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無功補償用串聯電抗器的(de)性(xìng)能與作用分析

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來源:儀天成電力  時間:2017/12/08  閱讀: 次(cì)

       目前工礦企業無功補(bǔ)償多采用分組自動跟蹤補償,單組容量多為900kvar以下,一般都將電力電(diàn)容器,串(chuàn)聯(lián)電抗器(qì)及(jí)真空(kōng)接觸器等裝於同一櫃(guì)內,這樣(yàng)就要求電抗器體積小、性能(néng)好、重量輕、便於安裝維護;現對無功補償用串聯電抗器的(de)用途、性能介紹如下。
      一、串聯電抗器類種
       1、油浸式鐵芯(xīn)電抗器;
       2、幹式鐵芯電抗器;
       3、幹式空芯電抗器(qì);
       4、幹式半芯電抗器(qì);
       5、幹式(shì)磁屏蔽電抗(kàng)器;
   二、無功補償電抗器用(yòng)途分為:
    1、限流電抗器;
    2、抑製諧波電抗器;
    3、濾波電抗器(qì);
    三、串聯電抗器的作用是多功(gōng)能的,主要有:
    1、降低電容器組的湧流倍數和湧流頻(pín)率,便於選(xuǎn)擇配套設備和保護電容器(qì)。根據GB50227標準要求應將湧流限製在電容器額定電(diàn)流的10倍以下,為了不發生諧波放大(dà)(諧(xié)波牽引),要求串聯電抗器的伏(fú)安特性盡量為線性。網絡諧波較(jiào)小時,采用限(xiàn)製湧(yǒng)流的電抗器;接地電阻測試儀適用於電力(lì)、郵電、鐵路、通信、礦山等部門測量各種裝置的接地(dì)電阻以及測量低電阻的導體(tǐ)電阻值電抗率在0.1%-1%左右即(jí):可將湧流(liú)限製在(zài)額定電流的10倍以(yǐ)下,以減少電抗器的有(yǒu)功損耗,而且電抗器的體積小、占地麵積小、便於安裝在電容器櫃(guì)內。采用(yòng)這種電抗器(qì)是即經濟,又節(jiē)能。
    2、串聯濾波電抗器,電抗器阻抗與電容器容抗全調諧後,組成某(mǒu)次諧波的(de)交流濾波器。濾(lǜ)去某次高次諧波,而降低母線上該次諧波的電壓值,使線路上不存在高次諧波電流,提高電網的(de)電壓質(zhì)量。
    濾波電抗器的調諧(xié)度:
     XL=ωL=1/n2XC=AXC
    式(shì)中(zhōng)A-調諧度(dù)(%)
    XL-電(diàn)抗值(Ω)
    XC-容(róng)抗值(Ω)
    n-諧波次數
    L-電感值(μH)
    ω----314
   各次(cì)諧波濾波電抗器(qì)的(de)電抗率
    3次諧波為11.12%
    5次諧波(bō)為4%
    7次諧波為2.04%
    11次諧波為0.83%
    高(gāo)次諧波(bō)為0.53%
    按(àn)上述調諧(xié)度配置電抗(kàng)器,可滿足濾除各次諧波。
    3、抑製(zhì)諧波(bō)的電抗器,先決條件是需(xū)要清楚電網的諧波情況,查清周圍用電戶有無大型整流設備(bèi)、電弧、煉鋼等能產生諧波的設備,有無性能不良好的高壓變壓器及高壓電機,盡可能實測一下電網諧波的實際量值,再根據實際諧波量來配置適當的電抗器。鐵芯電抗器電抗線性度不(bú)好(hǎo),有噪聲,空芯電抗器運行無噪聲,線性(xìng)度好,損耗小。
    標準規定空芯電抗器容量在100KVAR以下時,每伏(fú)安損耗不大於0.03W。例如:單台12000VA電抗率(lǜ)6%的電抗器損耗為360W,三(sān)相有功損耗為1080W,這是一(yī)個不小的數字。電網上諧波較小時,采(cǎi)用限流(liú)電(diàn)抗器可節省電能。
