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目前工礦企業(yè)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(lián)電抗器及真空接觸器等裝于同一柜內(nèi),這樣就要求電抗器體積小、性能好、重量輕、便于安裝維護;現(xiàn)對無功補償用串聯(lián)電抗器的用途、性能介紹如下。
一、串聯(lián)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(lián)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(shù)和涌流頻率,便于選擇配套設(shè)備和保護電容器。根據(jù)GB50227標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)將涌流限制在電容器額定電流的10倍以下,為了不發(fā)生諧波放大(諧波牽引),要求串聯(lián)電抗器的伏安特性盡量為線性。網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)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(nèi)。采用這種電抗器是即經(jīng)濟,又節(jié)能。
2、串聯(lián)濾波電抗器,電抗器阻抗與電容器容抗全調(diào)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(wǎng)的電壓質(zhì)量。
濾波電抗器的調(diào)諧度:
XL=ωL=1/n2XC=AXC
式中A-調(diào)諧度(%)
XL-電抗值(Ω)
XC-容抗值(Ω)
n-諧波次數(shù)
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(diào)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(wǎng)的諧波情況,查清周圍用電戶有無大型整流設(shè)備、電弧、煉鋼等能產(chǎn)生諧波的設(shè)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(wǎng)諧波的實際量值,再根據(jù)實際諧波量來配置適當(dāng)?shù)碾娍蛊?。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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(shù)字。電網(wǎng)上諧波較小時,采用限流電抗器可節(jié)省電能。
4、由于設(shè)置了串聯(lián)電抗器,減少了系統(tǒng)向并聯(lián)電容器裝置或電容器裝置向系統(tǒng)提供短路電流值。雙鉗口接地電阻測試儀除了具有傳統(tǒng)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獨特功能,改 變了測試接地電阻傳統(tǒng)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(lián)電容器組引起的過電壓幅值,有利于電網(wǎng)的過電壓保護。
四、串聯(lián)電抗器的選型原則
用電企業(yè)都有自身的特點,對設(shè)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(yīng)綜合考慮。串聯(lián)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(shù),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(yīng)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(tǒng)感抗與串聯(lián)電抗器相額定電抗 (Ω)
fy----涌流頻率
Μ---電網(wǎng)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(shù)
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(dāng)電網(wǎng)存在諧波不可忽視時,應(yīng)采用抑制諧波的電抗器。為了確定合理的電抗率,應(yīng)查明電網(wǎng)諧波背景含量,以便適當(dāng)?shù)倪x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(shè)備,電弧、煉鋼、電機車等負(fù)荷。當(dāng)用戶的電網(wǎng)內(nèi)有這種設(shè)備,就是有諧波源,應(yīng)測諧波次數(shù)及含量,如諧波不超過國家標(biāo)準(zhǔn),然后計算應(yīng)配置的電抗器參數(shù)。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(yīng)換算是否能產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象,如發(fā)生下列情況時應(yīng)改變電抗器的參數(shù)。
七、諧波放大現(xiàn)象的判據(jù)
類型 |
等值電路圖(歸算為單相電路) |
發(fā)生條件的判斷式 |
放大量 |
諧波電流電源側(cè)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率,不許出現(xiàn)負(fù)荷過電流 |
電容器側(cè)放大 |
|
nXL -XC/η<0 ┃nXs/( nXs+ nXL- XC/n) ┃ >1 |
放大了母線電壓正弦波畸變率,電容器組過負(fù)荷,不許出現(xiàn)電容器組過電流 |
并聯(lián)諧振 |
|
nXL -XC/n<0 nXs≈-( nXL-XC/n) |
電容器組及負(fù)荷母線上正弦波畸變率絕對避免出現(xiàn) |
1、配置6%的電抗率可能放大3次諧波,如網(wǎng)絡(luò)有3次諧波時要配置13%的電抗器。
2、裝設(shè)電抗器后能夠產(chǎn)生諧波放大,實測諧波含量,按實際情況配適當(dāng)?shù)碾娍孤省?br />
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(wǎng)電壓,如13%的電抗率,10KV電網(wǎng)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(zhì)因數(shù)
單通濾波器的串聯(lián)電抗器的品質(zhì)因數(shù)是一項重要的指標(biāo),一般在30-60之間,應(yīng)力求品質(zhì)因數(shù)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(zhì)因數(shù)
高通濾波電抗器的品質(zhì)因數(shù)同上,但需加并聯(lián)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(fā)生磁飽和,燒毀線圈。系統(tǒng)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(jié)構(gòu)簡單、堅固,戶內(nèi)、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(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(yōu)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(nèi)安裝,是無功補償比較好的串聯(lián)電抗器。
理想的電抗器應(yīng)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(fā)展方向是干式半芯磁屏蔽電抗器。
十、串聯(lián)電抗器后電容器電壓升高的情況
有串聯(lián)電抗器后電容器端電壓會升高,其升高的幅值與串聯(lián)電抗器的百分?jǐn)?shù)有關(guān);百分?jǐn)?shù)高,電容器端電壓高,按下表計算。
串聯(lián)電抗器百分率與電容器電壓升高的關(guān)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、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(wǎng)絡(luò)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。
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