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串聯電抗器抑制諧波的作用及電抗率的選擇
更新时间:2020-02-07 发布:www.1024sj.com

摘要:串聯電抗器是高壓並聯電容器裝配的重要組成部門,其主要作用是抑制諧波和限制湧流,是以,在並聯電容器的回路中串聯電抗器長短常需要的。電抗率是串聯電抗器的重要參數,電抗率的年夜小直接影響著它的作用。文章著重就串聯電抗器抑制諧波的作用展開分析,並提出電抗率的選擇方式。
關頭詞:串聯電抗器諧波抑制電抗率選擇
  1前言  隨著電力電子技術的普遍運用與成長,供電系統中增加了年夜量的非線性負載,如低壓小容量家用電器和高壓年夜容量的工業用交、直流變換裝配,出格是靜止變流器的采用,由于它是以開關方式工作的,會引發電網電流、電壓波形發生畸變,從而引發電網的諧波“汙染”。發生電網諧波“汙染”的另外一個重要緣由是電網接有沖擊性、波動性負荷,如電弧爐、年夜型軋鋼機、電力機車等,它們在運行中不僅會發生年夜量的高次諧波,而且會使電壓波動、閃變、三相不服衡日益嚴重。這不僅會致使供用電裝備自己的平安性下降,而且會嚴重削弱和幹擾電網的經濟運行,形成了對電網的“公害”。  電能質量的綜合治理應遵循誰汙染誰治理,多層治理、分級協調的原則。在地域的配電和變電系統中,選擇主要電能質量汙染源和對電能質量敏感的負荷中心設立電能質量控制樞紐點,在這些點進行在線電能質量監測、接納響應的電能質量改善措施顯得非分特別重要。  在並聯電容器裝配接進母線處的諧波“汙染”暫未獲得基本整治之前,若是不接納需要的措施,將會發生一定的諧波放年夜。在並聯電容器的回路中串聯電抗器長短常有用和可行的方式。串聯電抗器的主要作用是抑制高次諧波和限制合閘湧流[1],避免諧波對電容器造成風險,避免電容器裝配的接進對電網諧波的過度放年夜和諧振發生。可是串聯電抗器盡不能與電容器組肆意組合,更不能不斟酌電容器組接進母線處的諧波布景。文章著重就串聯電抗器抑制諧波的作用展開分析,並提出電抗率的選擇方式。  2電抗器選擇不妥的後果  2.1基本情況介紹  某110kV變電所新裝兩組容量2400kvar的電容器組,由生産廠家提供成套無功抵償裝配,其中設置裝備擺設了電抗率爲6的串聯電抗器,容量爲144kvar。電容器組投進運行以後,經過實測發現,該110kV變電所的10kV母線的電壓總畸變率到達4.33,跨越公用電網諧波電壓(相電壓)4的限值[2],其中3次諧波的畸變率到達3.77,跨越公用電網諧波電壓(相電壓)3.2的限值[2]。  經過仔細領會和分析,發現該110kV變電所的10kV系統存在年夜量的非線性負載。即使在電容器組不投進運行的情況下,10kV母線的電壓總畸變率也高達4.01,其中3次諧波的畸變率高達3.48。在如斯諧波布景下,2400kvar電容器組設置裝備擺設電抗率爲6的串聯電抗器是否適合?現計較分析以下。  2.2電抗率的選擇分析  (1)電容器裝配側有諧波源時的電路模子及參數  在統一條母線上有非線性負荷形成的諧波電流源時(略往電阻),並聯電容器裝配的簡化模子如圖1所示[3]。    諧波電流和並聯諧波阻抗爲    式中n爲諧波次數;n爲諧波源的第n次諧波電流;XS爲系統等值基波短路電抗;XC爲電容器組基波容抗;XL爲串聯電抗器基波電抗。  由于諧波源爲電流源,諧波電壓放年夜率與諧波電流放年夜率相等,故由式⑴整理推導可得諧波電壓放年夜率    當式(2)諧波阻抗的份子的數值等于零時,即從諧波源看進的阻抗爲零,暗示電容器裝配與電網在第n次諧波發生串聯諧振,可得電容支路的串聯諧振點    當式(2)諧波阻抗的分母的數值等于零時,即從諧波源看進的阻抗爲∞,暗示電容器裝配與電網在第n次諧波發生並聯諧振,並可推導出電容器裝配的諧振容量QCX[4]爲    系統及元件的參數如表1所示。    (2)避免諧振分析  計較電抗率選擇6時,發生3次、5次諧波諧振的電容器容量,將有關參數代進式(5),得3次、5次諧波諧振電容器容量劃分爲    因而可知,2400kvar的電容器組設置裝備擺設電抗率爲6的串聯電抗器不會發生3次、5次諧波並聯諧振或接近于諧振。  (3)限制湧流分析  計較電抗率選擇6後,統一電抗率的電容器單組或追加投進時,能否有用抑制湧流,文獻[4]中所提供的    湧流峰值的標幺值(以投進的電容器組額定電流的峰值爲基准值);Q爲電容器組的總容量,Mvar;Q0爲正在投進的電容器組的總容量,Mvar;Q¢爲所有原來已運行的電容器組的總容量,Mvar;b爲電源影響系數。  已知兩套電容器裝配均爲單組投切    因而可知,2400kvar的電容器組設置裝備擺設電抗率爲6的串聯電抗器,另外一組電抗率爲6的電容器單組或追加投進時,湧流能夠獲得有用限制。  (4)諧波電壓放年夜率分析  計較電抗率選擇6時,將有關參數代進式(3),經過計較,電容器組對1~7次諧波電壓放年夜率FVN成效如表2所示。    由計較成效可以看出,選擇6的串聯電抗器對3次諧波電壓放年夜率FVN爲1.21,對5次諧波電壓放年夜率FVN爲0.69。經過與現場諧波實測數據比力發現:3次諧波電壓放年夜率FVN與以上理論計較值基本一致,但5次諧波電壓放年夜率FVN的誤差較年夜。文獻[5]認爲:簡化的電路模子對于3次諧波電壓放年夜率FVN的計較有工程價值,但對5次諧波電壓放年夜率FVN的計較無工程價值。2400kvar的電容器組設置裝備擺設電抗率爲6的串聯電抗器,發生了3次諧波放年夜,且跨越公用電網諧波電壓(相電壓)3.2的限值[2]。是以可以判斷在如斯諧波布景下,2400kvar的電容器組設置裝備擺設電抗率爲6的串聯電抗器是不恰當的。  (5)電抗率的合理選擇  要做到合理地選擇電抗率必需領會該電容器接進母線處的布景諧波,憑據實測成效有的放矢。並聯電容器的串聯電抗器,IEC尺度依照其作用分爲阻尼電抗器和調諧電抗器。阻尼電抗器的作用是限制並聯電容器組的合閘湧流,其電抗率可選擇得比力小,通常是0.1~1;調諧電抗器的作用是抑制諧波。當電網中存在的諧波不成輕忽時,則應斟酌使用調諧電抗器,其電抗率可選擇得比力年夜,用以調理並聯電路的參數,使電容支路對于各次有威脅性諧波的最低次諧波阻抗成爲感性,據式(4)可得K值    即對于諧波次數最低爲5次的,K>4;對于諧波次數最低爲3次的,K>11.1。  若是該變電所的2400kvar電容器組的電抗率劃分依照0.1、1、4.5、12設置裝備擺設,試將有關參數代進式(3),經過計較,1~7次諧波電壓放年夜率FVN的成效如表3所示。    由計較成效可以看出,選擇12的串聯電抗器對3次諧波電壓放年夜率FVN僅爲0.50。是以電抗率依照12設置裝備擺設是值得進一步驗算的。  經過進一步驗算(諧振分析、限制湧流分析因篇幅所限略),選擇12的串聯電抗器不會發生3次、5次諧波並聯諧振或接近于諧振,同時另外一組電抗率爲12的電容器單組或追加投進時,湧流能夠獲得有用限制。  (6)電抗率選擇的進一步分析  值得一提的是我國的電網普遍存在3次諧波,故分歧電抗率所對應的3次諧波諧振電容器容量QCX3應當引發足夠的重視。  由式(5)計較可得,劃分選擇4.5、6和12的串聯電抗器後,3次諧波諧振電容器容量劃分爲    即當串聯電抗率選4.5,電容器的容量到達或接近電容器裝配接進母線的短路容量的6.6時,就會發生3次諧波並聯諧振或接近于諧振;當串聯電抗率選6,電容器的容量到達或接近電容器裝配接進母線的短路容量的5.1時,也會發生3次諧波並聯諧振或接近于諧振;當串聯電抗率選12,一般不會發生3次諧波並聯諧振。  一般情況下,110kV變電所裝設的電容器的容量較小(0.05Sd~0.06Sd),不會發生3次諧波並聯諧振或接近于諧振,但會引發3次諧波的放年夜;而220kV變電所裝設的電容器的容量較年夜,完全有可能發生3次諧波並聯諧振或接近于諧振,是以務必引發設計人員的高度重視。  