    4、由於設置(zhì)了串聯電抗器,減少(shǎo)了係統向並聯電容器裝置或(huò)電容(róng)器(qì)裝置向係統提供短路電流值。雙鉗口接(jiē)地電阻(zǔ)測(cè)試儀除了(le)具有傳統打輔助地極測接地電阻的功能(néng)外,還具備了無輔助地極測量的(de)獨特功(gōng)能,改 變了測試接地電阻傳統的測量(liàng)原理和手段。
    5、可(kě)減少電容器組向故(gù)障(zhàng)電容器組的放電電流,保護電力電容器。
    6、可減少電容器組的湧流(liú),有利於接觸器滅(miè)弧,降低操作過電壓的幅值。
    7、減小了由於操作並聯電容器組引起的過電(diàn)壓幅值,有利於電網的過電壓保護。
    四、串(chuàn)聯電抗器的選型原(yuán)則
    用電企業都有自身的特點,對設備有不同(tóng)的要求,幹式電抗器有噪(zào)音小、電抗器的線性度好、機械強度高、安裝簡單等特點;油浸電抗器(qì)損耗(hào)小、占(zhàn)地麵積小、線性度不好、噪(zào)音大。因此,采用什麽樣的電抗器應綜合考慮。串聯電抗器主要作用是抑製諧波、限製湧流和濾除諧波。電抗率是電抗器的主要參數,電抗器(qì)的(de)大小直接影響它的作用。
    限(xiàn)流電抗器電抗率在0.1-1%,而抑製諧波的電抗器電抗率在4.5%-13%,限流電抗(kàng)器把湧流限製在電容器額定電流10倍以下為誼。配置(zhì)限流電抗器時,應考慮線路電抗(1μH/M)。
    五、投(tóu)切電容器時的湧流:
    1、單組電容(róng)器投入時的湧流
    Iym=√2 IΣ[1-√(XΣ/Xl)]
    Xl=2 IΣ* XΣ/( Iym-√3* IΣ)­­2
    ψy=ψ√(XΣ/Xl)
    式中
    Iym---合閘(zhá)湧流大幅值(峰值)(KA)
    IΣ---組電容器裝置的額定相電流 (A)
    XΣ---組電(diàn)容器相總額定電抗(kàng) (Ω)
    X_l---係統感抗與串聯電抗器相額定電抗 (Ω)
    fy----湧流頻率
    Μ---電網(wǎng)頻率(lǜ)
    2、各電容器組容量相等時按(àn)下式(shì)
    Iym=[(M-1)/M]*√[2 000QΣ/3ωL] (kA)
    L=[(M-1)/M]2*[2 000QΣ/3ωIym2] (μH)
    式中
    QΣ-單(dān)組電容器額定容量 (kvar)
     Μ---電容器組數
     L---電感值 (μh)
    ω---角頻率 (314)
    Iym-峰值(zhí)電流(ka)
    線路電抗XL′=(1μH/Μ)
    fy=103/[2л√(LCΣ)]
    當電網存(cún)在諧波不可忽視時,應采用抑製諧波的電抗器。為了確定合理的電(diàn)抗率,應查(chá)明電網諧波背景含量,以便適當的(de)選(xuǎn)用電抗器種類和電抗率。
    六 按以下方式配備電抗器
    1、偶次諧(xié)波2、4、6、8……次,諧波對稱互相抵消,因此不於考慮。
    2、 奇次諧波(bō)為3、5、7、11、13次及以上諧(xié)波,這些諧(xié)波多出自大型整流設備(bèi),電弧、煉鋼、電(diàn)機車等負荷。當用戶的電網內有這種設備,就(jiù)是有(yǒu)諧波源,應測諧波次數及含量,如諧波不超過國家標(biāo)準,然後計算應配置的電抗(kàng)器參數。含有3次諧波(bō)配置13%的電抗器,含有5次以上諧波配(pèi)置4.5%-6%的電抗器,4.5%--6%的電抗器可以覆(fù)蓋5次以上諧波。
    配置電抗器後應換算是否能產生諧波放大現象,如發生下列情(qíng)況時(shí)應改變電抗器的參(cān)數。
    七、諧波放大(dà)現象的判據(jù)

