串联电抗器抑制谐波的作用及电抗率的选择

串联电抗器的谐波抑制作用及电抗率的选择摘要：串联电抗器是高压并联电容器装置的重要组成部分，主要作用是抑制谐波和限制冲击电流，因此并联电容器的电路需要串联电抗器。 电抗率是串联电抗器的重要参数，电抗率的大小直接影响其作用。 本文对串联电抗器的谐波抑制作用进行了分析，提出了电抗率的选择方法。关键词：串联电抗器谐波抑制电抗率选择一开始随着电力电子技术的广泛应用和发展，供电系统采用大量非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量工业用交流直流转换装置，尤其是静止变流器，由于以开关方式工作，电网的电流电压波形失真引起电网的谐波“污染”。 电网产生谐波“污染”的另一个重要原因是电网与冲击性、波动性负载相连，不仅电弧炉、大型轧机、电力机车等运行中产生大量谐波，而且电压变动、闪烁、三相失衡也日益严重。 这不仅降低了供电设备自身的安全性，还显着削弱了电网的经济运行，阻碍了电网的运行，形成了对电网的“公害”。电能质量的综合管理应遵循谁污染谁、多层管理、等级调整的原则。 在区域配电和变电系统中，选择主要电能污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量管理中枢，在这些地点进行在线电能质量监测，采取相应的电能质量改善措施尤为重要。在并联电容器装置进入母线的高次谐波“污染”暂时没有得到根本的整备之前，如果不采取必要的措施，就会发生一定的高次谐波放大。 在并联电容器的电路上连接串联电抗器是非常有效且可行的方法。 串联电抗器的主要作用是抑制谐波和限制接通冲击电流1，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接通导致电网谐波的过度放大和谐振的发生。 但是，串联电抗器不能与电容器组任意组合，不能不考虑电容器组进入母线的高次谐波的背景。 本文对串联电抗器的谐波抑制作用进行了分析，提出了电抗率的选择方法。2电抗器选择不当的结果2.1基本情况介绍某110kV变电站新建电容2400kvar的电容器组，厂家提供无功补偿装置组，其中配置电抗率为6%的串联电抗器，电容为144kvar。 电容器组开始运行后，实测结果表明，该110kV变电站10kV母线的电压总应变率达到4.33%，超过公共栅极谐波电压(相电压)的4%限制值2，其中三次谐波的应变率达到3.77%，限制在公共栅极谐波电压(相电压)的3.2%经过充分理解和分析，发现该110kV变电站的10kV系统存在大量非线性负荷。 即使电容器组不工作，10kV母线的电压总应变率也高达4.01%，其中3次谐波的应变率高达3.48%。 在这种高次谐波的背景下，在2400kvar电容器组中配置电抗率为6%的串联电抗器是否合适？ 现在的计算分析如下。2.2电抗率的选择分析(1)电容器装置侧存在高次谐波源时的电路模型和参数同一母线上存在非线性负载的高次谐波电流源时(省略电阻)，并联电容器装置的简化模型如图1所示3。高次谐波电流和并联高次谐波阻抗式中的n是高次谐波次数，n是高次谐波源的第n次的高次谐波电流XS是系统等效基波短路电抗，XC是电容器组的基波电容阻抗XL是串联电抗器的基波电抗。高次谐波源是电流源，高次谐波电压放大率和高次谐波电流放大率相等，因此能够通过式(1)整理得到高次谐波电压放大率(最好先导出式5 )表示式(2)的高次谐波阻抗的分子的数值为零时，即从高次谐波源观察的阻抗为零时，电容器装置和电网以n次高次谐波串联谐振，得到电容分支路径的串联谐振点式(2)的高次谐波阻抗的分母的数值为零时，即从高次谐波源观察到的阻抗为，这是因为电容器装置和网格以n次谐波并联谐振，电容器装置的谐振电容QCX 4成为系统和设备的参数如表1所示。