串联电抗器电抗率的选择

1.前言

电力电容器和与之配套的串联电抗器在电力系统中的无功补偿、降低线损以及限制合闸涌流与高次谐波方面的作用已被国内外运行实践所证实。由于电抗器高次谐波电流含量与电网谐波源状况、阻抗参数和电容器装置回路阻抗参数有关，因此在实际应用中电抗率的取值是不同的。这就要求我们在设计中要有针对性。以免出现不必要的问题。

2.合闸涌流

合闸涌流问题之所以引人注意，是因为它对电力系统和用户产生多方面的不利影响。有时会造成设备损坏和系统事故。

电容器投运合闸时产生的合闸涌流一般分两种情况：种是单组电容器的合闸涌流，此种合闸涌流一般都小于开关设备允许的*大合闸涌流，故一般不采取限制涌流措施；**种是已有一组或多组电容器在运行，再投入另一组时的合闸涌流。实践证明，此合闸涌流可以达到电容器组的额定电流的20～250倍。其放电电流值为：

I＝√U／XLXC＝√QC／XL（1）

式中：XC－电容器的容抗；

XL－电路的感抗；

QC－电容器的无功功率；

由式（1）可知，在电容器回路中装设串联电抗器，增大电路的感抗，I将减小。如串联电抗器选择恰当，便可将涌流限制在允许的范围之内。

3.高次谐波及电抗率的选择

在电力系统中，电气设备所产生的高次谐波电流将引起系统中电压波形的畸变，是对电网的一大公害，它将严重影响电容器组的正常运行。由此也必须采取加装串联电抗器的办法对高次谐波加以抑制。众所周之，传入电抗器后，对基波来讲不会有大的影响，但对谐波来说却有较大的影响。这些非正弦波形可以用数学分析的方法分解成工频的基波和各种倍数频率的谐波。但对电容器来讲，一般不存在偶次倍数的谐波。因此主要考虑3、5、7、9、11、13等次谐波的影响。在这些高谐波中以5次谐波*显著。如某系统电压波形包括基波和5次谐波（其它高次谐波占的比例很小）。基波电压与额定电压相等，而5次谐波电压值为额定电压的26.45％。在这种情况下经过计算可得出电容器组3.4％，过电流65.6％，电容器的无功出力过负荷35％。

由上可知，高次谐波严重影响电容器组的正常运行，因此必须采取相应的措施以降低谐波分量，抑制母线电压的畸变，减小谐波过电流。

图1为电容器串联电抗器的单相等值电路图。图1

图中：EN为N次谐波源电动势；XB、XL分别为变压器、电抗器的等值感抗；XC为电容器组的等值容抗；N为谐波次数；IN为N次谐波总电流。

显然，IN＝EN／NXB＋（NXL－XC／N）（2）

对于图1电路来说，起主要作用的是3、5、7、11等次谐波。在式（2）中，若使NXL－XC／N＝0，

则当N＝3时，XL＝0.11XC

则当N＝5时，XL＝0.04XC

则当N＝5时，XL＝0.02XC

从式（2）可以看出，当NXL－XC／N》0即电容器组回路呈感性时，可使谐波电流减小，因此抑制谐波电流的电抗值应满足NXL－XC／N》0的条件，又考虑到电抗值应有一定余量，工程上常取可靠系数为1.5，因此串联电抗器的电抗值应按下式选取：

XL＝AXC（3）

如限制5次谐波电流，则应取：

XL＝1.5（0.04XC）＝0.06XC

则：XL／XC＝0.06

式中0.06为限制5次谐波电流时，电抗器工频额定电抗XL与电容器工频额定容抗XC的比值，称为电抗率，用字母K表示。

即：K＝XL／XC（4）

在5次谐波时，由式（4）可知，电抗率K＝6％时，才能补偿支路的5次以上谐波电抗呈感性，才能有效地抑制高次谐波，并将合闸涌流限制在5倍额定电流左右。

额定电抗率

XL＝0.1％～1％×C—不考虑谐波影响，仅需抑制合闸涌流XL＝4.5％～6％×C—限制5次以上高次谐波的影响XL＝12％～13％×C—限制3次以上高次谐波的影响

额定频率：用于50HZ和60HZ电力系统中

4.结束语

随着电力工业的迅速发展，为节约能源，改善供电品质，提高无功补偿水平。在电容器组中采用串联电抗器是一种行之有效的好办法，但要注意现场应用条件，按现场条件与要求进行设计才能达到预期的效果。若主要是为限制谐波，其电抗率宜按6％来选择串联电抗器；若主要是为限制涌流和短路电流其电抗率宜选0.2％～1％的空心式电抗率，才能式涌流和谐波得到较好的抑制。