 

類型

等(děng)值電路圖(歸算為單相電路)

發生條件的判斷式

放(fàng)大量

諧波電流電源側放大

 

nXL-XC/n<0

┃(nXL -XC/n)/ (nXS+nXL-XC/n)┃>1

放大了母線電壓正弦波畸變(biàn)率,不許出現負荷過電流

電容器側放大

 

nXL -XC/η<0

┃nXs/( nXs+ nXL- XC/n) ┃ >1

放大了(le)母線電(diàn)壓正弦(xián)波畸變率,電(diàn)容器組過負荷,不許出現電容器組(zǔ)過電流

並聯諧振

 

nXL -XC/n<0

nXs≈-( nXL-XC/n)

電容(róng)器(qì)組及負荷母線上正弦波畸變率絕對(duì)避免出現

   1、配置6%的電抗率可能放大3次諧波,如網絡有3次諧波時要配置13%的電抗器。
    2、裝設電抗器後能夠產生(shēng)諧波放大,實測諧波(bō)含量,按實際(jì)情況配適當的(de)電抗率。
    3、電抗器的端電壓為
    UD=UN╳電抗率(0.1%—13%) (V)
    式中:
    UD---端(duān)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(běn)身的工(gōng)作電壓,不是電網電壓,如(rú)13%的電抗率,10KV電網電壓,電容器的相(xiàng)電壓為6936V,電抗器的(de)端電壓為6936 ╳13%=900V。
    八、電抗器的品質因數
    單通濾波(bō)器的串聯電抗器的品質因數是一項重要的指標,一般在30-60之間,應力求品質因數高,也就是電抗器線圈(quān)直流電阻盡量小。
Q= nXl/RL=(30~60)單通濾波器的品質因數
    高通濾波電抗(kàng)器的品質因數同上,但(dàn)需加並聯電阻。
    Rb=√XLXC=BXL=XC/B
    九、電抗器的特性(xìng)
    1、鐵芯電抗器
    噪聲大(dà)、電抗器(qì)線性度差、能引起漏磁、局(jú)部過熱,易發生磁飽和,燒毀線圈。係(xì)統過壓、過流和諧波的影響,致使鐵(tiě)芯過飽和電抗值急劇下降,抑製諧波的能力下降,抗短路電流能力低。幹式鐵芯式電抗(kàng)器除上述缺點外,還不能在室(shì)外運行(háng)。
    2、幹式空芯電抗器(qì) 
    線性度好,無噪(zào)聲,過流能力強,散熱(rè)能力(lì)強,機械結構簡單、堅(jiān)固,戶(hù)內、戶外都可使用,基本上免維護。缺點是體積較(jiào)大損耗較大。
    3、半芯電抗器
    半芯電抭器是介於鐵芯電抭(yǎo)器和空芯電抗器之間的一種新型電抭器,在(zài)空芯電抗(kàng)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點。組成全新的半芯電抗器,半芯電抗器線圏直(zhí)徑比空芯(xīn)電抗器(qì)直徑小20% 電抗器(qì)損耗低(dī)25%,線性度接(jiē)近於直線,阻抗(kàng)不隨電流增加而減小,噪聲低於50db。便於在櫃內安裝(zhuāng),是無功補償比較好的串聯電抗器。
    理想的電抗(kàng)器應是有如下特點:
    1、無油 2、無噪音 3、體積小 4、線性度好 5、無漏磁 6、過流能力強
    即將來(lái)發展方向是幹式(shì)半芯磁屏蔽電抗(kàng)器。
    十(shí)、串聯電抗器(qì)後電容器電壓升高的(de)情況(kuàng)
    有串聯電抗(kàng)器後電容(róng)器端(duān)電壓會(huì)升高,其升高的幅值與串(chuàn)聯電抗器的百分數有關;百分數高,電容器端電壓高,按下表計算。
串聯電抗器百分(fèn)率與電容器(qì)電壓升高的關(guān)係

 

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、為什麽(me)采用百分(fèn)率計算電抗器
    限流電抗器是保證合閘湧流不超過電(diàn)容器額定電流的十倍,這樣能降低(dī)電抗器的銅耗,減小體積。4.5%-13%的電抗器是抑製諧波的,如果(guǒ)網絡(luò)諧波較大,如3次、5次、7次、11次及高通諧波都存在,隻有用13%的電抗器能抑製3次以(yǐ)上的諧波,如果沒有3次諧波,就可以用6%的電抗器(qì)來覆蓋5次以上的諧(xié)波,因為高於5次以上(shàng)的諧波需要的電抗都小於5次諧波的電抗。

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