串联电抗器的应用与选择
eeskill 2022-05-12

如何正确选择串联电抗器

串联电抗器的应用越来越广,但是由于整流电源被使用在各种不同的电气环境,若不采取恰当的保护措施,就会影响整流电源及负载运行的稳定性和可靠性。实践证明,串联电抗器适当选配电抗器与整流电源配套使用,可以有效地防止因操作交流进线开关而产生的过电压和浪涌电流对它的冲击,降低电流脉动系数,确保电流连续,串联电抗器防止整流电源产生环流,同时亦可以减少整流电源产生的谐波对电网的污染,并可提高整流电源的功率因数。因此探讨与整流电源配套用如何正确选择串联电抗器是十分必要的。

串联电抗器在低压配电系统中产生谐波的负荷容量与变压器容量之比大于15%,无功补偿电容回路就要一定电抗率的电抗器,大多数谐波源负荷,一般是6脉整流,主要为5、7、11、13 次谐波,选择电抗率为4.5%—7%,若选择电抗率为6%的电抗器,谐振频率为204Hz,抑制5次谐波效果好,但对3次谐波放大也比较明显,若选择电抗率为4.5%的电抗器,谐振频率为235 Hz,抑制5次谐波效果好,但对3次谐波有轻微放大,即抑制5次以上的谐波又兼顾减小对3次谐波的放大,因此这种选择也是较适宜的。在低压配电系统中,若三次谐波为主,选用电抗率为12%—14%的电抗器,谐振频率为141~134Hz。

低压配电系统中串联电抗器的电抗器率呢?产生谐波的负荷容量SH 与变压器容量ST 之比低于15%,系统谐波很小,只是限制合闸涌流时,则选择p=0.5%~1%即可满足要求。

1、选择口碑良好的电抗器

选购串联电抗器的时候不能光靠阅读产品使用手册,抑或是单方面凭借产品供应商的说辞讲解来对产品进行了解。这些做法都不具有代表性,因此客户在选择的时候应该综合考虑串联电抗器哪家口碑好,根据大家的反馈来选择可以保证电抗器的功能性。

2、选择检验合格的电抗器

查看来自第三方检测机构出具的串联电抗器试验报告的文件,不失为一个好的选择条件。因此我们应该检查基于我国标准的第三方检测报告,第三的报告不仅可以证明电抗器产品经过权威认证,同时也是我们这些外行人鉴别产品质量安全是否过关的方式。

3、选择有3C证书的电抗器

正规安全的串联电抗器产品都会有着一套严格且标准的生产流程管理,这样的电抗器产品才能达到生产规范标准。所以我们要选择达到生产规范标准的串联电抗器来保证质量,比较直接的方法就可以通过查看其是否具备3C证书即可。3C证书的取得不仅仅需要电抗器达到合格标准,还需要查看货物的生产制造环节整体的完备程度,以及验证环节的完善程度。如果该串联电抗器厂家拥有3C证书,那么说明其生产的产品在质量上过关。

所以各位在选择更实惠的串联电抗器时,不妨使用以上提到的三个选择条件来进行筛选。通过了解串联电抗器的口碑以及其是否通过第三方检测合格,并且还要进行3C证书的查看。通过这些条件后再进行串联电抗器价格的比较,才能购买到称心如意的电抗器产品。

串联电抗器的应用与选择

并联电容器进行无功补偿是电力系统改善功率因素和跳崖的有效措施。然而电力系统中大量非线性负载的投运,特别是以晶闸管作为换流元件的电力半导体器件,由于它以开关方式工作,将会引起电网电流、电压波形的畸变,产生大量高次谐波。而电容器对高次谐波反应比较敏感,会对谐波电刘起到放大作用,严重时还会产生谐振,造成电容器自身的损坏或无法工作,还危及附近其他电器设备的安全。

在具有高次谐波背景中装设补偿电容器,一般采用在电容器回路中串联电抗器的措施,这既不影响电容器的无功补偿作用,又能抑制高次谐波。但串联电抗器必须考虑电容器接入处电网的谐波背景,绝不可任意组合。只有合理选择串联电抗器的电抗率,使之与电容器进行合理匹配,才能有效地起到抑制谐波的作用,并有限制合闸涌流的效果。

