无功补偿回路串联电抗器的作用.doc

无功补偿回路串联电抗器的作用 (温州现代集团 潘洪进 陈建克) 摘要：本文主要介绍无功补偿回路串联电抗器防止谐振的工作原理，并计算了串联不同电抗率对应谐振频率、电容器两端电压升高倍数以及实际无功补偿容量增加的倍数。 概况 随着科学技术的发展，用电负荷发生很大的变化，非线性负荷占用电负荷的比重快速上升。当然非线性负荷的广泛使用一方面带来巨大的经济效益，另一方面非线性负荷产生的谐波给电网造成严重的污染，电压畸变率增加、供电质量下降，给电网和用户带来危害，特别在低压配电系统中，以往并联电容器补偿感性无功，使系统平均功率因素达到供电部门的要求，达到供电设备增容和节能的目的，由电网谐波污染，出现了因谐波造成电容器损坏及熔断器经常熔断，使电容无功补偿装置没有办法投运，更严重是电容与电网发生并联谐振，引起谐波严重放大，给电网安全运行带来很大的隐患。解决的办法，通常选择一种比较简单有效的方法，这就是在补偿电容回路中串联一定电抗率的电抗器，除可以抑制合闸涌流外，一个重要的作用就是抑制谐波防止谐波谐振事件的发生。 串联电抗器既抑制谐波又防止与电网谐振的原理： 补偿电容支路串联电抗器如下图 电抗器电容器串联回路原理图 等效原理图 从原理图可知

令
， 则

从（3）、（4）式看补偿支路与系统并联谐振发生在1+β即β=-1处。则得到谐振点谐振次数为
从（5）可知，该谐振点谐振次数低于未串联电抗器时的谐振次数。串联电抗器的电抗率越大，谐振次数n0越低，因此可以通过串联电抗器的电抗率（即电感量）大小控制并联谐振点的位置，从而避开谐振点，使无功补偿装置安全运行。 电抗率p确定的原则 低压配电系统中产生谐波的负荷容量SH与变压器容量ST之比低于15%，系统谐波很小，只是限制合闸涌流时则选择p=0.5%～1%即可满足要求。 低压配电系统中产生谐波的负荷容量SH与变压器容量ST之比大于15%，无功补偿电容回路就要一定电抗率p的电抗器，大多数谐波源负荷，一般是6脉整流，主要为5、7、11、13次谐波，选择电抗率为4.5%—7%，若选择p=6%的电抗器，谐振频率为204Hz，抑制5次谐波效果好，但对3次谐波放大也比较明显，若选择p=4.5%的电抗器，谐振频率为235 Hz，抑制5次谐波效果好，但对3次谐波有轻微放大，即抑制5次以上的谐波又兼顾减小对3次谐波的放大，因此这种选择也是较适宜的。在低压配电系统中若三次谐波为主，选用电抗率为12%—14%的电抗器，谐振频率为141～134Hz。 3、电抗率p的选择按电网的含量较大的最低次谐波，对于谐波，电抗器电容器串联回路呈感性，消除了与电网产生并联谐振的条件，对于基波，电抗器电容器串联回路呈容性，保持无功补偿作用。设基波角频率为ω0, 电抗器和电容器串联后谐振时角频率为ω, ωL=1∕ωC。 n次谐波的角频率为ωn，n次谐波滤波支路电抗器和电容器串联后的阻抗为： Z=R+j
，ω2=1∕CL， 判断；1、当
＞1 串联回路呈容性，ω＞ωn，串联回路容性与电网感性会引起谐振。 2、当
＜1 串联回路呈感性，ω＜ωn串联回路感性与电网感性不会引起谐振。 例：1、串联回路调谐频率235Hz，即ω2=1∕CL，系统中最低是5次谐波250Hz，则
=
=(235)2／(250)2=(0.944)2﹤1, 串联回路感性不会与电网感性引起谐振。 滤波器投入后安全运行。 2、若串联回路调谐频率253Hz，即ω2=1∕CL，系统中最低是5次谐波250Hz，则
=
=(253)2／(250)2=(1.012)2﹥1, 串联回路呈容性会与电网感性引起谐振。滤波器,投入后运行不安全。 对于基波，
=
=(235)2／(50)2=(4.7)2﹥1, 串联回路呈容性，保持无功补偿作用。 串联不同电抗率的谐振频率、电容两端的电压升高倍数及实际无功补偿量的增加倍数。 1 、电抗率对应的谐振次数及谐振频率见表(1)； 设电抗率为p，谐振频率fr=50×
， 例p=6%，fr=204Hz， 表(1) 电抗率(%)  谐振次数(n)  调谐频率(谐振频率)   4.5  4.71  235.5   5.0  4.47  223   5.5  4.26  214   6.0  4.08  204   7.0  3.78  189   12.0  2.89  144   13.0  2.77  139   14.0  2.67  134   串联电抗器后电容器两端电压的升高见表(2)： 按矢量关系，设电抗率为p，电网电压为Us，Us=Uc-UL，UL=p×Uc， 电容电压为Uc=Us／(1-p)。 表(2) 电抗率(%)  电容器电压  电抗率(%)  电容器电压   4.5  1.047×Us  7.0  1.075 ×Us