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許多企業(yè)采用電容器串接電抗器的無功補(bǔ)償方式來回避諧波,但是由于不清楚電抗值的計算方法,不僅達(dá)不到理想補(bǔ)償效果,反而造成了諧波放大。一些企業(yè)選用了無源濾波器,但由于沒有對電網(wǎng)參數(shù)精確測算,投入運行后不能正常運行。由于電抗器高次諧波電流含量與電網(wǎng)諧波源狀況、阻抗參數(shù)和電容器裝置回路阻抗參數(shù)有關(guān),因此在實際應(yīng)用中電抗率的取值是不同的。串聯(lián)電抗器絕不能與電容器組任意組合,更不能不考慮電容器組接入母線處的諧波背景。文章著重就串聯(lián)電抗器抑制諧波的作用展開分析,并提出電抗率的選擇方法。
三、電抗對諧波的抑制作用
一般情況下,作為諧波源負(fù)載的無功補(bǔ)償裝置對諧波呈容性時必然引起諧波放大,必須用帶消諧的無功補(bǔ)償裝置。
L-C濾波器的諧振頻率為fn,在工頻狀態(tài)下,濾波器呈容性,無功補(bǔ)償裝置用于補(bǔ)償電網(wǎng)系統(tǒng)的感性無功功率。而對頻率為f的諧波有以下兩種情況:
當(dāng)f>fn時,濾波器呈感性,該濾波器對頻率為f的諧波起濾波作用。濾波效果取決于f和fn的接近程度,如果f=fn濾波器呈很小的阻抗,幾乎所有的諧波量都被濾波器吸收,而不流入電網(wǎng)。
四、電抗率的選擇
眾所周之,電網(wǎng)電壓流入電抗器后,對基波不會有大的影響,但對諧波來說卻有較大的影響。這些非正弦波形可以用數(shù)學(xué)分析的方法分解成工頻的基波和各種倍數(shù)頻率的諧波。但對電容器來講,一般不存在偶次倍數(shù)的諧波。因此主要考慮3、5、7、9、11、13等次諧波的影響。在這些高次諧波中以5次諧波最為顯著。
設(shè)En為n次諧波源電動勢;XB、XL分別為變壓器、電抗器的等值感抗;XC為電容器組的等值容抗;n為諧波次數(shù);In為n次諧波總電流。
顯然,In=En/nXB+(nXL-XC/n) (1)
對于一般電路來說,起主要作用的是3、5、7、11 等次諧波。在式(1)中,若使nXL-XC/n=0,
則當(dāng)n=3時,XL=0.11XC
則當(dāng)n=5時,XL=0.04XC
則當(dāng)n=5時,XL=0.02XC
從式(1)可以看出,當(dāng)nXL-XC/n>0即電容器組回路呈感性時,可使諧波電流減小,因此抑制諧波電流的電抗值應(yīng)滿足nXL-XC/n>0的條件,又考慮到電抗值應(yīng)有一定余量,工程上常取可靠系數(shù)為1.5,因此串聯(lián)電抗器的電抗值應(yīng)按下式選?。?o:p>
XL=aXC (2)
如限制5次諧波電流,則應(yīng)?。?o:p>
XL=1.5(0.04XC)=0.06XC
則:XL/XC=0.06
式中0.06為限制5次諧波電流時,電抗器工頻額定電抗XL與電容器工頻額定容抗XC的比值,稱為電抗率,用字母K表示。
即:K= XL/XC (3)
在5次諧波時,由式(3)可知,電抗率K=6%時,才能補(bǔ)償支路的5次以上諧波電抗呈感性,才能有效地抑制高次諧波,并將合閘涌流限制在5倍額定電流左右。
綜上所述,對于額定頻率為50Hz和60Hz的電力系統(tǒng)中,無功補(bǔ)償裝置在不同場合的電抗率選擇如下:
XL=0.1%~1%·XC — 不考慮諧波影響,僅需抑制合閘涌流;
XL=4.5%~6%·XC — 限制5次以上高次諧波的影響;
XL=12%~13%·XC — 限制3次以上高次諧波的影響。
五、電抗率選擇的一般規(guī)律
(1)電容器裝置接入處的背景諧波為3次
1)3次諧波含量較小,可選擇0.1%~1%的串聯(lián)電抗器,但應(yīng)驗算電容器裝置投入后3次諧波放大是否超過或接近國標(biāo)限值,并且有一定的裕度;
2)3次諧波含量較大,已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值,選擇12%或12%與4.5%~6%的串聯(lián)電抗器混合裝設(shè)。
(2)電容器裝置接入處的背景諧波為3次、5次
1)3次諧波含量很小, 5次諧波含量較大(包括已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值),選擇4.5%~6%的串聯(lián)電抗器,忌用0.1%~1%的串聯(lián)電抗器;
2)3次諧波含量略大, 5次諧波含量較小,選擇0.1%~1%的串聯(lián)電抗器,但應(yīng)驗算電容器裝置投入后3次諧波放大是否超過或接近國標(biāo)限值,并且有一定的裕度;
3)3次諧波含量較大,已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值,選擇12%或12%與4.5%~6%的串聯(lián)電抗器混合裝設(shè)。
(3)電容器裝置接入處的背景諧波為5次及以上
1)5次諧波含量較小,應(yīng)選擇4.5%~6%的串聯(lián)電抗器;
2)5次諧波含量較大,應(yīng)選擇4.5%的串聯(lián)電抗器;
(4)對于采用0.1%~1%的串聯(lián)電抗器,要防止對5次、7次諧波的嚴(yán)重放大或諧振;對于采用4.5%~6%的串聯(lián)電抗器,要防止對3次諧波的嚴(yán)重放大或諧振。
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