无功补偿用串联电抗器的性能与作用分析

   目前工矿企业无功补偿多采用分组自动跟踪补偿，单组容量多为900kvar以下，一般都将电力电容器，串联电抗器及真空接触器等装于同一柜内，这样就要求电抗器体积小、性能好、重量轻、便于安装维护；现对无功补偿用串联电抗器的用途、性能介绍如下。
      一、串联电抗器类种
       1、油浸式铁芯电抗器；
       2、干式铁芯电抗器；
       3、干式空芯电抗器；
       4、干式半芯电抗器；
       5、干式磁屏蔽电抗器；
   二、无功补偿电抗器用途分为：
    1、限流电抗器；
    2、抑制谐波电抗器；
    3、滤波电抗器；
    三、串联电抗器的作用是多功能的，主要有：
    1、降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，便于选择配套设备和保护电容器。根据GB50227标准要求应将涌流限制在电容器额定电流的10倍以下，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时，采用限制涌流的电抗器；接地电阻测试仪适用于电力、邮电、铁路、通信、矿山等部门测量各种装置的接地电阻以及测量低电阻的导体电阻值电抗率在0.1%－1%左右即：可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗，而且电抗器的体积小、占地面积小、便于安装在电容器柜内。采用这种电抗器是即经济，又节能。
    2、串联滤波电抗器，电抗器阻抗与电容器容抗全调谐后，组成某次谐波的交流滤波器。滤去某次高次谐波，而降低母线上该次谐波的电压值，使线路上不存在高次谐波电流，提高电网的电压质量。
    滤波电抗器的调谐度：
     XL＝ωL＝1/n2XC=AXC
    式中A－调谐度（%）
    XL－电抗值（Ω）
    XC－容抗值（Ω）
    n-谐波次数
    L－电感值（μH）
    ω----314
   各次谐波滤波电抗器的电抗率
    3次谐波为11.12%
    5次谐波为4%
    7次谐波为2.04%
    11次谐波为0.83%
    高次谐波为0.53%
    按上述调谐度配置电抗器，可满足滤除各次谐波。
    3、抑制谐波的电抗器，先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围用电户有无大型整流设备、电弧、炼钢等能产生谐波的设备，有无性能不良好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际量值，再根据实际谐波量来配置适当的电抗器。铁芯电抗器电抗线性度不好，有噪声，空芯电抗器运行无噪声，线性度好，损耗小。
    标准规定空芯电抗器容量在100KVAR以下时，每伏安损耗不大于0.03W。例如：单台12000VA电抗率6%的电抗器损耗为360W，三相有功损耗为1080W，这是一个不小的数字。电网上谐波较小时，采用限流电抗器可节省电能。
    4、由于设置了串联电抗器，减少了系统向并联电容器装置或电容器装置向系统提供短路电流值。双钳口接地电阻测试仪除了具有传统打辅助地极测接地电阻的功能外，还具备了无辅助地极测量的独特功能，改 变了测试接地电阻传统的测量原理和手段。
    5、可减少电容器组向故障电容器组的放电电流，保护电力电容器。
    6、可减少电容器组的涌流，有利于接触器灭弧，降低操作过电压的幅值。
    7、减小了由于操作并联电容器组引起的过电压幅值，有利于电网的过电压保护。
    四、串联电抗器的选型原则
    用电企业都有自身的特点，对设备有不同的要求，干式电抗器有噪音小、电抗器的线性度好、机械强度高、安装简单等特点；油浸电抗器损耗小、占地面积小、线性度不好、噪音大。因此，采用什么样的电抗器应综合考虑。串联电抗器主要作用是抑制谐波、限制涌流和滤除谐波。电抗率是电抗器的主要参数，电抗器的大小直接影响它的作用。
    限流电抗器电抗率在0.1-1%，而抑制谐波的电抗器电抗率在4.5%-13%，限流电抗器把涌流限制在电容器额定电流10倍以下为谊。配置限流电抗器时，应考虑线路电抗（1μH/M）。
    五、投切电容器时的涌流：
    1、单组电容器投入时的涌流
    Iym=√2 IΣ[1-√(XΣ/Xl)]
    Xl=2 IΣ* XΣ/( Iym-√3* IΣ)­­2
    ψy=ψ√(XΣ/Xl)
    式中
    Iym---合闸涌流大幅值（峰值）(KA)
    IΣ---组电容器装置的额定相电流 (A)
    XΣ---组电容器相总额定电抗 (Ω)
    X_l---系统感抗与串联电抗器相额定电抗 (Ω)
    fy----涌流频率
    Μ---电网频率
    2、各电容器组容量相等时按下式
    Iym=[(M-1)/M]*√[2 000QΣ/3ωL] (kA)
    L=[(M-1)/M]2*[2 000QΣ/3ωIym2] (μH)
    式中
    QΣ-单组电容器额定容量 (kvar)
     Μ---电容器组数
     L---电感值 (μh)
    ω---角频率 (314)
    Iym-峰值电流（ka）
    线路电抗XL′＝(1μH/Μ)
    fy=103/[2л√(LCΣ)]
    当电网存在谐波不可忽视时，应采用抑制谐波的电抗器。为了确定合理的电抗率，应查明电网谐波背景含量，以便适当的选用电抗器种类和电抗率。
    六 按以下方式配备电抗器
    1、偶次谐波2、4、6、8……次，谐波对称互相抵消，因此不于考虑。
    2、 奇次谐波为3、5、7、11、13次及以上谐波，这些谐波多出自大型整流设备，电弧、炼钢、电机车等负荷。当用户的电网内有这种设备，就是有谐波源，应测谐波次数及含量，如谐波不超过国家标准，然后计算应配置的电抗器参数。含有3次谐波配置13%的电抗器，含有5次以上谐波配置4.5%-6%的电抗器，4.5%--6%的电抗器可以覆盖5次以上谐波。
    配置电抗器后应换算是否能产生谐波放大现象，如发生下列情况时应改变电抗器的参数。
    七、谐波放大现象的判据

