偿容量Q’ C 22Q’=(U/ U)Q=(1.064U/U) CCNXNCXNXN Q’=1.13Q CC (2)电抗器消耗容性无功功率Q L 22Q=3IX=3(1.064 U/U)(0.06 X) LLNXNXNCN 22=1.064×0.06×(3U/ X)=0.068Q XNCNC (3)实际无功功率补偿容量: Q, Q=(1.13-0.068) Q=1.062 Q CLCC 从上式看出，电容器串联电抗器后，无功功率补偿不但没有减少，反而增加6.2%。 二、电抗器的安装位置 串联电抗器无论装在电源侧或中性点侧，从限制合闸涌流和抑制谐波来说都是一样的。 电抗器装在电源侧时运行条件苛刻，因它承受短路电流的冲击，对地电压也高(相对于中性点)，因而对动、热稳定要就高，铁心电抗器有铁心饱和之虑。 电抗器装在中性点侧时对电抗器要求相对低，一般不受短路电流的冲击，动、热稳定没有特殊要，就承受的对地电压低。可见它比安装在电源侧缺少了电抗器的抗短路电流冲击的能力。 三、电抗器的结构 电抗器的结构形式主要有空芯和铁芯两种结构。 铁芯结构的电抗器主要优点是:损耗小，电磁兼容性叫好，体积小。缺点是:有噪音并在事故电流较大时铁芯饱和失去了限流能力。当干式铁芯且采用氧树脂铸线圈的电抗器，其动、热稳定性均很好，适合装在柜中。油浸式铁芯电抗器虽然体积大些，但噪音较小，散热较好，安装方便，适用于户外使用。 空芯电抗器的主要优点是:线性度好，具有很强的限制短路电流的能力而且噪音小。缺点是:损耗大，体积大。这种电抗器户内，户外都适合，但不适合装在柜中。在户外安装容易解决防止电磁感应问题。最好采用分相布置“品”字形或“一”字形。这样相间拉开了距离，有利于防止相间短路和缩小事故范围。所以这种布置方式为首选。当场地受到限制不能分相布置时，可采用互相叠装式产品。三相叠装式产品的B相线圈绕线制方向为反方向使支柱绝缘承受压力，因此在安装时一定按生产厂家的规定。