电气2013级1班2015-2016第二学期研究型创新实验青

1、PAGE 山东科技大学电气与自动化工程学院研究创新型实验报告名称： 串联电抗器优缺点姓名： 周赛青 学号： 201301100538 手机：Email：1393287119 专业： 电气工程及其自动化2013级01班 一、摘要 串联电抗器顾名思义就是指串联在电路中电抗器(电感)，无功补偿和谐波治理行业内的串联电抗器主要是指和电容器串联的电抗器，电抗器和电容器串联后构成谐振回路，起到消谐或滤波的作用，而电抗器在谐振回路中起的作用如下： 1.1 降低电容器组的涌流倍数和涌流频率。 降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，以保护电容器和便于选择配套设备。加装串联电抗器后可以把合闸

2、涌流抑制在1+电抗率倒数的平方根倍以下。国标GB50227-2008要求应将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下(通常为10倍左右)，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时，采用限制涌流的电抗器；电抗率在0.1%1%左右即可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗，而且电抗器的体积小、占地面积小、便于安装在电容器柜内。采用这种电抗器是即经济，又节能。 1.2 与电容器组构成全谐振回路，滤除特征次谐波。 串联滤波电抗器感抗与电容器容抗全调谐后，组成特征次谐波的交流滤波器，滤去某次特征次谐波，从而降低母线上该次谐波的电压畸变，减少线路上特

3、征次谐波电流，提高网络同母线供电的电能质量。 1.3 与电容器组构成偏谐振回路，抑制特征次谐波。 先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围电力用户有无大型整流设备、电弧炉、轧钢机等能产生谐波的负荷，有无性能不良好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际值，再根据实际谐波成分来配置合适的电抗器。 1.4 提高短路阻抗，减小短路容量，降低短路电流。 无功补偿支路前置了串联电抗器，当出现电容器故障时，例如电容器极板击穿或对地击穿，系统通过系统阻抗和串联电抗器阻抗提供短路电流，由于串联电抗器阻抗远大于系统阻抗，所以有效降低了电容器短路故障时的短路容量，保证了配电断路器断开短路电流可能，提

4、高了系统的安全、稳定性能。 1.5 减少电容器组向故障电容器组的放电电流，保护电力电容器。 当投运的无功补偿电容器组为多个支路时，其中一组电容器出现故障时其它在运行的电容器组会通过故障电容器放电，串联电抗器可以有效减少这种放电涌流，保证保护装置切断故障电容器组的可能性。 1.6 减少电容器组的投切涌流，降低涌流暂态过程的幅值，有利于接触器灭弧。 接触器投切电容器的过程中都会产生涌流，串联电抗器可以有效抑制操作电流的暂态过程，有利于接触器触头的断开，避免弧光重燃，引起操作过电压。降低过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或绝缘老化。 1.7 减小操作电容器组引起的过电压幅值，避免电网过电压保护

5、。 接触器投切电容器的过程中都会产生操作过电压，串联电抗器可以有效抑制接触器触头重击穿现象出现，降低操作过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或加速绝缘老化。 随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这不仅会导致供用电

6、设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。 电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。在地区的配电和变 电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。 在并联电容器装置接入母线处的谐波“污染”暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效和可行的方法。串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和

7、谐振发生。但是串联电抗器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。 随着越来越多的负荷对电能质量的要求越来越高，电能质量的概念越来越深入人心，国内经济发达的地区如北京、上海、广东、江苏等地区在电容器组补偿支路中串入电抗器已经得到了普及，在无功补偿支路中串入电抗器是趋势，也是必然。变压器中性点接小电阻按照中性点接地方式的不同可划分为两大类：大电流接地方式和小电流接地方式。简单的硕大电流接地方式就是中性点有效接地方式，包括中性点直接接地和中性点经低阻接地。小电流接地方式就是中型点非有效接地方式，包括中性点不接地、高阻接地、经消弧线圈接地等。在大电流接地系统中发生单相接地故

8、障时，由于存在短路回路，所以接地电流很大，会启动保护装置动作跳闸。在小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于中性点非有效接地，故障点不会产生大的短路电流，因此允许系统短时间带故障运行。这对于减少用户停电时间，提高供电可靠性是非常有意义的。1）大电流接地系统A发生单相接地故障时，接地电流很大；B为避免损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，供电可靠性低；C对系统绝缘性能要求可相应降低；2）小电流接地系统A发生单相接地故障时，运行系统短时间带故障运行；B对减少用户停电时间非常有意义；C系统带故障运行，容易引发各类过电压，危害绝缘，严重时可发展成单相永久性接地或两相故障； 中性点不接地方式，集中性点对

9、地绝缘，结构简单、运行可靠，不需要任何附加设备，投资小，适用于农村10KV架空线路的辐射形或树形的供电网络。 采用中性点经消弧线圈接地的方式，在系统故障时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点电流减小到自行熄灭的范围，可带故障运行2小时。 中性点经电阻接地方式，该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压有一定的优越性。在中性点经电阻接地方式中，电阻值一般较小，在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，可有的控制在100A左右，通过接地电流来启动零序保护动作，切出故障线路。变

