鄧小電

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帶串聯(lián)電抗器的并聯(lián)電容器組無功輸出的計算分析

鄧小電

（浙江誠信人才資源交流服務(wù)有限公司，浙江 杭州 310000）

為抑制電力系統(tǒng)中3次諧波和5次諧波對電容器產(chǎn)生的危害，串聯(lián)電抗器電抗百分率要求在4.5%～6.0%之間，具體應(yīng)用效果主要根據(jù)并聯(lián)電容器組無功輸出結(jié)果確定。對并聯(lián)電容器中串聯(lián)電抗器的作用及選擇進行分析，進而通過帶串聯(lián)電抗器的并聯(lián)電容器組無功輸出計算，判斷串聯(lián)電抗器電抗百分率應(yīng)選擇上限還是下限。

帶串聯(lián)電抗器；并聯(lián)電容器組；無功輸出；電抗百分率

1 引言

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，供電系統(tǒng)復(fù)雜性也逐漸增加，系統(tǒng)內(nèi)包含大量非線性負載，包括低壓小容量家電、高壓大容量交直流變換裝置、靜止變流器等。在電力系統(tǒng)運行過程中，存在電流、電壓畸變引起的諧波污染問題，容易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致電容器設(shè)備受到損壞。一般應(yīng)用在并聯(lián)電容器組中串聯(lián)電抗器的方法抑制諧波污染，但需要合理選擇串聯(lián)電抗器的電抗百分率，綜合考慮無功輸出計算結(jié)果等方面的因素，才能達到最佳的效果。

2 串聯(lián)電抗器的作用及選擇

2.1 串聯(lián)電抗器的作用

在電能質(zhì)量綜合治理要求下，各地區(qū)配變電站選擇主要污染源和敏感負荷中心設(shè)立電能質(zhì)量控制中心，對電能質(zhì)量進行在線監(jiān)測。在諧波污染未得到有效整治前，如果將并聯(lián)電容器組接入到母線中，容易導(dǎo)致諧波被放大。對于此類問題，在并聯(lián)電容器組中接入串聯(lián)電抗器，可有效抑制高次諧波的產(chǎn)生，同時也能起到限制合閘涌流的作用，從而避免因諧波污染導(dǎo)致電容器出現(xiàn)損壞。但串聯(lián)電抗器不能與電容器組隨意組合，需要充分考慮電容器組接入處的母線諧波情況，合理選擇串聯(lián)電抗器的電抗率，從而充分發(fā)揮其抑制諧波的作用[1]。

2.2 串聯(lián)電抗器的選擇

串聯(lián)電抗器的電抗率選擇范圍為4.5%～6%，通常情況下，取上限值，即6%.要合理選擇電抗率，必須先對電容器的接入處母線諧波情況進行了解。在IEC標準中，將并聯(lián)電容器組串聯(lián)的電抗器分為阻尼電抗器、調(diào)諧電抗器兩種。其中，阻尼電抗器的作用主要是對電容器組合閘涌流加以限制，電抗率選擇一般較小，為0.1%～1%.調(diào)諧電抗器的主要作用是抑制諧波，其電抗率選擇相對較大，從而對并聯(lián)電容器組電路參數(shù)進行調(diào)節(jié)，使各支路對各次有威脅性諧波的最低次諧波阻抗成為感性。此外，串聯(lián)電抗器選擇還包括串聯(lián)電抗器額定端電壓、串聯(lián)電抗器額定電容選擇等。串聯(lián)電抗器額定電壓主要與電抗率和電容器額定電壓有關(guān)，等于兩者的乘積。串聯(lián)電抗器的額定電容等于電容器額定容量與電抗率的乘積，主要與電容器額定電壓、額定容量、電抗率有關(guān)[2]。

綜合上述分析，在對串聯(lián)電抗器額定容量進行選擇時，應(yīng)遵循以下幾點原則：①如果電容器接入處母線為3次或3次以上的諧波，串聯(lián)電抗器的電抗率可選擇4.5%～6%或12%兩種；②如果電容器接入處的諧波為3次和5次諧波，且3次諧波較少，5次諧波較多，應(yīng)選擇4.5%～6%電抗率的串聯(lián)電抗器，相反，如果3次諧波較多，5次諧波較少，可選擇0.1%～1%電抗率的串聯(lián)電抗器，但需要進行驗算，確保3次諧波放大在國標限制以內(nèi)，且有一定裕度；③如果電容器接入處母線為5次及5次以上的諧波，且5次諧波含量較少，可選擇4.5%～6%串聯(lián)電抗器，相反如果5次諧波較多，則應(yīng)選擇4.5%串聯(lián)電抗器。

此外還要注意，如果采用0.1%～1%串聯(lián)電抗器，要避免電容器接入導(dǎo)致5次和6次諧波被嚴重放大，如果采用4.%～6%串聯(lián)電抗器，要避免電容器接入導(dǎo)致3次諧波被嚴重放大。具體的串聯(lián)電抗器選擇以及目前關(guān)于選擇電抗率上限還是下限的爭議問題，還需要通過并聯(lián)電容器組無功輸出計算確定[3]。

3 帶串聯(lián)電抗器的并聯(lián)電容器組無功輸出計算及相關(guān)建議

3.1 無功輸出計算

3.1.1 目標系統(tǒng)

