無功補償裝置如何選型電抗器(串聯(lián)電抗器)

    無功補償裝置如何選型電抗器(串聯(lián)電抗器)
    諧波污染導(dǎo)致傳統(tǒng)的無功補償方式－并聯(lián)電力電容器無法正常投入使用，調(diào)諧型無功補償方式可有效應(yīng)用于諧波污染嚴(yán)重的電網(wǎng)中。調(diào)諧型無功補償裝置采用電容器串聯(lián)電抗器(串聯(lián)電抗器)的方法，使該回路的調(diào)諧頻率低于網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的最低次諧波的頻率。電容器和電抗器(串聯(lián)電抗器)的特征參數(shù)共同決定了補償裝置的調(diào)諧頻率及補償容量。

    本文詳細介紹了調(diào)諧型補償裝置的調(diào)諧頻率確定原則，電容器電容值、設(shè)計電壓、設(shè)計容量計算方法及電抗器(串聯(lián)電抗器)的選擇，并以相應(yīng)產(chǎn)品為例說明此選型過程。

    1 概述
    1.1 選用調(diào)諧型無功補償裝置的必要性
    電力系統(tǒng)中實現(xiàn)無功補償?shù)膫鹘y(tǒng)方式是并聯(lián)電力電容器。近年來，非線性負(fù)載如整流設(shè)備、變頻器、UPS、電梯、空調(diào)等廣泛使用，產(chǎn)生大量諧波電流并注入到電網(wǎng)中。

    諧波污染較大的系統(tǒng)中，單純并聯(lián)電容器組的無功補償方式是不能很好使用的。原因有二：一是并聯(lián)電容器組對諧波有放大作用，易發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重；二是由于諧波電流疊加在電容器基波電流上，使電容器的電流有效值增大，造成溫度升高，減少使用壽命，甚至永久損壞。

   調(diào)諧型無功補償裝置采用與電容器串聯(lián)電抗器(串聯(lián)電抗器)的方法，使該回路的調(diào)諧頻率低于網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的最低次諧波的頻率。這樣，該裝置在工頻時呈容性，改善功率因數(shù)；在諧波頻率時呈感性，防止諧波放大，避免諧振的發(fā)生。因此，調(diào)諧型無功補償裝置得到日益廣泛的應(yīng)用。

    1.2 調(diào)諧型無功補償裝置的應(yīng)用場合
    現(xiàn)代工業(yè)和建筑物電網(wǎng)中完全沒有諧波電壓和諧波電流是不可能的，那么是否均需采用調(diào)諧型無功補償裝置與電抗器(串聯(lián)電抗器)呢？那也不一定。Schneider-Electric 公司給出了低壓電網(wǎng)選用調(diào)諧型無功補償裝置的經(jīng)驗標(biāo)準(zhǔn)。變壓器視在功率為n S ，其負(fù)荷中諧波源設(shè)備視在功率為h G ，當(dāng)>25%時，建議使用調(diào)諧型無功補償與電抗器(串聯(lián)電抗器)裝置。

    2 調(diào)諧型無功補償裝置的選型計算
    2.1 調(diào)諧型無功補償裝置回路分析
    調(diào)諧型無功補償裝置回路如所示：電網(wǎng)電壓為n U，回路中無功電流為I ，調(diào)諧電抗器(串聯(lián)電抗器)阻抗ZL，電抗器(串聯(lián)電抗器)兩端電壓為IL Z ，電容器阻抗C Z ，電容器兩端電壓為C U 。由電抗和電容的阻抗特性，電抗器(串聯(lián)電抗器)端電壓與電容器端電壓方向相反。

    2.2 調(diào)諧型無功補償裝置的選型計算
    在已知電網(wǎng)電壓n U ，電網(wǎng)諧波頻譜特性及所需單組無功補償容量Q 的情況下，如何選擇調(diào)諧補償裝置的電容器與電抗器(串聯(lián)電抗器)呢？下文將做詳細描述。

