無功補償用串聯電抗器的性能與作用分析

   目前工礦企業無功補償多采用分組自動跟蹤補償，單組容量多為900kvar以下，一般都將電力電容器，串聯電抗器及真空接觸器等裝于同一柜內，這樣就要求電抗器體積小、性能好、重量輕、便于安裝維護；現對無功補償用串聯電抗器的用途、性能介紹如下。
      一、串聯電抗器類種
       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、無功補償電抗器用途分為：
    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和涌流頻率，便于選擇配套設備和保護電容器。根據GB50227標準要求應將涌流限制在電容器額定電流的10倍以下，為了不發生諧波放大（諧波牽引），要求串聯電抗器的伏安特性盡量為線性。網絡諧波較小時，采用限制涌流的電抗器；接地電阻測試儀適用于電力、郵電、鐵路、通信、礦山等部門測量各種裝置的接地電阻以及測量低電阻的導體電阻值電抗率在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。采用這種電抗器是即經濟，又節能。
    2、串聯濾波電抗器，電抗器阻抗與電容器容抗全調諧后，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，提高電網的電壓質量。
    濾波電抗器的調諧度：
     XL＝ωL＝1/n2XC=AXC
    式中A－調諧度（%）
    XL－電抗值（Ω）
    XC－容抗值（Ω）
    n-諧波次數
    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%
    按上述調諧度配置電抗器，可滿足濾除各次諧波。
    3、抑制諧波的電抗器，先決條件是需要清楚電網的諧波情況，查清周圍用電戶有無大型整流設備、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好，有噪聲，空芯電抗器運行無噪聲，線性度好，損耗小。
    標準規定空芯電抗器容量在100KVAR以下時，每伏安損耗不大于0.03W。例如：單臺12000VA電抗率6%的電抗器損耗為360W，三相有功損耗為1080W，這是一個不小的數字。電網上諧波較小時，采用限流電抗器可節省電能。
    4、由于設置了串聯電抗器，減少了系統向并聯電容器裝置或電容器裝置向系統提供短路電流值。雙鉗口接地電阻測試儀除了具有傳統打輔助地極測接地電阻的功能外，還具備了無輔助地極測量的*功能，改 變了測試接地電阻傳統的測量原理和手段。
    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，降低操作過電壓的幅值。
    7、減小了由于操作并聯電容器組引起的過電壓幅值，有利于電網的過電壓保護。
    四、串聯電抗器的選型原則
    用電企業都有自身的特點，對設備有不同的要求，干式電抗器有噪音小、電抗器的線性度好、機械強度高、安裝簡單等特點；油浸電抗器損耗小、占地面積小、線性度不好、噪音大。因此，采用什么樣的電抗器應綜合考慮。串聯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，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，應考慮線路電抗（1μH/M）。
    五、投切電容器時的涌流：
    1、單組電容器投入時的涌流
    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---系統感抗與串聯電抗器相額定電抗 (Ω)
    fy----涌流頻率
    Μ---電網頻率
    2、各電容器組容量相等時按下式
    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
     L---電感值 (μh)
    ω---角頻率 (314)
    Iym-峰值電流（ka）
    線路電抗XL′＝(1μH/Μ)
    fy=103/[2л√(LCΣ)]
    當電網存在諧波不可忽視時，應采用抑制諧波的電抗器。為了確定合理的電抗率，應查明電網諧波背景含量，以便適當的選用電抗器種類和電抗率。
    六 按以下方式配備電抗器
    1、偶次諧波2、4、6、8……次，諧波對稱互相抵消，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備，電弧、煉鋼、電機車等負荷。當用戶的電網內有這種設備，就是有諧波源，應測諧波次數及含量，如諧波不超過國家標準，然后計算應配置的電抗器參數。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。
    配置電抗器后應換算是否能產生諧波放大現象，如發生下列情況時應改變電抗器的參數。
    七、諧波放大現象的判據

   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、裝設電抗器后能夠產生諧波放大,實測諧波含量，按實際情況配適當的電抗率。
    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，不是電網電壓，如13%的電抗率，10KV電網電壓，電容器的相電壓為6936V，電抗器的端電壓為6936 ╳13%＝900V。
    八、電抗器的品質因數
    單通濾波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
    高通濾波電抗器的品質因數同上，但需加并聯電阻。
    Rb=√XLXC＝BXL＝XC/B
    九、電抗器的特性
    1、鐵芯電抗器
    噪聲大、電抗器線性度差、能引起漏磁、局部過熱，易發生磁飽和，燒毀線圈。系統過壓、過流和諧波的影響，致使鐵芯過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外，還不能在室外運行。
    2、干式空芯電抗器 
    線性度好，無噪聲，過流能力強，散熱能力強，機械結構簡單、堅固，戶內、戶外都可使用，基本上免維護。缺點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，半芯電抗器線圏直徑比空芯電抗器直徑小20% 電抗器損耗低25%，線性度接近于直線，阻抗不隨電流增加而減小，噪聲低于50db。便于在柜內安裝，是無功補償比較好的串聯電抗器。
    理想的電抗器應是有如下特點：
    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
    即將來發展方向是干式半芯磁屏蔽電抗器。
    十、串聯電抗器后電容器電壓升高的情況
    有串聯電抗器后電容器端電壓會升高，其升高的幅值與串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。
串聯電抗器百分率與電容器電壓升高的關系

    十一、為什么采用百分率計算電抗器
    限流電抗器是保證合閘涌流不超過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，如果網絡諧波較大，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，如果沒有3次諧波，就可以用6%的電抗器來覆蓋5次以上的諧波，因為高于5次以上的諧波需要的電抗都小于5次諧波的電抗。