串联电抗器的作用及选择

串联电抗器的作用及选择 作者:佚名 来源:中国电抗器网 点击数: 更新时间:2008-3-13 1 前言 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[1]，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。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法。 2 电抗器选择不当的后果 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补偿装置，其中配置了电抗率为6%的串联电抗器，容量为144kvar。电容器组投入运行之后，经过实测发现，该110kV变电所的10kV母线的电压总畸变率达到4.33%，超过公用电网谐波电压(相电压)4%的限值[2]，其中3次谐波的畸变率达到3.77%，超过公用电网谐波电压(相电压)3.2%的限值[2]。 经过仔细了解和分析，发现该110kV变电所的10kV系统存在大量的非线性负载。即使在电容器组不投入运行的情况下，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%。在如此谐波背景下，2400kvar电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器是否适合,现计算分析如下。 2.2 电抗率的选择分析 (1)电容器装置侧有谐波源时的电路模型及参数 在同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时(略去电阻)，并联电容器装置的简化模型如图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，谐波电压放大率与谐波电流放大率相等，故由式?整理推导可得谐波电压放大率 当式(2)谐波阻抗的分子的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为零，表示电容器装置与电网在第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，即从谐波源看入的阻抗为?，表示电容器装置与电网在第n次谐波发生并联谐振，并可推导出电容器装置的谐振容量QCX [4]为 系统及元件的参数如表1所示。 (2)避免谐振分析 计算电抗率选择6%时，发生3次、5次谐波谐振的电容器容量，将有关参数代入式(5)，得3次、5次谐波谐振电容器容量分别为 由此可见， 2400 kvar的电容器组配置电抗率为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 计算电抗率选择6%后，同一电抗率的电容器单组或追加投入时，能否有效抑制涌流，文献[4]中所提供的 涌流峰值的标幺值(以投入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;Q 0为正在投入的电容器组的总容量，Mvar;Q ?为所有原来已经运行的电容器组的总容量，Mvar;b为电源影响系数。 已知两套电容器装置均为单组投切 由此可见，2400 kvar的电容器组配置电抗率为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入时，涌流能够得到有效限制。 (4)谐波电压放大率分析 计算电抗率选择6%时，将有关参数代入式(3)，经过计算，电容器组对1,7次谐波电压放大率FVN 结果如表2所示。 由计算结果可以看出，选择6%的串联电抗器对3次谐波电压放大率FVN为1.21，对5次谐波电压放大率FVN为0.69。经过与现场谐波实测数据比较发现:3次谐波电压放大率FVN与以上理论计算值基本一致，但5次谐波电压放大率FVN的误差较大。文献[5]认为:简化的电路模型对于3次谐波电压放大率FVN的计算有工程价值，但对5次谐波电压放大率FVN的计算无工程价值。2400 kvar的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器，产生了3次谐波放大，且超过公用电网谐波电压(相电压)3.2%的限值[2]。因此可以判断在如此谐波背景下，2400kvar的电容器组配置电抗率为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须了解该电容器接入母线处的背景谐波，根据实测结果对症下药。