    第一步：確定調(diào)諧頻率r f 或電抗率K 或調(diào)諧次數(shù)n 。
    不同配電系統(tǒng)中特征諧波頻譜特性是不同的。為使調(diào)諧型無功補償裝置能夠正常使用，該回路的調(diào)諧頻率r f 需低于網(wǎng)絡(luò)中最低次諧波的頻率。如電網(wǎng)中含有3 次、5 次及以上諧波，調(diào)諧頻率r f 需低于3 次諧波頻率（50 Z H 電網(wǎng)中3 次諧波頻率為150 Z H ）；

    電網(wǎng)中含有5 次、7 次及以上諧波，調(diào)諧頻率r f 需低于5 次諧波頻率（50 Z H 電網(wǎng)中5 次諧波頻率為250 Z H ）。調(diào)諧頻率r f 計算方法如下：《GB50227-95 并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》對調(diào)諧補償裝置的電抗率K 作出如下規(guī)定“當(dāng)并聯(lián)電容器裝置接入處的背景諧波為5 次及以上時，宜取4.4%~6%；當(dāng)并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波為3 次及以上時，宜取12%”。

    調(diào)諧頻率r f 與電抗率K 是相互關(guān)聯(lián)的。電抗器(串聯(lián)電抗器)電抗率K 的定義是工頻條件下電抗器(串聯(lián)電抗器)感抗與電容器容抗的比值配電系統(tǒng)中含有3 次及以上諧波，選用調(diào)諧頻率為135 Z H 的補償裝置；配電系統(tǒng)中含有5 次及以上諧波，選用調(diào)諧頻率為215 Z H 的補償裝置。

    第二步：確定電容器。
    選擇電容器需分別確定電容器的設(shè)計電壓UC（V ）與設(shè)計容量QC（K var ）。由式4、式8，可得補償回路的無功電流I ，則此工作電壓g U 即為電容器最低設(shè)計電壓。因此調(diào)諧無功補償裝置中電容器的設(shè)計電壓應(yīng)高于電網(wǎng)電壓，即C g n。例：Schneider－Electric 公司的調(diào)諧無功補償裝置采用設(shè)計電壓為480V 的電容器應(yīng)用于電網(wǎng)電壓為400V 的系統(tǒng)（使用條件惡劣的情況下，也可選擇設(shè)計電壓更高的電容器）。選定電容器設(shè)計電壓C U 后，需進一步確定電容器設(shè)計容量C Q ：電抗器(串聯(lián)電抗器)電抗率K ，電網(wǎng)電壓n U ，所需單組無功補償容量Q ，則由式5、式8 可得

    第三步：確定電抗器(串聯(lián)電抗器)。
    電抗器(串聯(lián)電抗器)的額定電壓即為電網(wǎng)電壓。選擇電抗器(串聯(lián)電抗器)需確定電抗器(串聯(lián)電抗器)的電感值L (mH )及基波耐流值1 I ( A )。調(diào)諧型無功補償裝置的選型計算實例下面以實例說明上述計算過程。例：已知電網(wǎng)電壓n U ＝400V ，所需單組無功補償容量Q＝25 K var ，系統(tǒng)中含有 5次、7 次及以上諧波，請確定調(diào)諧無功補償方案。第一步：確定電抗率K電網(wǎng)中諧波頻譜為5 次以上，電抗率K 的范圍應(yīng)為4.4%~6%。已無功補償產(chǎn)品為例，可選定電抗率K ＝5.4%

    4 結(jié)束語
    從上述計算分析和實例可以發(fā)現(xiàn)，選用調(diào)諧型無功補償裝置時，電抗率是該裝置的重要參數(shù)，這一參數(shù)值需根據(jù)電網(wǎng)頻譜特性選擇。選取電容器的設(shè)計電壓需高于電網(wǎng)電壓，同時需選擇與之匹配的電抗器(串聯(lián)電抗器)。調(diào)諧型無功補償裝置向電網(wǎng)提供的無功補償容量由電容器和串聯(lián)電抗器(串聯(lián)電抗器)構(gòu)成的補償回路特性決定。與純電容補償方式相比，調(diào)諧型無功補償方式增加了電抗器(串聯(lián)電抗器)這一元器件，使補償回路實現(xiàn)無功補償?shù)耐瑫r，可以有效抑制諧波，防止發(fā)生諧振，滿足更多用戶需求。

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