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补偿电容器串联电抗器的利与弊

在感性负载两端并联电容器,这是电网最常用的无功补偿方法,也是提高功率因素改善电压质量节能降损的有效措施。为满足电网和用电设备对电压质量的要求,根据无功负荷变化而投切适量的电容量。然而在国企投运合闸瞬间将产生幅值很大,频率很高的合闸涌流。若电容器接入处电网存谐波污染,由于电容器的容性阻抗特性,将对谐波电流起到放大作用。危险的过电流必将对电气设备产生不良影响,严重时往往还会造成设备的损坏。

为避免谐波对补偿装置的影响,则在电容器回路采用串联电抗器的措施,这既不影响电容器的无功补偿作用,又能抑制高次谐波。所以在补偿电容器回路串联电抗器,具有抑制高次谐波,限制合闸涌流的效果。

然而运行实践表明,电容器回路串联电抗器后,在无功补偿装置投运合闸时还可能发生过电压,以及电容器端电压升高和使用寿命缩短等负面影响。现就电容器回路串联电抗器的利和弊作些分析。

1 电容器回路串联电抗器的好处

(1)限制合闸涌流

无功补偿电容器在投运合闸瞬间往往会产生冲击性合闸涌流,这是因为首次合闸的电容器处于未充电状态,流入电容器的电流仅受回路阻抗的限制。因该回路接近短路状态,回路阻抗很小,故而会产生很大的冲击涌流。

GB50227-95《并联电容器装置设计规范》中合闸涌流的计算式为:

K值是随母线短路容器的增大,或电抗器感抗占电容器容抗的百分数的增加而大幅度减小,故而串联电抗器后能起到限制合闸涌流的作用。

(2)抑制高次谐波

当补偿电容器接入处电网存在谐波时,电容器对n次谐波的容抗降为Xc/n,系统电感对n次谐波的感抗升为nXs。电网存在有n次谐波电流时,如果nXs=Xc/n,则产生n次谐波谐振现象。其n次谐波电流与基波电流迭加后,使流过电容器电流骤增,其过电流将危及电容器的安全。此时,谐波电流在系统阻抗上产生的谐波电压与原电压迭加而产生过电压,此过电压将影响电容器使用寿命。

在补偿电容器回路串联电抗器后,能有效避开谐振区,从而起到抑制高次谐波作用。

电网存在高次谐波时,当n>n0时其阻抗呈感性,对等效网络有明显的抑制谐波作用。

但在n

运行实践表明,如串联电抗器的主要用途限制合闸涌流,应选择0.2-2%容抗值的电抗器;如是为抑制高次谐波应选择6%容抗值的电抗器。电抗器应串联在电容器组的电源侧,其抑制谐波效果会更好。

2 串联电抗器存在的弊端

(1)电容器投切时产生过电压

在并联电容器组的回路中串联的电抗器,特别是线性电抗器,或是品质因数较高电抗器,在断路器投切电容器时都会产生过电压,因断路器在合闸时的弹跳和分闸时的重燃,均会增加过电压产生的几率和倍数。故而投切电容器的断路器宜选择高性能、无涌流、不发生重燃的开关,以避免操作时产生的过电压。

(2)电容器端电压升高

电容器回路串联电抗器后,在运行中将造成电容器端电压高于母线电压,电容器端电压由下式确定。

Uc=Ue·Xc/(Xc-XL)

式中Ue为电容器母线额定电压。

当电抗器XL相对于比电容器Xc较大时,则电容器端电压出现升高,若XL相对于比Xc更大时,电容器端电压升高也越大。如XL=6%Xc时,电容器端电压降升高6.4%;若XL=13%Xc时电容器端电压降升高11.5%。

此外,对中性点不接地的丫形接线的电容器组,因三相实际电容量不可能完全平衡,导致部分电容器端电压升高明显。这种三相电容量不平衡程度,在串联电抗器后变得更为严重。从而造成电容器端电压升高值大于三相电容平衡时的升高值。电容器端电压升高必将危及安全运行,影响使用寿命,甚至发生鼓肚、爆炸等事故。为此,在电容器回路串联电抗器还应考虑三相电容器的平衡情况,以免产生更大的端电压升高。

来源:电力自动化产品信息
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