并联电容器的串联电抗器，IEC 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 按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较小，一般为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可忽视时，则应考虑使用调谐电抗器，其电抗率可选择得比较大，用以调节并联电路的参数，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%。 如果该变电所的2400 kvar电容器组的电抗率分别按照0.1%、1%、4.5%、12%配置，试将有关参数代入式(3)，经过计算，1,7次谐波电压放大率FVN的结果如表3所示。 由计算结果可以看出，选择12%的串联电抗器对3次谐波电压放大率FVN仅为0.50。因此电抗率按照12%配置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 追加投入时，涌流能够得到有效限制。 (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，故不同电抗率所对应的3次谐波谐振电容器容量QCX3应该引起足够的重视。 由式(5)计算可得，分别选择4.5%、6%和12%的串联电抗器后，3次谐波谐振电容器容量分别为 即当串联电抗率选4.5%，电容器的容量达到或接近电容器装置接入母线的短路容量的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%，电容器的容量达到或接近电容器装置接入母线的短路容量的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(0.05S d ,0.06 S d)，不会发生3次谐波并联谐振或接近于谐振，但会引起3次谐波的放大;而220kV变电所装设的电容器的容量较大，完全有可能发生3次谐波并联谐振或接近于谐振，因此务必引起 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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(单相和三相均可按此简便计算)。由此可见，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、额定容量本文不作详细分析，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)电容器装置接入处的背景谐波为3次 根据文献[4]，当接入电网处的背景谐波为3次及以上时，一般为12%;也可采用4.5%,6%与12%两种电抗率。设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 说的较含糊，实际较难执行。笔者认为，上述情况应区别对待: 1)3次谐波含量较小，可选择0.1%,1%的串联电抗器，但应验算电容器装置投入后3次谐波放大是否超过或接近国标限值，并且有一定的裕度。 2)3次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，选择12%或12%与4.5%,6%的串联电抗器混合装设。 (2)电容器装置接入处的背景谐波为3次、5次 1)3次谐波含量很小， 5次谐波含量较大(包括已经超过或接近国标限值)，选择4.5%,6%的串联电抗器，忌用0.1%,1%的串联电抗器。 2)3次谐波含量略大， 5次谐波含量较小，选择0.1%,1%的串联电抗器，但应验算电容器装置投入后3次谐波放大是否超过或接近国标限值，并且有一定的裕度。 3)3次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，选择12%或12%与4.5%,6%的串联电抗器混合装设。 (3)电容器装置接入处的背景谐波为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次谐波含量较大，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，要防止对5次、7次谐波的严重放大或谐振;对于采用4.5%,6%的串联电抗器，要防止对3次谐波的严重放大或谐振。 4 几点建议 (1)新建变电所的电容器装置中串联电抗器的选择必须慎重，不能与电容器任意组合，更不能不考虑电容器装置接入处的谐波背景。 (2)对于已经投运的电容器装置，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，了解电网谐波背景的变化。