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无功补偿中对谐波的抑制作用及电抗率如何选择(下)

来源:希拓电气(常州)有限公司    日期:2020-01-18    浏览量:载入中...

许多企业采用电容器串接电抗器的无功补偿方式来回避谐波,但是由于不清楚电抗值的计算方法,不仅达不到理想补偿效果,反而造成了谐波放大。一些企业选用了无源滤波器,但由于没有对电网参数精确测算,投入运行后不能正常运行。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。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。


三、电抗对谐波的抑制作用

一般情况下,作为谐波源负载的无功补偿装置对谐波呈容性时必然引起谐波放大,必须用带消谐的无功补偿装置。

L-C滤波器的谐振频率为fn,在工频状态下,滤波器呈容性,无功补偿装置用于补偿电网系统的感性无功功率。而对频率为f的谐波有以下两种情况:

f>fn时,滤波器呈感性,该滤波器对频率为f的谐波起滤波作用。滤波效果取决于f和fn的接近程度,如果f=fn滤波器呈很小的阻抗,几乎所有的谐波量都被滤波器吸收,而不流入电网。


四、电抗率的选择

众所周之,电网电压流入电抗器后,对基波不会有大的影响,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。在这些高次谐波中以5次谐波最为显著。

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) (1)

对于一般电路来说,起主要作用的是3、5、7、11 等次谐波。在式(1)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(1)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 (2)

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 (3)

5次谐波时,由式(3)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。

综上所述,对于额定频率为50Hz和60Hz的电力系统中,无功补偿装置在不同场合的电抗率选择如下:

XL=0.1%~1%·XC — 不考虑谐波影响,仅需抑制合闸涌流;

XL=4.5%~6%·XC — 限制5次以上高次谐波的影响;

XL=12%~13%·XC — 限制3次以上高次谐波的影响。


五、电抗率选择的一般规律

(1)电容器装置接入处的背景谐波为3次

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。


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