1、抑制高次谐波

当无功补偿电容器接入电网存在有高次谐波时,电容器对n次谐波的容抗降为xc/n,系统电感对n次谐波的感抗升高为nxL。在电网存在有n次谐波电流时,如果符合nxL=xc/n的条件,则将产生n次谐波的谐振现象。其n次谐波电流与基波电流迭加后,使流过电容器的电流骤增,此时产生的过电流必将危及电容器自身安全或无法工作。同时谐波电流在系统阻抗上产生的谐波电压与源电压迭加后产生过电压,此过电压也会威胁到电容器的安全运行。

采用并联电容器进行无功补偿而构成的电路中,若电容器支路与系统发生并联谐振,此时谐振点的谐振次数为:

n0=√xc/(xL+xs)

式中 xs———系统等值基波短路电抗;

xL———电抗器基波电抗;

xc———电容器基波电抗;

(xL=Axc,A为电抗率)

从上式看出,串入电抗器电感量越大,则谐波次数n0越低,因而可通过串入电抗器电感量的大小来控制并联谐振点,从而达到避开谐波源中的各次谐波。由此可见,在补偿电容器回路中串联一定电抗率的电抗器,即能有效地避开谐振点。

在电容器接入处电网存在高次谐波时,当谐波次数大于谐振点的谐波次数时,电容器回路阻抗呈感抗,此时谐波电流全部流入电容器回路中,故而电容器对谐波电流不起放大作用。但在谐波次数小于谐振点的谐波次数时,电容器回路阻抗特性呈容性,此时串联的电抗器不会起到抑制谐波作用,反而对谐波电流起到放大作用。为此,在电容器回路串联的电抗器绝不能任意组合,一定要考虑接入处电网的谐波背景,只有根据谐波背景选择合适的电抗率的电抗器,才能起到抑制高次谐波的作用。

2、限制合闸涌流

无功补偿电容器在投运合闸瞬间,往往会产生冲击性合闸涌流,这是因为首次合闸的电容器处于未充电状态,流入电容器的电流仅受回路阻抗的限制,因该回路处于接近短路状态,回路阻抗很小,故而在合闸瞬间往往会产生很大的冲击涌流。GB50227-95《并联电容器装置设计规范》中给出合闸涌流的计算式为:

Is=√2 Ie(a+√xc/xs)=√2 Ie(a+√sd/QC)

式中: Ie——电容器组的额定电流;

xc——电容器组一相容抗值;

xs——电容器组与电网间电抗值;

sd——合闸点系统的短路容量;

Qc——电容器组容量。

合闸涌流倍数K=1+√sd/QC,K值是随合闸点短路容量的增大及电容器组容量的减小而增大,一般为3~10倍。

电容器组回路加装串联电抗器后的合闸涌流倍数为:K=1+√xc/(xL+xc),K值是随母线短路容量的增大,或电抗器占电容器容抗的百分数的增大而大幅度减小。故而在电容回路串联合适电抗率的电抗器后,将起到限制合闸涌流的效果。

3 电抗器电抗率的选择

电抗率是电抗器的重要参数,而电抗率的大小将直接影响它的作用与系统的安全。为能合适的选用电抗率,必须了解电容器接入处电网存在谐波的背景。只有通过实测各次谐波后,才能使用电容器与之串联的电抗器相匹配。

(1)补偿电容器接入处的背景谐波为三次,而且含量已超过或接近标准时,宜选用12%的串联电抗器。

(2)补偿电容器接入处的背景谐波为3次和5次为主,而且两者含量均较大,宜选用12%与4.5%~6%两种电抗率混装方式的串联电抗器,以保证抑制3次谐波放大为前提。该方案优点比全部采用串联12%方案可降低无功损耗。

(3)当补偿电容器接入处的背景谐波为3次为主,并含有5次以上谐波,但含量较少,可选用0.1%~1%的电抗器。

(4)当补偿电容器接入处的背景谐波以3次和5次为主,但3次谐波含量较少,而5次谐波含量已超过或接近标准值,应选用5%~6%的电抗器。

(5)当补偿电容器接入处的背景谐波为5次及以上时,而且5次谐波含量较大,应选用6%的串联电抗器。

(6)当补偿电容器接入处电网含有多种谐波成分,并且含量都较大时,串联单抗器电抗率可按下式确定。此时该电容支路对于较大含量的各次谐波均不会产生放大作用。

xL=αxc/n2

式中: α——可靠系数(一般取α=1.2~1.5);

xc——电容器组基波电抗;

n——具有较大含量的最低谐波次数。

(7)新建变电所无法得知电网的背景谐波,补偿电容器装置可选用阻尼式限流器,限流器中串联电抗器的额定电流,可按电容器组的最终容量考虑选取。

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