对于电抗率选择合理的电容器装置不得随意增大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置必须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须遵循谁污染谁治理、多层治理分级协调的原则。 参考文献 [1] 潘艳，刘连光，胡国新(Pan Yan, Liu Lianguang, Hu Guoxin)(补偿电容器串联电抗对无源LC滤波器性能的影响(Affection of compensating capacitor bank in series with reactor on performance of passive filter consisting of inductance and capacitance)[J](电网技术(Power System Technology)，2001，25(7):56-59，71( [2] GB/T 14549-93，电能质量公用电网谐波[S]( [3] 吕润馀(电能质量技术丛 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 第三分册—电力系统高次谐波[M](北京:中国电力出版社，1998( [4] GB 50227-95，并联电容器装置设计规范[S]( [5] 杨昌兴(Yang Changxing)(并联电容器装置的谐波响应及抑制对策(Harmonic response of shunt capacitor devices and its restricted countermeasures)[J](浙江电力(Zhejiang Electric Power)，1994，(1):22-30( 本文转载自『我爱电气网』www.52d7.cn电力电气知识资讯网! 如何选用电抗器? 作者:佚名 来源:本站收集 点击数: 更新时间:2010-12-4 如何选用电抗器? 作者:佚名 来源:本站收集 点击数: 更新时间:2010-12-4 用户对变频器使用电抗器应如何选择,下面从额定交流电流的选择、电压降、电感量的选择、对应额定电流的电感量与电缆长度等方面进行分析。 1， 额定交流电流的选择 额定交流电流是从发热方面设计电抗器的长期工作电流，同时应该考虑足够的高次谐波分量。即输出电抗器实际流过的电流是变频器电机负载的输出电流。 2， 电压降 电压降是指50HZ时，对应实际额定电流时电抗器线圈两端的实际电压降。通常选择电压降在4V~8V左右。 3， 电感量的选择 电抗器的额定电感量也是一个重要的参数～若电感量选择不合适，会直接影响额定电流下的电压降的变化，从而引起故障。而电感量的大小取决于电抗器铁芯的截面积和线圈的匝数与气隙的调整。 输出电抗器电感量的选择是根据在额定频率范围内的电缆长度来确定，然后再根据电动机的实际额定电流来选择相应电感量要求下的铁芯截面积和导线截面积，才能确定实际电压降。 4，对应额定电流的电感量与电缆长度: 电缆长度 额定输出电流 电感量 300米 100A 46μH 200A 23μH 250A 16μH 300A 13μH 600米 100A 92μH 200A 46μH 250A 34μH 300A 27μH 理想的电抗器在额定交流电流及以下，电感量应保持不变，随着电流的增大，而电感量逐渐减小。 当额定电流大于2倍时，电感量减小到额定电感量的0.6倍。 当额定电流大于2.5倍时，电感量减小到额定电感量的0.5倍。 当额定电流大于4倍时，电感量减小到额定电感量的0.35倍 在高压补偿装置中一般都装设有串联电抗器，它的作用主要有两点:一是限制合闸涌流，使其不超过额定电流的20倍;二是抑制供电系统的高次谐波，用来保护电容器。因此电抗器在补偿装置中的作用非常重要。只有科学、合理的选用电抗器才能确保补偿装置的安全运行。 对于电抗器的选用主要有三方面的内容:电抗器的电抗率K值的选取和电抗器结构(空芯、铁芯)以及电抗器的安装位置(电源侧、中性点侧)。 一、 电抗器的电抗率K值的确定: 1、如在系统中谐波含量很少而仅考虑限制合闸涌流时，则选 K=(0.5~1)%即可满足标准要求。但这种电抗器对5次谐波电流放大严重，对3次谐波放大轻微。 2、如在系统中存在的谐波不可忽视时，应查明供电系统的背景谐波含量，然后再合理确定K值。为了达到抑制谐波的目的，电抗率的配置应使用电容器接入处综合谐波阻抗呈感性。 当系统中电网背景谐波为5次及以上时，这时应配置电抗率为(4.5~6)%。电网的一般情况是:5次谐波最大，7次次之，3次较小。因此在工程中，选用K=4.5%~6%的电抗器较多，国际上也通常采用。 配置6%的电抗器抑制5次谐波效果好，但有明显的放大3次谐波作用。