串聯(lián)電抗器的選用和TSC動態(tài)無功補(bǔ)償

補(bǔ)償用并聯(lián)電容器對諧波電壓*為敏感，諧波電壓加速電容器老化，縮短使用壽命。諧波電流將使電容器過負(fù)荷、出現(xiàn)不允許的溫升，特別嚴(yán)重的是當(dāng)電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振時電流急速增加，開關(guān)跳閘、熔斷器熔斷、電容器無法運(yùn)行。為避免并聯(lián)諧振的發(fā)生，電容器串聯(lián)電抗器。它的電抗率按背景諧波次數(shù)選取。電網(wǎng)的背景諧波為5次及以上時，宜選取4.5％～6％；電網(wǎng)的背景諧波為3次及以上時，宜選取12％

一、電抗率K值的確定

1．系統(tǒng)中諧波很少，只是限制合閘涌流時則選K＝0.5～1％即可滿足要求。它對5次諧波電流放大嚴(yán)重，對3次諧波放大輕微。

2．系統(tǒng)中諧波不可忽視時，應(yīng)查明供電系統(tǒng)的背景諧波含量，在合理確定K值。電抗率的配置應(yīng)使電容器接入處諧波阻抗呈感性。電網(wǎng)背景諧波為5次及以上時，應(yīng)配置K＝4.5～6％。通常5次諧波*大，7次諧波次之，3次較小。國內(nèi)外通常采用K＝4.5～6％。配置K＝6％的電抗器抑制5次諧波效果好，但明顯的放大3次諧波及諧振點(diǎn)為204HZ，與5次諧波的頻率250HZ，裕量大。配置4.5％的電抗器對3次諧波輕微放大，因此在抑制5次及以上諧波，同時又要兼顧減小對3次諧波的放大是適宜的。它的諧振點(diǎn)235HZ與5次諧波間距較小。電網(wǎng)背景諧波為3次及以上時應(yīng)串聯(lián)K＝12％的電抗器。在電抗器電容器串聯(lián)回路中，電抗器的感抗XLN與諧波次數(shù)虛正比；電容器容抗XCN與諧波次數(shù)成反比。為了抑制5次及以上諧波。則要使5次及以上諧波器串聯(lián)回路的諧振次數(shù)小于5次。這樣，對于5次及以上諧波，電抗器電容器串聯(lián)回路呈感性，消除了并聯(lián)諧振的產(chǎn)生條件；對于基波，電抗器電容器串聯(lián)回路呈容性，保持無功補(bǔ)償作用。如電抗器電容器串聯(lián)回路在N次諧波下諧振，則：

式中XCN／XLN為電抗率的倒數(shù)，不同的電抗率對應(yīng)不同的諧振次數(shù)或不同的諧振頻率，如表1所示。電抗器的電抗率以取6％為宜，可避免因電抗器、電容器的制造誤差或運(yùn)行中參數(shù)變化而造成對5次諧波的諧振。若電容器接入處，電網(wǎng)被污染嚴(yán)重，電抗率要另行計(jì)算。

HZ

如：K＝4.5％則；K＝5％則

K＝6％則；K＝7％則

K＝12％則

表1電抗率對應(yīng)的諧振次數(shù)或諧波頻率

電抗率諧波次數(shù)諧波頻率HZ

4.5％  4.71235.5

5％    4.47223

5.5％  4.26213

6％    4.08204

電容器串聯(lián)電抗器后，電容器端電壓會升高。為了便于分析。畫出電流、電壓向量圖，如圖表示。

圖電抗器的設(shè)置、電流、電壓向量

以電流I為基準(zhǔn)，電抗器上壓降ULN超前電流90°，系統(tǒng)電壓UXN為兩者向量和：UXN＝UCN－ULN。如電抗器電抗率為6％，則：

ULN＝0.06UCN

UXN＝（1－0.06）UCN

UCN＝UCN／（1－0.06）＝1.064UXN

電容器串聯(lián)電抗率為6％電抗器后，電容器端電壓為電網(wǎng)電壓的1.064倍

電容器允許產(chǎn)期運(yùn)行在1.1倍額定電壓下。因此，電容器端電壓升高6.4％是可以承受的。如電抗器電抗率為12％，電容器端電壓升高13.6％，應(yīng)當(dāng)選用額定電壓440V電容器。

串聯(lián)電抗器后回來電流也將增大，電抗率K＝6％，電容器端電壓為電網(wǎng)電壓的1.064倍電流也增加到相同倍數(shù)。無功功率補(bǔ)償容量是增加還是減少？電容器端電壓升高無疑會增加無功功率補(bǔ)償容量。

（1）電容器無功功率補(bǔ)償容量Q’C

Q’C＝（UCN／UXN）2QC＝（1.064UXN／UXN）2

Q’C＝1.13QC

（2）電抗器消耗容性無功功率QL

QL＝3I2XLN＝3（1.064UXN／UXN）2（0.06XCN）

＝1.0642×0.06×（3U2XN／XCN）＝0.068QC

（3）實(shí)際無功功率補(bǔ)償容量：

Q’C－QL＝（1.13－0.068）QC＝1.062QC

從上式看出，電容器串聯(lián)電抗器后，無功功率補(bǔ)償不但沒有減少，反而增加6.2％。

二、電抗器的安裝位置

串聯(lián)電抗器無論裝在電源側(cè)或中性點(diǎn)側(cè)，從限制合閘涌流和抑制諧波來說都是一樣的。

電抗器裝在電源側(cè)時運(yùn)行條件苛刻，因它承受短路電流的沖擊，對地電壓也高（相對于中性點(diǎn)），因而對動、熱穩(wěn)定要就高，鐵心電抗器有鐵心飽和之慮。