   1、配置6%的电抗率可能放大3次谐波，如网络有3次谐波时要配置13%的电抗器。
    2、装设电抗器后能够产生谐波放大,实测谐波含量，按实际情况配适当的电抗率。
    3、电抗器的端电压为
    UD=UN╳电抗率(0.1%—13%) (V)
    式中：
    UD---端电压 (V)
    UN---电容器额定电压 (KV)
    电抗器的端电压是指电抗器本身的工作电压，不是电网电压，如13%的电抗率，10KV电网电压，电容器的相电压为6936V，电抗器的端电压为6936 ╳13%＝900V。
    八、电抗器的品质因数
    单通滤波器的串联电抗器的品质因数是一项重要的指标，一般在30-60之间，应力求品质因数高，也就是电抗器线圈直流电阻尽量小。
Q= nXl/RL=(30~60)单通滤波器的品质因数
    高通滤波电抗器的品质因数同上，但需加并联电阻。
    Rb=√XLXC＝BXL＝XC/B
    九、电抗器的特性
    1、铁芯电抗器
    噪声大、电抗器线性度差、能引起漏磁、局部过热，易发生磁饱和，烧毁线圈。系统过压、过流和谐波的影响，致使铁芯过饱和电抗值急剧下降，抑制谐波的能力下降，抗短路电流能力低。干式铁芯式电抗器除上述缺点外，还不能在室外运行。
    2、干式空芯电抗器 
    线性度好，无噪声，过流能力强，散热能力强，机械结构简单、坚固，户内、户外都可使用，基本上免维护。缺点是体积较大损耗较大。
    3、半芯电抗器
    半芯电抭器是介于铁芯电抭器和空芯电抗器之间的一种新型电抭器，在空芯电抗器绕组内加上不闭合磁路的铁芯，使半芯电抗器具有铁芯电抗器和空芯电抗器的优点。组成全新的半芯电抗器，半芯电抗器线圏直径比空芯电抗器直径小20% 电抗器损耗低25%，线性度接近于直线，阻抗不随电流增加而减小，噪声低于50db。便于在柜内安装，是无功补偿比较好的串联电抗器。
    理想的电抗器应是有如下特点：
    1、无油　2、无噪音　3、体积小　4、线性度好　5、无漏磁　6、过流能力强
    即将来发展方向是干式半芯磁屏蔽电抗器。
    十、串联电抗器后电容器电压升高的情况
    有串联电抗器后电容器端电压会升高，其升高的幅值与串联电抗器的百分数有关；百分数高，电容器端电压高，按下表计算。
串联电抗器百分率与电容器电压升高的关系

    十一、为什么采用百分率计算电抗器
    限流电抗器是保证合闸涌流不超过电容器额定电流的十倍，这样能降低电抗器的铜耗，减小体积。4.5%-13%的电抗器是抑制谐波的，如果网络谐波较大，如3次、5次、7次、11次及高通谐波都存在，只有用13%的电抗器能抑制3次以上的谐波，如果没有3次谐波，就可以用6%的电抗器来覆盖5次以上的谐波，因为高于5次以上的谐波需要的电抗都小于5次谐波的电抗。