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无功补偿用串联电抗(kàng)器的性能与作用分(fèn)析

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来源:仪天成(chéng)电力  时间:2017/12/08  阅读:

       目前工矿企业无(wú)功补偿多采用分组自动跟踪补偿,单组容量(liàng)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(děng)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(cháng)用串联电抗器的用途、性能介绍如下。
      一、串联(lián)电抗器类种
       1、油(yóu)浸式铁芯(xīn)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(bì)电抗器;
   二、无功补偿电抗器用途分为:
    1、限流电抗器;
    2、抑(yì)制(zhì)谐波电抗器;
    3、滤波电抗器;
    三(sān)、串联电抗(kàng)器的(de)作(zuò)用是多功能的,主要有:
    1、降低电容器组的(de)涌流倍数和涌流频率,便于选择配套设备和保护电容器。根据GB50227标准要求应将涌(yǒng)流限制在电容器额定电流的10倍以(yǐ)下,为了不发生谐波放大(谐波牵引(yǐn)),要求串联电抗器的(de)伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时,采用限(xiàn)制(zhì)涌流(liú)的电抗器;接地电阻测试仪(yí)适用于电力、邮电、铁路、通(tōng)信、矿(kuàng)山等部门测量各种装置的接地电(diàn)阻以及测量(liàng)低电阻(zǔ)的导体(tǐ)电阻值电抗(kàng)率在0.1%-1%左右(yòu)即:可将涌(yǒng)流限制(zhì)在额定(dìng)电流的10倍以下,以减少电抗(kàng)器的有功损耗,而且电抗器的体积小、占地(dì)面积小、便于安装在电容器柜内。采用这种电抗器是(shì)即经济,又节能。
    2、串联滤波电抗(kàng)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(dī)母线上(shàng)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(bō)电抗器的调谐(xié)度:
     XL=ωL=1/n2XC=AXC
    式中(zhōng)A-调谐度(%)
    XL-电抗值(zhí)(Ω)
    XC-容(róng)抗值(Ω)
    n-谐波(bō)次(cì)数
    L-电感值(μH)
    ω----314
   各次谐波(bō)滤波电抗器的电(diàn)抗率
    3次谐波为11.12%
    5次谐波为4%
    7次(cì)谐(xié)波为2.04%
    11次谐波为0.83%
    高次(cì)谐波为0.53%
    按上述调(diào)谐度配置电抗器(qì),可满足滤除各次谐波。
    3、抑制谐波的电抗器,先决条件是需(xū)要清(qīng)楚电网的谐波情况,查清周围用电户有无大(dà)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(jī),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(qì)。铁芯电抗器电(diàn)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(zài)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(sǔn)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(jiào)小时,采用限流电抗(kàng)器可(kě)节省电(diàn)能。
    4、由于设置(zhì)了串联电抗器,减少了系统(tǒng)向并联电容器装置或电容器(qì)装置(zhì)向系统提供短路电流(liú)值。双钳口接(jiē)地电阻测试仪除了具有传统打辅助(zhù)地极测接地(dì)电阻的功能外,还具备了无辅助地极测量的独特功能,改 变了测试接地(dì)电阻传(chuán)统(tǒng)的测量原理和手段。
    5、可减少电容器组向故障电容器组的(de)放电电流(liú),保护电力电容器。
    6、可减少(shǎo)电容(róng)器组的涌流,有利(lì)于接触器灭弧,降低操作(zuò)过电压(yā)的幅值。
    7、减小了由于操作并联电容(róng)器组引起的过电压幅值(zhí),有利于电网的过电(diàn)压保护。
    四、串联电抗器的选型(xíng)原则
    用电企业都有自身的特点,对设备有不同的(de)要求,干式电抗(kàng)器有噪音小、电抗器的线性度好、机械强度高(gāo)、安(ān)装简(jiǎn)单等(děng)特(tè)点;油浸电抗器(qì)损耗小、占地面积小、线性度不好、噪音大。因此,采(cǎi)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(xiàn)制涌流和滤除谐(xié)波。电抗率是电抗(kàng)器的主要参数,电(diàn)抗器的(de)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(zhì)谐(xié)波的电(diàn)抗(kàng)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(liú)电(diàn)抗器时(shí),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(qì)投入时的涌流(liú)
    Iym=√2 IΣ[1-√(XΣ/Xl)]
    Xl=2 IΣ* XΣ/( Iym-√3* IΣ)­­2
    ψy=ψ√(XΣ/Xl)
    式中
    Iym---合(hé)闸涌流大幅值(峰值)(KA)
    IΣ---组电容(róng)器装置的额定相电(diàn)流 (A)
    XΣ---组电容器(qì)相(xiàng)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(shì)
    Iym=[(M-1)/M]*√[2 000QΣ/3ωL] (kA)
    L=[(M-1)/M]2*[2 000QΣ/3ωIym2] (μH)
    式(shì)中
    QΣ-单组电容器(qì)额定容量 (kvar)
     Μ---电(diàn)容器组数
     L---电感值 (μh)
    ω---角(jiǎo)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(lǜ),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(pèi)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(bō)为3、5、7、11、13次及以(yǐ)上谐波,这些谐波(bō)多出自大型整流设备,电(diàn)弧、炼(liàn)钢、电机车等负荷(hé)。当用(yòng)户的电网内有这种设备(bèi),就是有谐(xié)波源,应测谐(xié)波次数及含量(liàng),如谐波不超过国家标准,然后计算(suàn)应配置(zhì)的电抗器(qì)参数。含有(yǒu)3次谐波(bō)配(pèi)置13%的(de)电抗器,含有5次(cì)以上谐波配置4.5%-6%的电(diàn)抗器,4.5%--6%的电(diàn)抗器可以覆盖5次以上谐波。
    配置电抗器(qì)后应换算(suàn)是否能产生谐波(bō)放大(dà)现象,如发(fā)生下列情况(kuàng)时应改变电(diàn)抗(kàng)器的参数。
    七、谐波放大现象的判(pàn)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(diàn)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(lǜ),不许出现负荷过(guò)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(biàn)率(lǜ),电(diàn)容(róng)器组过负荷(hé),不许出现电容器(qì)组过电流

