低壓配電并聯(lián)電容器補(bǔ)償回路所串電抗器的合理選擇

一、前言在筆者所接觸的低壓配電施工圖中，覺察施工圖中有一個(gè)共性，那就是配電變壓器低壓側(cè)母線上均接入無功補(bǔ)償電容器柜。但令人費(fèi)解的是，所串電抗器無任何規(guī)格要求，無技術(shù)參數(shù)的注明，只是最大能補(bǔ)償多少無功功率，也不得而知。用電設(shè)備的性質(zhì)，所產(chǎn)生諧波的種類及各次諧波含量，應(yīng)要進(jìn)展諧波測量后，才能對癥下藥，打算電抗器如何選擇。但往往是低壓配電與電容補(bǔ)償同期進(jìn)展，根本無法先進(jìn)展諧波測量，然后進(jìn)展電抗器這無疑是一個(gè)比較簡單的系統(tǒng)工程，不是任憑一個(gè)電抗器的符號或口頭說明要加電抗器那么簡潔了。不得隨便協(xié)作，否則適得其反，造成諧波放大，嚴(yán)峻時(shí)會(huì)引發(fā)諧振，危及電容器及系統(tǒng)安全，而且鋪張了投資。有鑒于此，筆者對如何正確選用電容器串聯(lián)電抗器的問題，將本人爭論的一點(diǎn)心得，撰寫成文，以候教于超群。二、電力系統(tǒng)諧波分析及諧波危害電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波的緣由主要是用電設(shè)備的非線性特點(diǎn)。所謂非線性，即所施電壓與其通過的電流非線性關(guān)系。例如變壓器的勵(lì)磁回路，當(dāng)變壓器的鐵芯過飽和時(shí)，勵(lì)磁曲線是非正弦的。當(dāng)電壓為正弦波時(shí)，勵(lì)磁電流為非正弦波，即尖頂波，它含有各次諧波。非線性負(fù)載的還有各種整流裝置，電力機(jī)車的整流設(shè)備，電弧煉鋼爐，EPS，UPS及各種逆變器等。目前辦公室里電子設(shè)備很多，這里存在開關(guān)電源及整流裝置，其電流成分也包含有各次諧波，另外辦公場所日光燈及車間內(nèi)各種照明用的氣體放電燈，它們也是諧波電流的制造者。日光燈鐵芯鎮(zhèn)流器及過電壓運(yùn)行的電機(jī)也是諧波制造者。目前所用的配電變壓器高壓側(cè)多接成“Δ”型，這樣三次諧波因相序一樣，即零序的感應(yīng)的三次諧波電流在三角形繞組內(nèi)環(huán)流，不易竄入電網(wǎng)。磁路過飽和而產(chǎn)生的諧波類似六脈動(dòng)整流回路，主要6K±1571135次與75諧波造成的設(shè)備過載及線路損耗增加，降低了輸電力量，高次諧波電流又引起系統(tǒng)電壓畸變，從而影響其它設(shè)備的正常工作。對于低壓電網(wǎng)的補(bǔ)償用電力電容器，危害更為嚴(yán)峻。深圳某電子廠，由于低壓電網(wǎng)諧波，接入的并聯(lián)補(bǔ)償電容器，運(yùn)行不到一周，皆鼓肚損害，其接頭及投切用接觸器接線端子燒蝕熔化冒火，電氣值班人員只得承受電氣用手提滅火設(shè)備進(jìn)展滅火，然后退出運(yùn)行。電容器生產(chǎn)廠家親赴現(xiàn)場用諧波測試儀實(shí)測，結(jié)果證明是諧波嚴(yán)峻造成，而非電容器質(zhì)量所致。三、串聯(lián)電抗器的作用三、串聯(lián)電抗器的作用低壓電網(wǎng)并聯(lián)電容器補(bǔ)償回路串聯(lián)電抗器的作用低壓電網(wǎng)并聯(lián)電容器補(bǔ)償回路串聯(lián)電抗器的作用電抗器作用為：1)限制電容器投入時(shí)合閘涌流當(dāng)電容器投入的瞬間，由于電容器無充電，無反向電勢，合閘瞬間，如同短路，1)限制電容器投入時(shí)合閘涌流當(dāng)電容器投入的瞬間，由于電容器無充電，無反向電勢，合閘瞬間，如同短路，只有線路的阻抗起限制電流作用，因此瞬時(shí)電流可達(dá)額定電流的百倍以上，不過時(shí)間短促，僅持續(xù)毫秒或微秒級。由于接入電網(wǎng)的電容器為多組組合，當(dāng)投入或切除任一組電容器時(shí)，其它運(yùn)行的電容器會(huì)向投切電容器進(jìn)展充放電，這也是俗稱的電容器組背對背效應(yīng)，增加了電容器的投切困難。盡管目前承受電容器投切專用接觸器，此接觸器帶有操作時(shí)接入的過渡電阻進(jìn)展限流，但還是常常損壞接觸器，電容器柜內(nèi)投切用接觸器可謂十足的易損元件了。