(2)避免共振分析在计算电抗率而选择了6%的情况下，关于产生3次、5次谐波谐振的电容器容量，若将关系参数代入式(5)，则3次、5次谐波谐振电容器容量分别为由此可知，在2400 kvar的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器中，不会发生3次、5次谐波并联谐振或接近谐振的谐振。(3)限制冲击电流分析文献4中提出，为了计算电抗率，选择6%后，在相同电抗率的电容器单体或追加接通时，能否有效地抑制冲击电流冲击电流峰值的标度值(以接通的电容器组的额定电流的峰值为基准值) q是电容器组的总容量、Mvar； Q 0是接通中电容器组的总容量，Mvar； q是原来运行的所有电容器组的总容量，Mvar； b是电源影响系数。众所周知，两组电容器装置为一组由此可知，在2400 kvar的电容器组中配置电抗率为6%的串联电抗器，另一个电抗率为6%的电容器组或追加接通时冲击电流被有效限制。(4)高次谐波电压放大率分析计算电抗率选择6%时，将关系参数代入式(3)，经过计算，电容器组对17次谐波电压放大率FVN的结果如表2所示。根据计算结果，6%的串联电抗器对3次谐波电压放大率FVN选择了1.21，对5次谐波电压放大率FVN选择了0.69。 与现场的高次谐波实测数据相比，3次高次谐波电压放大率FVN与上述理论计算值基本一致，但5次高次谐波电压放大率FVN的误差较大。 文献5认为，简化的电路模型在三次谐波电压放大率FVN的计算中具有工程价值，但在五次谐波电压放大率FVN的计算中没有工程价值。 在2400 kvar的电容器组中配置电抗率为6%的串联电抗器，产生3次谐波放大，并且超过了公共网格谐波电压(相电压)的3.2%的限制值2。 因此，可以判断在这样的高次谐波的背景下，在2400kvar的电容器组中配置电抗率为6%的串联电抗器是不适当的。(5)电抗率的合理选择为了合理选择电抗率，需要理解该电容器进入母线的背景谐波，并根据实测结果进行对症治疗。 并联电容器的串联电抗器在IEC标准中根据其作用分为阻尼电抗器和调谐电抗器。 阻尼电抗器的作用是通过限制并联电容器组的接通冲击电流，其电抗率可以选择较小，一般为0.1%1%的调谐电抗器的作用是抑制高次谐波。 当存在于电力网络中的谐波不能被忽略时，考虑到使用调谐电抗器，可以相对较大地选择电抗率，并且调节并联电路的参数，电容分支电路可以采用下一威胁性谐波的最低谐波阻抗作为电感，并且可以通过表达式(4)获得k值即高次谐波次数最少为5次，K4%； 高次谐波的次数至少为3次时，K11.1%。将该变电站的2400 kvar电容器组的电抗率分别配置为0.1%、1%、4.5%、12%，尝试将参数代入式(3)中，17次谐波电压放大率FVN的结果如表3所示。计算结果表明，12%的串联电抗器对三次谐波电压放大率FVN仅为0.50。 因此，电抗率在12%的配置中值得进一步管理。经过进一步的管理(谐振分析、限制冲击电流分析由于纸面的原因)，即使选择12%的串联电抗器，也不会接近3次、5次谐波的并联谐振或谐振，同时将另一个电抗率为12%的电容器作为一组或追加接通时，冲击电流被有效限制。(6)电抗率选择的进一步分析应该注意到，由于在我国的电网中普遍存在3次谐波，所以应该充分重视与不同电抗率对应的3次谐波谐振电容器电容QCX3。根据式(5)计算，当串联电抗器分别选择4.5%、6%、12%时，三次谐波谐振电容器电容分别为即，如果将串联电抗率设为4.5%，则将电容器电容达到或接近与电容器装置的母线连接的短路电容的6.6%，则接近3次谐波的并联谐振或谐振的串联电抗率选定为6%， 当电容器电容达到与电容器装置的母线连接的短路电容的5.1%时，如果将产生3次谐波的并联谐振或接近谐振的串联电抗率设为12%，则一般不产生3次谐波并联谐振。一般来说，搭载于110kV变电站的电容器的容量小(0.05S d 0.06 S d )，虽然不会产生接近3次谐波的并联谐振或谐振的电容器，但是由于引起3次谐波的放大的搭载于220kV变电站的电容器的容量大，有可能接近3次谐波的并联谐振或谐振，因此必须进行设计3串联电抗器的选择3.1串联电抗器的额定端子电压串联电抗器的额定端子电压与串联电抗率、电容器的额定电压有关。 