并(bìng)联谐振

 

nXL -XC/n<0

nXs≈-( nXL-XC/n)

电容器组及负荷母(mǔ)线上正弦波畸变率绝对避免出现(xiàn)

   1、配置6%的电抗率可(kě)能放大3次谐波(bō),如网络有3次谐(xié)波时要配置13%的电(diàn)抗器(qì)。
    2、装设电抗器(qì)后能够产生(shēng)谐波放大(dà),实测谐波含量(liàng),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(shì)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(yā),电容器的相电压为6936V,电抗器(qì)的端电压为6936 ╳13%=900V。
    八、电抗器(qì)的品(pǐn)质因数
    单通滤波器的串联电抗器的品质因(yīn)数是一项重要的(de)指标,一般在30-60之间(jiān),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(qì)的(de)品质因数(shù)
    高通滤(lǜ)波电抗器的品质因数同上,但需加并联电阻(zǔ)。
    Rb=√XLXC=BXL=XC/B
    九、电抗器的特性
    1、铁芯(xīn)电(diàn)抗器
    噪声大、电抗器线性度差、能引起(qǐ)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(yǐng)响,致使铁芯过饱(bǎo)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(diàn)抗器除上述缺点外,还不能在室(shì)外(wài)运(yùn)行。
    2、干(gàn)式空芯电抗器 
    线性度好,无(wú)噪声,过流能力强,散热能力强,机械结构简单、坚固,户内、户外(wài)都可使(shǐ)用,基本上免维护。缺点是体积较大损(sǔn)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(qì)之间的一种新型(xíng)电抭器,在空芯电抗(kàng)器绕组内加上不闭合磁路的铁芯,使半(bàn)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(de)半(bàn)芯电(diàn)抗器,半芯电抗器线圏直径(jìng)比空芯电抗器直径小20% 电抗器损耗(hào)低25%,线性度接近于直线,阻抗不(bú)随电流(liú)增加而减小(xiǎo),噪声低于50db。便于(yú)在柜内安装(zhuāng),是(shì)无功补偿比较好的串(chuàn)联电抗(kàng)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(lòu)磁 6、过流能(néng)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(diàn)抗器后电容器端电压会升高,其升高的幅值与串联电(diàn)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(qì)百(bǎi)分率与(yǔ)电(diàn)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(bǎi)分(fèn)率(lǜ)计算电抗(kàng)器
    限流电抗器是保证合闸涌流不超过电容(róng)器额定电流的十倍,这样能降低电抗器的(de)铜耗,减小体积。4.5%-13%的电抗(kàng)器是抑制谐波(bō)的,如果网络谐波较大,如(rú)3次、5次、7次、11次及高通谐(xié)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(fù)盖5次以上的谐波,因(yīn)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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