3.1.2 電抗率為6.0%與電抗率為4.5%的無功輸出值計算

首先計算串聯(lián)電抗器電抗率為6.0%時的無功輸出值，電容器端電壓計算公式為：

式（1）中：s為系統(tǒng)電壓；為電抗器電抗率。

串聯(lián)電抗器端電壓的計算公式為：

R=c. （2）

式（2）中：c為電容器端電壓。

根據(jù)這兩個公式可以對10 kV配電系統(tǒng)中的無功輸出進行計算，當(dāng)配電系統(tǒng)電壓下降到10.34 kV時，電容器組的總無功輸出才為4 700 kvar，而多數(shù)情況下，10 kV系統(tǒng)電壓在10.5 kV以上，當(dāng)電壓超過10.666 kV后，電容器組總無功輸出值已經(jīng)超過了5 000 kvar。

同理，對串聯(lián)電抗器電抗率為4.5%時的電容器無功輸出值進行計算，除電抗率改變外，其他參數(shù)不變，同樣采用上述兩個公式進行計算。在串聯(lián)電抗器電抗率為4.5%時，系統(tǒng)電壓為10.00 kV，電容器容量為4 171.165 kvar，總無功輸出值為3 983.463 kvar。系統(tǒng)電壓為10.00 kV時，采用電抗率為4.5%的串聯(lián)電抗器，可以使電容器組的無功輸出下降到電抗率6%時的90.6%水平。如果電容器組的母線存在少量3次諧波，使用電抗率為4.5%的串聯(lián)電抗器會對3次諧波產(chǎn)生放大效果，且放大量會比選擇電抗率為6%的串聯(lián)電抗器大。

由此可以看出，串聯(lián)電抗器電抗率選擇下限值4.5%，未必在任何情況下都適用，對于10 kV配電系統(tǒng)電壓偏低的母線處，選擇電抗率小的串聯(lián)電抗器，其無功輸出效果反而不好。通過對電抗率為6%和電抗率為4.5%的帶串聯(lián)電抗器電容器組進行計算分析，可以比較出其優(yōu)劣性。在電抗器投入成本方面，電抗率為4.5%的電抗器成本較少，更具有優(yōu)勢，其無功輸出一般偏小。采用電抗率為6%的串聯(lián)電抗器，雖然無功輸出偏大，但3次諧波放大量較小，5次諧波諧振危險性也較低。因此，如果出于成本考慮要選擇電抗率為4.5%的串聯(lián)電抗器，還需要對實際情況進行計算分析，防止出現(xiàn)諧波危害。

3.1.3 電抗率為12%與電抗率為13%的無功輸出值計算

電壓11.260 kV時電容器電容為5 685.334 kvar，總無功輸出為5 003.094 kvar。同樣僅將電抗率改變?yōu)?3%，再次進行電容器組總無功輸出計算。電壓為11.200 kV時，電容器容量為5 753.963 kvar，總無功輸出功率為50 005.948 kvar。當(dāng)電容器組達到5 000 kvar額定輸出時，電抗率在12%時出現(xiàn)在電壓11.25 kV情況下，電抗率為13%時出現(xiàn)在11.20 kV時，諧波串聯(lián)諧振危害與電抗率為4.5%和電抗率為6%的分析情況一致，不再贅述。

3.2 主要結(jié)論及相關(guān)建議

通過對帶串聯(lián)電抗器的并聯(lián)電容器組無功輸出計算可以看出，無論是對于存在3次諧波還是5次諧波的系統(tǒng)母線，取電抗率下限都未必能夠獲得更好的效果，雖然在電抗器投入方面成本得到降低，但容易引發(fā)諧波串聯(lián)諧振危險。通過本次研究主要提出以下幾點建議：①新建變電所串聯(lián)電抗器選擇必須慎重，應(yīng)充分考慮電容器組接入處的諧波情況，不能只考慮經(jīng)濟因素；②對已投入運行的電容器組，其電抗器選擇也要經(jīng)過驗算，并進行現(xiàn)場實測，且不能隨意改變電容器容量，否則必須在驗算后更換合適的串聯(lián)電抗器；③電能質(zhì)量綜合治理是一項系統(tǒng)工程，在串聯(lián)電抗器選擇和應(yīng)用過程中，需要以電氣安全為前提，并采取多層治理、分級協(xié)調(diào)的原則，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

綜上所述，采用串聯(lián)電抗器是治理并聯(lián)電容器組電路諧波的有效途徑，但要對串聯(lián)電抗器的電抗率進行合理選擇。通過本次的計算分析，可以為串聯(lián)電抗器選擇提供參考，并通過電容器組無功輸出計算，解決了目前串聯(lián)電抗器選擇存在爭議的問題，希望能為相關(guān)電氣設(shè)計活動提供借鑒。

［1］沈南洋.低壓并聯(lián)電容器額定電壓及安裝容量計算［J］.廣東化工，2016，43（13）：218-219，232.

［2］陳濤，高平，黃艷鈴，等.低壓配電網(wǎng)并聯(lián)電容器無功補償優(yōu)化算法的研究［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2010，15（3）：82-85.

［3］許紅兵.并聯(lián)電容器無功補償?shù)慕?jīng)濟運行［J］.電力電容器，2006（2）：12-14，17.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.130

2095－6835（2018）22－0130－02

〔編輯：嚴麗琴〕