该额定端子电压是电容器的额定电压乘以电抗率(一相只有一个串联级时)，10kV串联电抗器的额定端子电压的选择如表4所示。3.2串联电抗器的额定容量串联电抗器的额定容量等于电容器的额定容量乘以电抗率(单相和三相可以通过这个简单的计算来计算)。 因此，串联电抗器的额定端子电压、额定电容与电容器的额定电压、额定电容及电抗率有关系。 不详细分析电容器的额定电压、额定容量，重点分析串联电抗率的选择3.3电抗率选择的一般原则(1)电容器装置的访问对象的背景高次谐波为3次根据文献4，与电网连接的背景谐波为3次以上时，一般为12%； 也可以采用4.5%6%和12%两种电抗率。 设计规范模糊不清，实际上很难实行。 笔者认为，应该区别对待这种情况1 )由于3次谐波的含量少，可以选择0.1%1%的串联电抗器，但是电容器装置投入后的3次谐波放大是超过还是接近国家的基准值，有馀量。2)3次谐波含量大，已超过或接近国标限值，选择12%或12%和4.5%6%串联电抗器的混合设置。(2)电容器装置的访问目标的背景高次谐波为3次、5次1 )选择3次谐波含量少、5次谐波含量大(已经超过或接近国家标准值)的串联电抗器4.5%6%，禁止0.1%1%的串联电抗器。2)3次谐波含量稍大，5次谐波含量少，选择了0.1%1%的串联电抗器，但电容器装置接通后必须管理3次谐波放大是超过国家标准值还是接近国家标准值。3)3次谐波含量大，已超过或接近国标限值，选择12%或12%和4.5%6%串联电抗器的混合设置。(3)电容器装置的接入目标的背景高次谐波为5次以上1)5次高次谐波的含量少，因此选择串联电抗器4.5%6%。2)5次高次谐波的含量较多，因此选择串联电抗器4.5%。(采用0.1%1%的串联电抗器时，采用必须防止5次、7次谐波的放大和谐振的4.5%6%的串联电抗器时，防止3次谐波的放大和谐振。4若干建议(1)新建变电站的电容器装置中的串联电抗器的选择必须慎重，不能与电容器任意组合，不能考虑电容器装置的接入目标的高次谐波背景。(2)对于已经出厂的电容器装置，进一步管理串联电抗器的选择是否合理，组织现场实测，理解电网谐波背景的变化。 对于不能随意增大或减小电容器组的电容量的电抗率选择是不合理的电容器设备，适于选择电抗率的电容器设备应该交换匹配的串联电抗器。(3)电能质量的综合管理是系统工程，并联电容电路中串联电抗器只是抑制谐波的标准，真正实现标本和治疗必须遵循谁会污染谁，多层管理等级的调整原则。变频器与电机之间的接线较长时，电线之间的分布容量会产生较大的高频电流，可能会导致变频器的过电流引出、泄漏电流增加、电流显示精度变差等原因。 因此，3.7KW以下的电机接线不得超过50m，3.7以上不得超过100m。 否则，请安装输出电抗器。此外，变频器与电机之间有热继电器时，特别是400V系列时，即使连接线不足50m也可能发生热继电器误动作，因此请使用输出电抗器。关于变频电抗器的选型问题1 .额定交流电流的选择额定交流电流是从发热方面设计电抗器的长期工作电流，应考虑足够的谐波成分。 也就是说，实际流过输出电抗器的电流是逆变电机负载的输出电流。2、电压降电压降是指50HZ时，对应实际额定电流的电抗器线圈两端的实际电压降。 通常选择电压降为4V8V左右。3、电感量的选择电抗器的额定电感量也是重要的参数！ 如果电感选择不当，会直接影响额定电流下的电压降变化，从而导致故障。 电感的大小取决于电抗器铁心的截面积、线圈圈数和气隙的调整。输出电抗器的电感量的选择由额定频率范围内的电缆长度决定，然后通过电动机的实际额定电流选择与电感量对应的铁心截面积和导线截面积，从而能够决定实际的电压降。相对于额定电流的电感量和长度：电缆长度额定输出电流电感量300米100A 46H200A 23H250A 16H3