3串聯電抗器的選擇  3.1串聯電抗器額定端電壓  串聯電抗器的額定端電壓與串聯電抗率、電容器的額定電壓有關。該額定端電壓等于電容器的額定電壓乘以電抗率(一相中僅一個串聯段時),10kV串聯電抗器的額定端電壓的選擇見表4。    3.2串聯電抗器額定容量  串聯電抗器額定容量等于電容器的額定容量乘以電抗率(單相和三相都可按此簡潔計較)。因而可知,串聯電抗器額定端電壓、額定容量均與電容器的額定電壓、額定容量及電抗率有關。電容器的額定電壓、額定容量本文不作具體分析,下面著重分析串聯電抗率的選擇。  3.3電抗率選擇的一般原則  (1)電容器裝配接進處的布景諧波爲3次  憑據文獻[4],當接進電網處的布景諧波爲3次及以上時,通常是12;也可采用4.5~6與12兩種電抗率。設計規範說的較含糊,現實較難執行。筆者認爲,上述情況應區分看待:  1)3次諧波含量較小,可選擇0.1~1的串聯電抗器,但應驗算電容器裝配投進後3次諧波放年夜是否跨越或接近國標限值,而且有一定的裕度。  2)3次諧波含量較年夜,已跨越或接近國標限值,選擇12或12與4.5~6的串聯電抗器夾雜裝設。  (2)電容器裝配接進處的布景諧波爲3次、5次  1)3次諧波含量很小,5次諧波含量較年夜(包括已跨越或接近國標限值),選擇4.5~6的串聯電抗器,忌用0.1~1的串聯電抗器。  2)3次諧波含量略年夜,5次諧波含量較小,選擇0.1~1的串聯電抗器,但應驗算電容器裝配投進後3次諧波放年夜是否跨越或接近國標限值,而且有一定的裕度。  3)3次諧波含量較年夜,已跨越或接近國標限值,選擇12或12與4.5~6的串聯電抗器夾雜裝設。  (3)電容器裝配接進處的布景諧波爲5次及以上  1)5次諧波含量較小,應選擇4.5~6的串聯電抗器。  2)5次諧波含量較年夜,應選擇4.5的串聯電抗器。  (4)對于采用0.1~1的串聯電抗器,要避免對5次、7次諧波的嚴重放年夜或諧振;對于采用4.5~6的串聯電抗器,要避免對3次諧波的嚴重放年夜或諧振。  4幾點建議  (1)新建變電所的電容器裝配中串聯電抗器的選擇必需慎重,不能與電容器肆意組合,更不能不斟酌電容器裝配接進處的諧波布景。  (2)對于已投運的電容器裝配,其串聯電抗器選擇是否合理需進一步驗算,並組織現場實測,領會電網諧波布景的變化。對于電抗率選擇合理的電容器裝配不得隨意增年夜或減小電容器組的容量;對于電抗率選擇不合理的電容器裝配必需更換匹配的串聯電抗器。  (3)電能質量的綜合治理是系統工程,在並聯電容器回路中串聯電抗器僅是抑制諧波的治標之舉,要真正做到標本兼治必需遵循誰汙染誰治理、多層治理分級協調的原則。  參考文獻  [1]潘豔,劉連光,胡國新(PanYan,LiuLianguang,HuGuoxin).抵償電容器串聯電抗對無源LC濾波器性能的影響(Affectionofcompensatingcapacitorbankinserieswithreactoronperformanceofpassivefilterconsistingofinductanceandcapacitance)[J].電網技術(PowerSystemTechnology),2001,25(7):56-59,71.  [2]GB/T14549-93,電能質量公用電網諧波[S].  [3]呂潤馀.電能質量技術叢書第三分冊—電力系統高次諧波[M].北京:中國電力出書社,1998.  [4]GB50227-95,並聯電容器裝配設計規範[S].  [5]楊昌興(YangChangxing).並聯電容器裝配的諧波響應及抑制對策(Harmonicrespon搜索引擎優化fshuntcapacitordevicesanditsrestrictedcountermeasures)[J].浙江電力(ZhejiangElectricPower),1994,(1):22-30.

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