2)防止電網(wǎng)諧波放大及諧振的發(fā)生2)防止電網(wǎng)諧波放大及諧振的發(fā)生3)限制操作過電壓4)限制短路電流當(dāng)電容器發(fā)生短路故障時(shí)，能限制系統(tǒng)向電容器短路點(diǎn)注入短路電流。當(dāng)系統(tǒng)其它地方發(fā)生短路或電抗器電源側(cè)發(fā)生短路時(shí)，能限制電容器向系統(tǒng)的反響電流。5)抑制流向電容器的高次諧波，使之不使電容器過電流損壞。當(dāng)電容器發(fā)生短路故障時(shí)，能限制系統(tǒng)向電容器短路點(diǎn)注入短路電流。當(dāng)系統(tǒng)其它地方發(fā)生短路或電抗器電源側(cè)發(fā)生短路時(shí)，能限制電容器向系統(tǒng)的反響電流。5)抑制流向電容器的高次諧波，使之不使電容器過電流損壞。假設(shè)不實(shí)行措施，如對電網(wǎng)實(shí)行諧波掌握或串聯(lián)電抗器，電容器很難勝無功補(bǔ)償作用，很快由于涌波涌入造成過流而損壞。6)對某次諧波來說，串聯(lián)電抗器與電容器的組合，只要合理搭配，可起到濾除局部某次諧波的作用。需要指出的，濾除某次局部諧波，只是補(bǔ)償回路的一點(diǎn)附加作用，絕不能作為濾6)對某次諧波來說，串聯(lián)電抗器與電容器的組合，只要合理搭配，可起到濾除局部某次諧波的作用。需要指出的，濾除某次局部諧波，只是補(bǔ)償回路的一點(diǎn)附加作用，絕不能作為濾波器使用，否則，則影響了無功補(bǔ)償?shù)某踔?。有人?huì)疑問，不是防止電容器過流，要限制電容器諧波涌入嗎，怎么又允許某次1.35期工作，可充分挖掘這局部潛力，讓它兼有一點(diǎn)濾波的作用。另外，電抗器與電容器要合理搭配，不得使電抗器與電容器發(fā)生串聯(lián)諧波，使之回路電流到達(dá)短路電流水平而損壞元件的設(shè)備，也不能使電抗器與電容器串聯(lián)回路呈容性，以便防止回路與系統(tǒng)感抗發(fā)生并聯(lián)諧振而使諧波被放大污染系統(tǒng)。而損壞元件的設(shè)備，也不能使電抗器與電容器串聯(lián)回路呈容性，以便防止回路與系統(tǒng)感抗發(fā)生并聯(lián)諧振而使諧波被放大污染系統(tǒng)。四、串聯(lián)電抗器的正確選擇四、串聯(lián)電抗器的正確選擇〔這對建單位是不現(xiàn)實(shí)的〕或依據(jù)電網(wǎng)構(gòu)造，用電設(shè)備狀況，推測電網(wǎng)諧波狀況，然后再打算電抗器的參數(shù)。電抗器選擇原則是，假設(shè)想兼有濾除某次諧波作用，應(yīng)使電抗與電容接近串聯(lián)諧振，而到達(dá)諧振的條件是電nXL=Xc/n,XL=Xc/n2式中，n，XL·Xc電抗。1.K1.K0.1%-1%。這樣，電抗體102.假設(shè)電網(wǎng)33的原則是，即使電容電抗接近諧振，但不能到達(dá)諧振。33XL=Xc/3,XL=Xc/9=0.111Xc5XL=Xc/25=0.04Xc7XL=Xc/49=0.0204Xc9XL=Xc/81=0.012Xc11XL=Xc/121=0.0083Xc上述各式中，XLXc〔工頻〕狀況下，電抗器及電容器的阻抗。滿足上述條件是電抗與電容發(fā)生諧振的條件，選用時(shí)以不得發(fā)生諧振為前提，但不使諧波被放大，應(yīng)使回路呈感性?，F(xiàn)引入一個(gè)參數(shù)，即電抗率K，它是串聯(lián)回路的電抗器的電抗與電容器的容抗之比的百分?jǐn)?shù)，即K=XL/XC%由此可見，發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，分別對35791111.1%，4%，2.04%，1.20.83%。但選擇電抗器電抗率時(shí)，不但要接近諧振頻率，還要使回路呈感性。這樣一來，假設(shè)電網(wǎng)3但選擇電抗器電抗率時(shí)，不但要接近諧振頻率，還要使回路呈感性。這樣一來，假設(shè)電網(wǎng)3次諧波K5K53至于電抗器的容量，它等于所串電容器容量乘以電抗率，即QL=KQC。一般說來，只要給出所接電容器容量及額定電壓，及要求的電抗器電抗率。至于電抗器額定絕緣電壓、容量及額定電流等參數(shù)，由電抗器制造廠自行合理地解決了，不必要求用戶供給其它要求參數(shù)。五、串入電抗器后，電容器端電壓及補(bǔ)償容量的變化五、串入電抗器后，電容器端電壓及補(bǔ)償容量的變化由于系統(tǒng)電壓不變，而電抗器壓降又與電容器上壓降剛好相位相反，這樣必定造成電容器端電壓由于系統(tǒng)電壓不變，而電抗器壓降又與電容器上壓降剛好相位相反，這樣必定造成電容器端電壓上升。由于電抗率是電抗器電抗值與電容器容抗值之比的百分?jǐn)?shù)，電抗器上的壓降必定為電容器上的壓降乘以電抗率了。Uc-UL=UN(Uc,UL,UNUc-kUc=UNUc(1-k)=UNUc=UN/(1-k)由此可見，串電抗后，電容器電壓上升非1+k1/〔1-k〕，這樣，串入電抗后，電容器端電壓上升，其上升倍數(shù)如表所示。K倍數(shù)

0.1%1%4.5%5% 6% 7% 12% 13%1.0011.011.0471.05261.06381.0751.1361.149由于電抗器吸取電容器所產(chǎn)生的無功補(bǔ)償功率，造成電容器向電網(wǎng)無功補(bǔ)償力量減弱。由于串電由于電抗器吸取電容器所產(chǎn)生的無功補(bǔ)償功率，造成電容器向電網(wǎng)無功補(bǔ)償力量減弱。由于串電抗造成電容器端電壓上升，必需承受適合此電壓的電容器，即選用較高電壓等級的電容器。這樣組合下來，實(shí)際電壓又不肯定正好與所選電容器額定電壓一級，一般都小于電容器額定電壓。由于電容器在小于額定電壓下運(yùn)行，實(shí)際補(bǔ)償容量又低于電容器銘牌所標(biāo)容量，真是一環(huán)扣一環(huán)，是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程了。為說明上述問題，現(xiàn)舉例如下：UN=400v30KvarK=7%，求：電容器運(yùn)行時(shí)實(shí)際電壓，如何選擇電容器額定電壓及實(shí)際補(bǔ)償容量。計(jì)算步驟為：1)1)Uc=UN/(1-k)=400/(1-7%)=430v480v〔440v，450v〕，電抗器實(shí)際壓UL=430v-400v=30v，或UL=kUc=7%*430=30v。2)2)480v430v，實(shí)際生產(chǎn)的無功功率為額定無功的〔430/480〕2=0.8025倍。自身發(fā)出的無功Q=30*0.8025=24.075〔Kvar〕3)7%4)0.8025*〔1-7%〕=0.746330*0.7463=22.39〔Kvar〕5)電容器串入電抗器后實(shí)際電流如上述的例子，30Kvar如上述的例子，30Kvar480vIN=30/(*0.48)=36.1A.實(shí)際運(yùn)行時(shí)，承受電壓為430v。實(shí)際電流為I=IN*(430/480)=36.1*(430/480)=32.3AI=Q/(*0.43)=24.075/(*0.43)=32.3A32.3A32.3A400V，電容30Kvar400V30KvarI=30/(*0.4)=43.3A.其它不再過問，即電氣成套廠更加隨便，為節(jié)約投資，電抗率選用電抗率寧低勿高，之和，這樣一樣來和實(shí)際狀況差異太遠(yuǎn)了。六、嚴(yán)防補(bǔ)償電容器對諧波放大六、嚴(yán)防補(bǔ)償電容器對諧波放大接入母線的無功補(bǔ)償用電容器，電容電抗系統(tǒng)能與電力系統(tǒng)組成并聯(lián)諧振回路。假設(shè)某次諧波電流頻率，電容電抗會(huì)流過很大的諧振電流，可達(dá)原有電網(wǎng)諧波電流數(shù)十倍，電容器端電壓也產(chǎn)生很高過電壓，此種狀況稱為諧波放大。當(dāng)系統(tǒng)存在諧波時(shí)，并聯(lián)補(bǔ)償用電容器支路串入電抗器，而系統(tǒng)假設(shè)無視電阻，則安全呈感性，可當(dāng)系統(tǒng)存在諧波時(shí)，并聯(lián)補(bǔ)償用電容器支路串入電抗器，而系統(tǒng)假設(shè)無視電阻，則安全呈感性，可用等效電感表示。等效電路圖見圖一。圖一.等效阻抗圖得Ins=In*〔jωL1+1/jωc〕/(jωL1+1/jωc+jωL2)Ins=In*〔jωL1+1/jωc〕/(jωL1+1/jωc+jωL2)=In/﹛1-[ωL2/﹙1/ωc-ωL1﹚]﹜ωL2/(1/ωc-ωL1)=1，Ins→