電抗器裝在中性點(diǎn)側(cè)時對電抗器要求相對低，一般不受短路電流的沖擊，動、熱穩(wěn)定沒有特殊要，就承受的對地電壓低?？梢娝劝惭b在電源側(cè)缺少了電抗器的抗短路電流沖擊的能力。

三、電抗器的結(jié)構(gòu)

電抗器的結(jié)構(gòu)形式主要有空芯和鐵芯兩種結(jié)構(gòu)。

鐵芯結(jié)構(gòu)的電抗器主要優(yōu)點(diǎn)是：損耗小，電磁兼容性叫好，體積小。缺點(diǎn)是：有噪音并在事故電流較大時鐵芯飽和失去了限流能力。當(dāng)干式鐵芯且采用氧樹脂鑄線圈的電抗器，其動、熱穩(wěn)定性均很好，適合裝在柜中。油浸式鐵芯電抗器雖然體積大些，但噪音較小，散熱較好，安裝方便，適用于戶外使用。

空芯電抗器的主要優(yōu)點(diǎn)是：線性度好，具有很強(qiáng)的限制短路電流的能力而且噪音小。缺點(diǎn)是：損耗大，體積大。這種電抗器戶內(nèi)，戶外都適合，但不適合裝在柜中。在戶外安裝容易解決防止電磁感應(yīng)問題。*好采用分相布置“品”字形或“一”字形。這樣相間拉開了距離，有利于防止相間短路和縮小事故范圍。所以這種布置方式為選。當(dāng)場地受到限制不能分相布置時，可采用互相疊裝式產(chǎn)品。三相疊裝式產(chǎn)品的B相線圈繞線制方向?yàn)榉捶较蚴怪е^緣承受壓力，因此在安裝時一定按生產(chǎn)廠家的規(guī)定。

四、TSC動態(tài)無功補(bǔ)償

它采用晶閘管開關(guān)（過零觸發(fā)），投切電力電容組，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。有效改善用電負(fù)荷的功率因數(shù)，具有顯著的節(jié)能效果。在TSC系統(tǒng)中采用串聯(lián)電抗器，可有效地防止諧波放大，有效的吸收大部分諧波電流，上海坤友電氣有限公司是國際上**進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償和濾波的公司。主要市場遍布國內(nèi)。2004年以來，已有數(shù)百套裝置在20于省市各行業(yè)中應(yīng)用。

所有的汽車廠，點(diǎn)焊機(jī)負(fù)荷變化極為快速，并且引發(fā)大量的無功功率，這種負(fù)荷經(jīng)常產(chǎn)生較大的電壓波動、電壓閃變，導(dǎo)致電焊質(zhì)量差并影響焊接的生產(chǎn)效率，過電流會損壞電極及被焊接材料、而欠電流也會嚴(yán)重地影響焊接質(zhì)量。采用上海坤友電氣有限公司動態(tài)補(bǔ)償裝置能明顯地提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，穩(wěn)定電壓、消除閃變并能充分地利用現(xiàn)有的設(shè)備，減少基本費(fèi)用開支。

核心部件是控制器。由信號處理器DSP和VLSI電路為基礎(chǔ)，在每一個電網(wǎng)周期對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析1MS內(nèi)據(jù)算出所需無功補(bǔ)償的技術(shù)，所有相的諧波分量同時都被計(jì)算出來，發(fā)出觸發(fā)信號確保5～20MS投切電容器組，AR型串7％的電抗器（平衡補(bǔ)償系統(tǒng)），或14％的電抗器（不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)），以防止電容器組與電網(wǎng)發(fā)生5次、3次諧波并聯(lián)諧振。

汽車工業(yè)點(diǎn)焊設(shè)備絕大多數(shù)是用380V電源，由二相供電（L1—L2、L2—L3或L3—L1），通常三相負(fù)載的平衡問題在工廠供電設(shè)計(jì)時就已經(jīng)考慮，把點(diǎn)焊機(jī)的供電布局接**衡，避免因三相不平衡而出現(xiàn)零序電流，所以在這種情況下通常采用三相平衡就可以了。參看歐美幾個大汽車公司的有關(guān)資料，點(diǎn)焊機(jī)的供電不平衡度為20％以下時，對供電網(wǎng)絡(luò)采用無功功率平衡補(bǔ)償無大礙，在不平衡度超過20％時，就應(yīng)該考慮選用不平衡補(bǔ)償。

上海坤友電氣有限公司的三相不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)，補(bǔ)償電容器組額定電壓為480V，且電容器分為三組，為三角形接法，每組分別連接L1－L2、L2－L3、L3－L1。當(dāng)點(diǎn)焊機(jī)一旦工作，控制器同步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)檢測分析，分別確定連接L1－L2、L2－L3、L3－L1電源上的點(diǎn)焊機(jī)所需的無功功率，并與設(shè)定的目標(biāo)值比較，在小于20MS內(nèi)投切對應(yīng)在L1－L2、L2－L3、L3－L1上的不同容量的電容器組，從而及時補(bǔ)償無功功率。