10、压器中性点经电阻接地的优点： 1、 可限制间歇性弧光接地过电压的产生。 2、 降低系统操作过电压。 3、 可消除大部分系统谐振过电压。 接地的原因： 在电力系统中（尤其是依电缆供电为主的输电线路输配网），当发生单相接地时，故障电流增加到一定数值时，将产生弧光接地过电压，造成变压器或发电机铁芯灼伤或损坏，危害系统安全。故障限流器故障限流器(FCL)早在70年代就出现在国内外的文献中，但真正受到重视和快速发展是在柔性交流输电技术提出以后，从近十年的发展来看可以将故障限流器分为两大类：第一类就是采用功率电子器件控制线路阻抗的限流器；第二类就是采用具有特殊性质的材料作为限流器的基本组成部分，例如：超导

11、材料和具有正温度系数(PTC)的聚合材料等。 2.1 采用功率电力器件控制线路阻抗的故障限流器 这种故障限流器保护电路的基本思想就是：在正常负载情况下FCL所呈现的是低阻抗，但是在故障发生时，FCL动作保护就会呈现出大的阻抗值以限制故障电流，将故障电流限制在断路器正常工作范围内，图1为FCL的实验室装置图。 在线路正常工作情况下，晶闸管处于闭锁状态，L2R2未被串入，电路为L1C串联工作。而在故障发生时(SF闭合)，控制电路触发导通晶闸管，L2R2接入电容器两端，与电容器并联运行，增大线路阻抗值以限制故障电流。在这个电路中，晶闸管控制电抗器并联接在电容器两端，在正常运行条件下，晶闸管并不导通，

12、仅在短路发生情况下，晶闸管触发导通，L2接入电路起到分流作用，因此在正常工作情况下不会有谐波产生，同时由于相对比较短的保护过程，所以发热情况并不严重，不需要冷却装置。 2.2 固态故障限流器 在1993年日本提出了固态故障限流器的设计方案，原因为：传统过流保护系统由断路器和过流延时装置(OCR)组成，从短路发生到断路器动作，一般有0.2s到0.5s的延时，这样在延迟时间内线路的电压就会降低或是功率输送间断，影响输送电能的质量。为降低保护动作的时间，提高电能传输质量，限制故障电流，提出了固态限流器设计方案，由于GTO响应速度快，通常在控制装置发出信号到GTO响应动作只需40s；控制装置检测到故障

13、电流发出开通信号给GTO，限流电阻R串入主电路，限制故障电流，这样整个系统的故障电流被限制在一定范围内，而且保护动作的响应时间缩短了，提高了系统电能传输能力。 但是这种限流器的缺点就是正常情况下可控硅控制电路处于断开状态，仅在故障发生的情况下才能投入使用，所以它的使用率不高。 2.3 带串联补偿故障限流器 1996年在日本又提出了带串联补偿的故障限流器，图2给出了带串联补偿FCL的原理电路图，正常运行时为电感L1和电容C1串联，可控硅控制装置SW1关断，电路阻抗呈容性，此时故障限流器工作在常规串补状态下。在故障发生时，SW1迅速导通短接电容器C1，此时电抗器L1限制短路电流。低值阻抗Z1限制冲

14、击电流；过压保护器件ZNO和旁路开关BPS并联在电容器C1两端，同时故障BPS也合闸，这样低值阻抗Z2不仅可以限制冲击电流，而且C1所储存的电能通过Z2释放。其特点是： 正常运行时，由于SW1处于关断状态，所以没有功率损耗。 正常运行时，相当于常规串补，所以提高了故障限流器的使用率。 由于带串补FCL既可以限流，也可以补偿无功，所以提高了系统的传输能力和稳定性。 2.4 超导故障限流器(SFCL) 在1997年左右日本就开始研究超导故障限流器，同时中国科学院电工研究所也就超导故障限流器发表过文章。将超导故障限流器(简称SFCL)接入电网中，当电力系统正常运行时，传输电流在临界电流以下，超导体的

15、电阻几乎为零，对电力系统运行不产生影响。一旦电网发生短路，短路电流大于临界电流时，超导体瞬时失超产生非线性高电阻，从而有效地限制短路电流。超导故障限流器(SFCL)有许多类型，其中桥路超导故障限流器具有广阔的前景。桥式超导故障限流器的原理电路图如图3所示。它由二极管桥路D1D4，超导线圈L和直流偏压源Vb组成。正常运行期间二极管D1D4全部导通，线路电流iac小于负载电流，此时调节Vb使SFCL对线路电流iac不表现出任何阻抗。此时桥路上只有较小的正向电压降。当线路发生短路故障时，iac幅值增加到等于负载电流，这时在iac的正半周内二极管D3和D4不导通，而在负半周内D1和D2不导通，超导线圈就被自动串入线路，而且由于电流增大超导线圈失超呈现非线性高阻抗，因此短路电流的上升率就被大阻抗所限制。 2.5 采用正温度系数聚合材料的限流器 在1998年左右，瑞士ABB研究协会提出采用具有正温度系数(PTC)的聚合材料作为限制器的基本组成成分，这种设备在故障电流流过时能快速增大自身阻值来限制和切断故障电流，通常其阻值可以提高8到10个数量级。由PTC电阻并联限压器构成的限流器，具有随温度升高其阻值会增加的能力，温度的升高是由于电流在PTC电阻上的功