馮 彪 蔣 強(qiáng) 文 哲 魏紅云 楊葉龍

?

基于電容補(bǔ)償法測(cè)量串聯(lián)電抗器的有功損耗分析

馮 彪1蔣 強(qiáng)1文 哲2魏紅云2楊葉龍2

（1. 成都市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，成都 610000；2. 成都（國家）產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院有限責(zé)任公司，成都 610000）

串聯(lián)電抗器共同點(diǎn)就是低功率因數(shù)，一般在0.02～0.05之間，大型電抗器的功率因數(shù)甚至低于0.01，這就給測(cè)量電抗器的有功損耗帶來一定的困難。本文介紹了基于電容補(bǔ)償法的有功損耗測(cè)量方法的原理。通過理論計(jì)算證明了該試驗(yàn)方法能有效提高串聯(lián)電抗器的有功損耗測(cè)試精度。該方法對(duì)實(shí)際測(cè)量低功率因數(shù)的串聯(lián)電抗器的有功損耗，具有一定的借鑒作用。

電容補(bǔ)償法；串聯(lián)電抗器；低功率因數(shù)

為了評(píng)價(jià)及改進(jìn)電抗器的設(shè)計(jì)，常通過驗(yàn)證電抗器的溫升性能來實(shí)現(xiàn)，因此在實(shí)際運(yùn)用中，如何準(zhǔn)確有效的測(cè)量電抗器的有功損耗就顯得尤為重要。電抗器的有功損耗測(cè)量按其功率因數(shù)的大小，在繞組上施加額定頻率的額定電流（電壓）[1-2]，又或者盡量接近上述的條件要求進(jìn)行測(cè)量，最后折算到規(guī)定的值。在測(cè)試過程中，需要應(yīng)盡快完成測(cè)試，避免繞組產(chǎn)生溫升[3-8]。測(cè)量電抗器時(shí)，功率因數(shù)比變壓器低，cos約為0.02～0.05，大型電抗器的功率因數(shù)甚至低于0.01，電流滯后角幾乎為90°[9]。功率因數(shù)隨容量增大而越低，這就給電抗器的有功損耗測(cè)量帶來一定的難度[9-10]。本文首先理論分析了利用瓦特表法測(cè)量電抗器損耗存在的明顯誤差，隨后提出了利用電容補(bǔ)償法提高功率因數(shù)方法，提高測(cè)量精度，并通過實(shí)驗(yàn)電路計(jì)算了補(bǔ)償法測(cè)量電抗器損耗的可行性，為下一步提高測(cè)試低功率因數(shù)電扛起有功功率提供了理論基礎(chǔ)。

1 瓦特表法測(cè)量電抗器損耗的的誤差分析

若直接采用常用的瓦特表測(cè)量法對(duì)電抗器的有功損耗進(jìn)行測(cè)量，電抗器的有功損耗的計(jì)算公式可表示為

式中，為電抗器電流；為電抗器電壓；為電壓與電流的相位差。

在實(shí)際測(cè)量電路中，因互感器的存在會(huì)產(chǎn)生一個(gè)角差D，使得電壓與電流相位差為

則電抗器的實(shí)測(cè)有功損耗為

誤差可表示為

電抗器屬于電感元件，功率因數(shù)往往很小，以常用的CKD、CKS型電抗器為例，功率因數(shù)一般在0.01～0.02之間，相位角在88°～89.5°之間。為直觀地說明互感器的角差引起不容忽視的誤差，利用誤差式（4）得到了互感器角差引起的誤差關(guān)系圖，如圖1所示。

（a）

（b）

從圖1（a）中可以看出，若電抗器的電壓與電流相位角度分別為88°、88.5°、89.0°、89.5°時(shí)，互感器的角差D=20′時(shí)，則其引起入的測(cè)量誤差%則分別大于20%、25%、40%、80%，顯然這樣大的測(cè)量誤差實(shí)際測(cè)量中是不允許的。圖1（b）則為當(dāng)電抗器電壓與電流相位角度分別為88°、88.5°、89.0°、89.5°時(shí)，若要保證測(cè)量誤差精度%≤1%，則互感器引起的角差D必須分別小于1.2′、0.9′、0.6′、0.3′。事實(shí)上如此高精度的互感器，實(shí)際運(yùn)用時(shí)很難得到滿足。因此，對(duì)于低功率因數(shù)的電抗器類產(chǎn)品，直接采用瓦特表法測(cè)量電抗器的有功損耗誤差很大，不建議直接此方法進(jìn)行測(cè)量。

2 電容補(bǔ)償法測(cè)量電抗器有功損耗試驗(yàn)電路與計(jì)算

由前面公式電抗器有功損耗式（3）可知，若要減小誤差%，不僅可以降低互感器的角差，還可以提高功率因數(shù)cos，從而達(dá)到提高有功損耗的測(cè)量精度的目的。如圖2所示，若通過電容補(bǔ)償分別將電壓與電流的之間的相位角分別達(dá)到50°、60°、70°以下，即使互感器的角差分別為30′、20′、10′時(shí)，則最后的引入的誤差也可降低到1%以內(nèi)。

圖2 提高功率因數(shù)后的測(cè)量誤差曲線圖

利用電容補(bǔ)償法提高實(shí)驗(yàn)回路功率因數(shù)cos的實(shí)驗(yàn)電路圖，如圖3所示，試驗(yàn)過程中通過調(diào)節(jié)試驗(yàn)電壓及補(bǔ)償電容的電容量，使得電抗器支路的電流L等于電抗器的額定電流LN，同時(shí)使得功率因數(shù)cos補(bǔ)償?shù)揭欢〝?shù)值，以滿足測(cè)量精度需求，然后分別記錄下功率分析儀W、電壓表V、電流表A的讀數(shù)。

計(jì)算時(shí)，若不考慮線路損耗以及儀表引起的損耗，則由圖3可得到電抗器的額定有功損耗為

式中，W為總回路中的有功損耗實(shí)測(cè)值；PC為電容器的有功損耗。

又因?yàn)橐阎a(bǔ)償電容器的容量C為

電介質(zhì)電容器的有功損耗為電介質(zhì)損耗，可直接利用介損測(cè)試儀得到電容的損耗正切角tan，則

所以電抗器的有功損耗LN可表示為

式中，為角頻率；為施加在補(bǔ)償電容器兩端的電壓，可直接通過電壓表直接讀?。粸檠a(bǔ)償電容器的實(shí)際電容量。實(shí)際測(cè)量時(shí)候，補(bǔ)償電容由若干電容器組成，以便滿足實(shí)際測(cè)量時(shí)的補(bