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串联电抗器抑制谐波的作用及电抗率的选择
更新时间:2020-02-07 发布:www.jsjgzazhi.com

摘要:串联电抗器是高压并联电容器装配的重要组成部门,其主要作用是抑制谐波和限制涌流,是以,在并联电容器的回路中串联电抗器长短常需要的。电抗率是串联电抗器的重要参数,电抗率的年夜小直接影响着它的作用。文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析,并提出电抗率的选择方式。
关头词:串联电抗器谐波抑制电抗率选择
  1前言  随着电力电子技术的普遍运用与成长,供电系统中增加了年夜量的非线性负载,如低压小容量家用电器和高压年夜容量的工业用交、直流变换装配,出格是静止变流器的采用,由于它是以开关方式工作的,会引发电网电流、电压波形发生畸变,从而引发电网的谐波“污染”。发生电网谐波“污染”的另外一个重要缘由是电网接有冲击性、波动性负荷,如电弧炉、年夜型轧钢机、电力机车等,它们在运行中不仅会发生年夜量的高次谐波,而且会使电压波动、闪变、三相不服衡日益严重。这不仅会致使供用电装备自己的平安性下降,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。在地域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、接纳响应的电能质量改善措施显得非分特别重要。  在并联电容器装配接进母线处的谐波“污染”暂未获得基本整治之前,若是不接纳需要的措施,将会发生一定的谐波放年夜。在并联电容器的回路中串联电抗器长短常有用和可行的方式。串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流[1],避免谐波对电容器造成风险,避免电容器装配的接进对电网谐波的过度放年夜和谐振发生。可是串联电抗器尽不能与电容器组肆意组合,更不能不斟酌电容器组接进母线处的谐波布景。文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析,并提出电抗率的选择方式。  2电抗器选择不妥的后果  2.1基本情况介绍  某110kV变电所新装两组容量2400kvar的电容器组,由生产厂家提供成套无功抵偿装配,其中设置装备摆设了电抗率为6的串联电抗器,容量为144kvar。电容器组投进运行以后,经过实测发现,该110kV变电所的10kV母线的电压总畸变率到达4.33,跨越公用电网谐波电压(相电压)4的限值[2],其中3次谐波的畸变率到达3.77,跨越公用电网谐波电压(相电压)3.2的限值[2]。  经过仔细领会和分析,发现该110kV变电所的10kV系统存在年夜量的非线性负载。即使在电容器组不投进运行的情况下,10kV母线的电压总畸变率也高达4.01,其中3次谐波的畸变率高达3.48。在如斯谐波布景下,2400kvar电容器组设置装备摆设电抗率为6的串联电抗器是否适合?现计较分析以下。  2.2电抗率的选择分析  (1)电容器装配侧有谐波源时的电路模子及参数  在统一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时(略往电阻),并联电容器装配的简化模子如图1所示[3]。    谐波电流和并联谐波阻抗为    式中n为谐波次数;n为谐波源的第n次谐波电流;XS为系统等值基波短路电抗;XC为电容器组基波容抗;XL为串联电抗器基波电抗。  由于谐波源为电流源,谐波电压放年夜率与谐波电流放年夜率相等,故由式⑴整理推导可得谐波电压放年夜率    当式(2)谐波阻抗的份子的数值等于零时,即从谐波源看进的阻抗为零,暗示电容器装配与电网在第n次谐波发生串联谐振,可得电容支路的串联谐振点    当式(2)谐波阻抗的分母的数值等于零时,即从谐波源看进的阻抗为∞,暗示电容器装配与电网在第n次谐波发生并联谐振,并可推导出电容器装配的谐振容量QCX[4]为    系统及元件的参数如表1所示。    (2)避免谐振分析  计较电抗率选择6时,发生3次、5次谐波谐振的电容器容量,将有关参数代进式(5),得3次、5次谐波谐振电容器容量划分为    因而可知,2400kvar的电容器组设置装备摆设电抗率为6的串联电抗器不会发生3次、5次谐波并联谐振或接近于谐振。  (3)限制涌流分析  计较电抗率选择6后,统一电抗率的电容器单组或追加投进时,能否有用抑制涌流,文献[4]中所提供的    涌流峰值的标幺值(以投进的电容器组额定电流的峰值为基准值);Q为电容器组的总容量,Mvar;Q0为正在投进的电容器组的总容量,Mvar;Q¢为所有原来已运行的电容器组的总容量,Mvar;b为电源影响系数。  已知两套电容器装配均为单组投切    因而可知,2400kvar的电容器组设置装备摆设电抗率为6的串联电抗器,另外一组电抗率为6的电容器单组或追加投进时,涌流能够获得有用限制。  (4)谐波电压放年夜率分析  计较电抗率选择6时,将有关参数代进式(3),经过计较,电容器组对1~7次谐波电压放年夜率FVN成效如表2所示。    由计较成效可以看出,选择6的串联电抗器对3次谐波电压放年夜率FVN为1.21,对5次谐波电压放年夜率FVN为0.69。经过与现场谐波实测数据比力发现:3次谐波电压放年夜率FVN与以上理论计较值基本一致,但5次谐波电压放年夜率FVN的误差较年夜。文献[5]认为:简化的电路模子对于3次谐波电压放年夜率FVN的计较有工程价值,但对5次谐波电压放年夜率FVN的计较无工程价值。2400kvar的电容器组设置装备摆设电抗率为6的串联电抗器,发生了3次谐波放年夜,且跨越公用电网谐波电压(相电压)3.2的限值[2]。是以可以判断在如斯谐波布景下,2400kvar的电容器组设置装备摆设电抗率为6的串联电抗器是不恰当的。  (5)电抗率的合理选择  要做到合理地选择电抗率必需领会该电容器接进母线处的布景谐波,凭据实测成效有的放矢。并联电容器的串联电抗器,IEC尺度依照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限制并联电容器组的合闸涌流,其电抗率可选择得比力小,通常是0.1~1;调谐电抗器的作用是抑制谐波。当电网中存在的谐波不成轻忽时,则应斟酌使用调谐电抗器,其电抗率可选择得比力年夜,用以调理并联电路的参数,使电容支路对于各次有威胁性谐波的最低次谐波阻抗成为感性,据式(4)可得K值    即对于谐波次数最低为5次的,K>4;对于谐波次数最低为3次的,K>11.1。  若是该变电所的2400kvar电容器组的电抗率划分依照0.1、1、4.5、12设置装备摆设,试将有关参数代进式(3),经过计较,1~7次谐波电压放年夜率FVN的成效如表3所示。    由计较成效可以看出,选择12的串联电抗器对3次谐波电压放年夜率FVN仅为0.50。是以电抗率依照12设置装备摆设是值得进一步验算的。  经过进一步验算(谐振分析、限制涌流分析因篇幅所限略),选择12的串联电抗器不会发生3次、5次谐波并联谐振或接近于谐振,同时另外一组电抗率为12的电容器单组或追加投进时,涌流能够获得有用限制。  (6)电抗率选择的进一步分析  值得一提的是我国的电网普遍存在3次谐波,故分歧电抗率所对应的3次谐波谐振电容器容量QCX3应当引发足够的重视。  由式(5)计较可得,划分选择4.5、6和12的串联电抗器后,3次谐波谐振电容器容量划分为    即当串联电抗率选4.5,电容器的容量到达或接近电容器装配接进母线的短路容量的6.6时,就会发生3次谐波并联谐振或接近于谐振;当串联电抗率选6,电容器的容量到达或接近电容器装配接进母线的短路容量的5.1时,也会发生3次谐波并联谐振或接近于谐振;当串联电抗率选12,一般不会发生3次谐波并联谐振。  一般情况下,110kV变电所装设的电容器的容量较小(0.05Sd~0.06Sd),不会发生3次谐波并联谐振或接近于谐振,但会引发3次谐波的放年夜;而220kV变电所装设的电容器的容量较年夜,完全有可能发生3次谐波并联谐振或接近于谐振,是以务必引发设计人员的高度重视。  3串联电抗器的选择  3.1串联电抗器额定端电压  串联电抗器的额定端电压与串联电抗率、电容器的额定电压有关。该额定端电压等于电容器的额定电压乘以电抗率(一相中仅一个串联段时),10kV串联电抗器的额定端电压的选择见表4。    3.2串联电抗器额定容量  串联电抗器额定容量等于电容器的额定容量乘以电抗率(单相和三相都可按此简洁计较)。因而可知,串联电抗器额定端电压、额定容量均与电容器的额定电压、额定容量及电抗率有关。电容器的额定电压、额定容量本文不作具体分析,下面着重分析串联电抗率的选择。  3.3电抗率选择的一般原则  (1)电容器装配接进处的布景谐波为3次  凭据文献[4],当接进电网处的布景谐波为3次及以上时,通常是12;也可采用4.5~6与12两种电抗率。设计规范说的较含糊,现实较难执行。笔者认为,上述情况应区分看待:  1)3次谐波含量较小,可选择0.1~1的串联电抗器,但应验算电容器装配投进后3次谐波放年夜是否跨越或接近国标限值,而且有一定的裕度。  2)3次谐波含量较年夜,已跨越或接近国标限值,选择12或12与4.5~6的串联电抗器夹杂装设。  (2)电容器装配接进处的布景谐波为3次、5次  1)3次谐波含量很小,5次谐波含量较年夜(包括已跨越或接近国标限值),选择4.5~6的串联电抗器,忌用0.1~1的串联电抗器。  2)3次谐波含量略年夜,5次谐波含量较小,选择0.1~1的串联电抗器,但应验算电容器装配投进后3次谐波放年夜是否跨越或接近国标限值,而且有一定的裕度。  3)3次谐波含量较年夜,已跨越或接近国标限值,选择12或12与4.5~6的串联电抗器夹杂装设。  (3)电容器装配接进处的布景谐波为5次及以上  1)5次谐波含量较小,应选择4.5~6的串联电抗器。  2)5次谐波含量较年夜,应选择4.5的串联电抗器。  (4)对于采用0.1~1的串联电抗器,要避免对5次、7次谐波的严重放年夜或谐振;对于采用4.5~6的串联电抗器,要避免对3次谐波的严重放年夜或谐振。  4几点建议  (1)新建变电所的电容器装配中串联电抗器的选择必需慎重,不能与电容器肆意组合,更不能不斟酌电容器装配接进处的谐波布景。  (2)对于已投运的电容器装配,其串联电抗器选择是否合理需进一步验算,并组织现场实测,领会电网谐波布景的变化。对于电抗率选择合理的电容器装配不得随意增年夜或减小电容器组的容量;对于电抗率选择不合理的电容器装配必需更换匹配的串联电抗器。  (3)电能质量的综合治理是系统工程,在并联电容器回路中串联电抗器仅是抑制谐波的治标之举,要真正做到标本兼治必需遵循谁污染谁治理、多层治理分级协调的原则。  参考文献  [1]潘艳,刘连光,胡国新(PanYan,LiuLianguang,HuGuoxin).抵偿电容器串联电抗对无源LC滤波器性能的影响(Affectionofcompensatingcapacitorbankinserieswithreactoronperformanceofpassivefilterconsistingofinductanceandcapacitance)[J].电网技术(PowerSystemTechnology),2001,25(7):56-59,71.  [2]GB/T14549-93,电能质量公用电网谐波[S].  [3]吕润馀.电能质量技术丛书第三分册—电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出书社,1998.  [4]GB50227-95,并联电容器装配设计规范[S].  [5]杨昌兴(YangChangxing).并联电容器装配的谐波响应及抑制对策(Harmonicrespon搜索引擎优化fshuntcapacitordevicesanditsrestrictedcountermeasures)[J].浙江电力(ZhejiangElectricPower),1994,(1):22-30.

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