它的谐振点(204HZ)远离5次谐波的频率(250HZ)，裕量较大。 配置4.5%的电抗器对3次谐波放大轻微，因此在抑制5次及以上谐波，同时又要兼顾减小对3次谐波的放大，在这种情况下是适宜的。但它的谐振点(235HZ)与5次谐波的频率间距较小。 当系统中背景谐波为3次及以上时，应配置电抗率为12%的电抗器。由于近年来不3次谐波源的电气设备不断增多，使系统中的3次谐波不断的增大，尤其是冶金行业这个现象不能忽视。 总之配置电抗器的原则是:一定要根据系统背景谐波含量来综合考虑而确定。 二、 电抗器的结构选择: 电抗器的结构形式主要有空芯和铁芯两种结构。 铁芯结构的电抗器主要优点是:损耗小，电磁兼容性叫好，体积小。缺点是:有噪音并 在事故电流较大时铁芯饱和失去了限流能力。当干式铁芯且采用氧树脂铸线圈的电抗器，其动、热稳定性均很好，适合装在柜中。油浸式铁芯电抗器虽然体积大些，但噪音较小，散热较好，安装方便，适用于户外使用。 空芯电抗器的主要优点是:线性度好，具有很强的限制短路电流的能力而且噪音小。缺点是:损耗大，体积大。这种电抗器户内，户外都适合，但不适合装在柜中。在户外安装容易解决防止电磁感应问题。最好采用分相布置“品”字形或“一”字形。这样相间拉开了距离，有利于防止相间短路和缩小事故范围。所以这种布置方式为首选。当场地受到限制不能分相布置时，可采用互相叠装式产品。三相叠装式产品的B相线圈绕线制方向为反方向使支柱绝缘承受压力，因此在安装时一定按生产厂家的规定。 三、 电抗器的安装位置: 串联电抗器无论装在电容器的电源侧或中性点侧，从限制合闸涌流和抑制谐波来说，作用都一样。 当把电抗器装在电源侧时，运行条件苛刻。因它承受短路电流的冲击，电抗器对地电压也高(相对于中性点侧)。因此对动、热稳定要求高。根据这些要求，宜采用环氧玻璃纤维包封的空心电抗器比较适合，而铁芯电抗器有铁芯饱和之虑。 当把电抗器装在中性点侧时，对电抗器的要求相对低些，一般不受短路电流的冲击。故动、热稳定没有特殊要求，而且电抗器承受的对地电压低，所以采用空芯，铁芯干式，铁芯油浸式均可以。 电抗器安装在中性点侧比安装在电源侧缺少了电抗器的抗短路电流冲击的能力。 四、 半芯式电抗器 这种电抗器是将铁芯电抗器中的铁芯放在了空芯电抗器的空芯中。它区别于传统的铁芯电抗器是:其铁芯并不包围整个线圈而形成回路。从列表看象是空芯电抗器，但它的外形大大减小，是由于在线圈芯中放置了由高导磁材料做成的芯柱，使线圈中的磁导率大大增加，从而也比空芯电抗器的损耗小。 半芯式电抗器的性能和外形基本介于铁芯和空芯电抗器之间。 上面对电抗器选用的说明仅从技术方面来分析，但在实际中还是要考虑价格因素。因此在选用电抗器时一定要综合比较技术、价格指标，才能达到最佳效果。 本文转载自『我爱电气网』www.52d7.cn电力电气知识资讯网! 电抗器的分类 作者:佚名 来源:输配电设备网 点击数: 更新时间:2008-6-10 依靠线圈的感抗阻碍电流变化的电器叫电抗器.电抗器常用作限流.稳流.降压.补偿.移相等。 按用途分为以下几种: 1.限流电抗器---又叫串连电抗器.补偿电容器组回路中串入电抗器后,能抑制电容器支路的高次谐波,降低操作过电压,限制故障过电流. 2.并联电抗器---一般接于超高压输电线的末端和地之间,起无功补偿作用 3.消弧电抗器---又称消弧线圈.接于3相变压器的中性点与地之间,用以在3相电网的1相接地时供给电感性电流,以补偿流过接地点的电容性电流,消除过电压 4.起动电抗器---与电动机串连,限制其起动电流 5.电炉电抗器---与电炉变压器串连,限制其短路电流 6.滤波电抗器---用于整流电路,以减少电流上纹波的幅值;可与电容器构成对某种频率共振的电路,以消除电力电路某次谐波的电压或电流。 本文转载自『我爱电气网』www.52d7.cn电力电气知识资讯网! 并联电抗器的功能 作者:佚名 来源:输配电设备网 点击数: 更新时间:2008-6-10 1)吸收容性电流，补偿容性无功，使系统达到无功平衡; 2)可削弱电容效应，限制系统的工频电压升高及操作过电压。 其不足之处是容量固定的并联电抗器，当线路传输功率接近自然功率时，会使线路电压过分降低，且造成附加有功损耗，但若将其切除，则线路在某些情况下又可能因失去补偿而产生不能允许的过电压。 改进方法是采用可控电抗器，它借助控制回路直流的励磁改变铁心的饱和度(即工作点)，从而达到平滑调节无功输出的目的。 本文转载自『我爱电气网』www.52d7.cn电力电气知识资讯网! 发电厂、变电所装设并联电抗器的目的是什么, 作者:佚名 来源:输配电设备网 点击数: 更新时间:2008-6-10 并联电抗器的投入量可以看作是并联电容器的切除量。并联电抗器在35kV以上区域变电所或大型企业的变电所内有时装设，用于补偿各级电压上并联电容器过多投入和电缆电容等形成的超前电流，抑制轻负荷时电压过高效果也很好，中小型企业的变电所无此装置。 本文转载自『我爱电气网』www.52d7.cn电力电气知识资讯网! 消弧线圈与电抗器的区别 作者:佚名 来源:输配电设备网 点击数: 更新时间:2008-6-10 消弧线圈又称消弧电抗器或接地故障补偿装置。它是一个带铁芯的线圈，主要作用就是将系统的电容电流加以补偿，使接地点的电容电流补偿到较小的数值，以防止弧光短路。一般都安装在系统中性点上。也 就是避免单相接地时，产生的电弧不能自行熄灭，导致相间短路等故障。 电抗器一般是一个没有导磁材料的空心电感线圈，其一作用就是限制短路电流，尤其是 6~10KV系统;其二就是在超高压长距离输电线路上采用并联电抗器，用以补偿超高压输电 线路的电容和吸收其无功功率，防止电网轻负荷时容性功率过多引起电压升高，还用来补偿 线路的充电无功功率。 本文转载自『我爱电气网』www.52d7.cn电力电气知识资讯网! 串联电抗器及其电抗率的选取 1电抗器选择不当的后果 1.1 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补偿装置，其中配置了电抗率为6%的串联电抗器，容量为144kvar。电容器组投入运行之后，经过实测发现，该110kV变电所的10kV母线的电压总畸变率达到4.33%，超过公用电网谐波电压(相电压)4%的限值[2]，其中3次谐波的畸变率达到3.77%，超过公用电网谐波电压(相电压)3.2%的限值[2]。 经过仔细了解和分析，发现该110kV变电所的10kV系统存在大量的非线性负载。即使在电容器组不投入运行的情况下，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%。在如此谐波背景下，2400kvar电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器是否适合?现计算分析如下。 1.2 电抗率的选择分析 (1)电容器装置侧有谐波源时的电路模型及参数 在同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时(略去电阻)，并联电容器装置的简化模型如图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，谐波电压放大率与谐波电流放大率相等，故由式?整理推导可得谐波电压放大率 当式(2)谐波阻抗的分子的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为零，表示电容器装置与电网在第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，即从谐波源看入的阻抗为?，表示电容器装置与电网在第n次谐波发生并联谐振，并可推导出电容器装置的谐振容量QCX[4]为 系统及元件的参数如表1所示。 (2)避免谐振分析 计算电抗率选择6%时，发生3次、5次谐波谐振的电容器容量，将有关参数代入式(5)，得3次、5次谐波谐振电容器容量分别为 由此可见， 2400 kvar的电容器组配置电抗率为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 计算电抗率选择6%后，同一电抗率的电容器单组或追加投入时，能否有效抑制涌流，文献[4]中所提供的涌流峰值的标幺值(以投入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为正在投入的电容器组的总容量，Mvar;Q,为所有原来已经运行的电容器组的总容量，Mvar;b为电源影响系数。 已知两套电容器装置均为单组投切。 由此可见，2400 kvar的电容器组配置电抗率为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入时，涌流能够得到有效限制。 (4)谐波电压放大率分析 计算电抗率选择6%时，将有关参数代入式(3)，经过计算，电容器组对1,7次谐波电压放大率FVN 结果如表2所示。 由计算结果可以看出，选择6%的串联电抗器对3次谐波电压放大率FVN为1.21，对5次谐波电压放大率FVN为0.69。经过与现场谐波实测数据比较发现:3次谐波电压放大率FVN与以上理论计算值基本一致，但5次谐波电压放大率FVN的误差较大。文献[5]认为:简化的电路模型对于3次谐波电压放大率FVN的计算有工程价值，但对5次谐波电压放大率FVN的计算无工程价值。2400 kvar的电容器组配置电抗率为6%的串联电 抗器，产生了3次谐波放大，且超过公用电网谐波电压(相电压)3.2%的限值[2]。因此可以判断在如此谐波背景下，2400kvar的电容器组配置电抗率为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须了解该电容器接入母线处的背景谐波，根据实测结果对症下药。并联电容器的串联电抗器，IEC标准按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较小，一般为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可忽视时，则应考虑使用调谐电抗器，其电抗率可选择得比较大，用以调节并联电路的参数，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%。 如果该变电所的2400 kvar电容器组的电抗率分别按照0.1%、1%、4.5%、12%配置，试将有关参数代入式(3)，经过计算，1,7次谐波电压放大率FVN的结果如表3所示。 由计算结果可以看出，选择12%的串联电抗器对3次谐波电压放大率FVN仅为0.50。因此电抗率按照12%配置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入时，涌流能够得到有效限制。 (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，故不同电抗率所对应的3次谐波谐振电容器容量QCX3应该引起足够的重视。 由式(5)计算可得，分别选择4.5%、6%和12%的串联电抗器后，3次谐波谐振电容器容量分别为 即当串联电抗率选4.5%，电容器的容量达到或接近电容器装置接入母线的短路容量的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%，电容器的容量达到或接近电容器装置接入母线的短路容量的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(0.05S d ,0.06 S d)，不会发生3次谐波并联谐振或接近于谐振，但会引起3次谐波的放大;而220kV变电所装设的电容器的容量较大，完全有可能发生3次谐波并联谐振或接近于谐振，因此务必引起设计人员的高度重视。 3串联电抗器的选择 2.1 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。 2.2 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(单相和三相均可按此简便计算)。由此可见，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、额定容量本文不作详细分析，下面着重分析串联电抗率的选择。 2.3 电抗率选择的一般原则 (1)电容器装置接入处的背景谐波为3次 根据文献[4]，当接入电网处的背景谐波为3次及以上时，一般为12%;也可采用4.5%, 6%与12%两种电抗率。设计规范说的较含糊，实际较难执行。笔者认为，上述情况应区别对待: 1)3次谐波含量较小，可选择0.1%,1%的串联电抗器，但应验算电容器装置投入后3次谐波放大是否超过或接近国标限值，并且有一定的裕度。 2)3次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，选择12%或12%与4.5%,6%的串联电抗器混合装设。 (2)电容器装置接入处的背景谐波为3次、5次 1)3次谐波含量很小， 5次谐波含量较大(包括已经超过或接近国标限值)，选择4.5%,6%的串联电抗器，忌用0.1%,1%的串联电抗器。 2)3次谐波含量略大， 5次谐波含量较小，选择0.1%,1%的串联电抗器，但应验算电容器装置投入后3次谐波放大是否超过或接近国标限值，并且有一定的裕度。 3)3次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，选择12%或12%与4.5%,6%的串联电抗器混合装设。 (3)电容器装置接入处的背景谐波为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次谐波含量较大，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，要防止对5次、7次谐波的严重放大或谐振;对于采用4.5%,6%的串联电抗器，要防止对3次谐波的严重放大或谐振。 3.几点建议 (1)新建变电所的电容器装置中串联电抗器的选择必须慎重，不能与电容器任意组合，更不能不考虑电容器装置接入处的谐波背景。 (2)对于已经投运的电容器装置，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，了解电网谐波背景的变化。对于电抗率选择合理的电容器装置不得随意增大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置必须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须遵循谁污染谁治理、多层治理分级协调的原则。 一起因容量不匹配导致的串联铁心电抗器烧坏事故分析 来源:旺点电气 时间:2010-09-10 阅读:198次 标签:电抗器电容器铁芯 1事故情况 2008年上半年，某变电站反映其10kV系统运行的我厂生产的型号为CKSC-360/10-12树脂浇注串联铁心电抗器烧坏。经现场勘察后发现铁心电抗器绕组烧坏情况严重，绕组上部浇注树脂脱落;绕组上部铜导线漆膜大部分消失而露出本色;B柱、C柱绕组上端导线上翘严重变形，导线同时接触到上夹件;多个压垫块震落。据介绍，并联电容器于事故当日7?18因无功缺而投运，当日11?21因两相间短路而自动切除。本台烧坏的串联电抗器总容量为360kvar，接在电源侧，电抗器下口接电容器组。经咨询，现场和本台铁心电抗器相串联的并联电容器组总容量为6 000kvar，系统主要消除以3次为主的谐波。 2串联电抗器容量选择原则 树脂浇注串联铁心电抗器和并联电容器组串联，主要作用是为了限制电容器组投入瞬间产生的合闸涌流和系统中多次谐波。串联电抗器的电抗率在并联补偿装置回路中，电抗器的额定电抗对相并联的电容器组额定容抗的百分比值，即电抗器容量与电容器组容量比值的百分数。其选择的原则是使所在网络内占比例最高的谐波分量的相应的总电抗值接近为零，也就是说使该次谐波分量的感抗和容抗接近相等。但为了避免电磁谐振导致产生过电压以及容性阻抗高次谐波放大现象，电抗器的电抗值应满足下式: 如对于n=5次谐波，则有XL>0.04XC;对于n=3次谐波，则有XL>0.11XC。因此在实际使用时，如主要为了限制5次为主的谐波，则电抗器电抗率选用5%及6%;而如主要为了限制3次为主的谐波，则电抗器电抗率选用12%及13%。串联电抗器容量的选择原则是电抗器总容量应等于和电抗器串联的电容器组总容量乘以电抗率。对于该变电站总容量为6 000kvar的电容器组，为了消除3次为主的谐波，电抗率如选择为12%，电抗器总容量应为720kvar(6 000×12%)。 3电抗器烧坏原因分析 3.1大电流下电抗器绕组平均温升τm 我厂生产的树脂浇注绕组绝缘系统除导线漆膜绝缘等级为H级外，其他绝缘等级均为F级，DL462标准规定F级绝缘平均温升设计值为90K。CKSC-360/10-12型电抗器设计额定电流为144A，出厂时绕组平均温升设计值为78K;在和总容量为6 000kvar的电容器组串联时，流经的额定电流为332A，此电流值约是电抗器设计额定电流值的2.3倍，此时的绕组温升会大幅度增加。考虑多次谐波影响，在2.3倍的设计最大电流下，绕组平均 温升τm近似计算如下: 3.2分析 由于电抗器绕组平均温升达到了296K，现场环境温度约为35?，此时绕组平均温度约为331?，绕组上部温度会更高，远远超过F级和H级绝缘的耐热温度。如此高的温度下绕组绝缘逐渐损坏，导致匝间耐受电压降低，在匝间及股间形成短路，短路导线温度进一步升高引起绕组绝缘燃烧。同时在巨大的电动力下，上部导线向上移动，冲破浇注树脂后导线和上夹件连接上，当两相上部导线同时和上夹件连接时，就会甩掉后面的电容器组，形成相间短路。 4结束语 此次事故，是并联电容器组和所串联的铁心电抗器容量的不匹配或电抗率的不匹配造成了电抗器的烧坏。如果不考虑电抗器铁心相对磁导率下降等因素，线路中实际电抗率达到了近24%，远远超过原设计时的期望电抗率。由此可知，变电站及相关设计部门应严格按照线路中谐波次数选择适当的电抗率，以及根据电容器组总容量和电抗率相应选择串 联电抗器的容量，否则，不但无法有效抑制多次谐波，而且很容易引起串联电抗器烧毁，进而影响到输电稳定性，带来比较大的经济损失。该台电抗器在现场大电流下两端电压会很高，估计为1 600V左右，远超过电抗器设计额定电压831V，如果电抗器两端有电压保护，则可能避免此台串联铁心电抗器组烧坏并能及时发现电容器和电抗器容量的不匹配。因此建议在现场设置端电压保护，电压互感器跨接于串联铁心电抗器两端，如果监测到电压异常，则保护装置动作而退出运行。 参考文献: [1]刘传彝.电力变压器设计计算方法[M].沈阳:辽宁科学技术出版社，2002. [2]崔立君.特种变压器理论与设计[M].北京:科学技术文献出版社，1996.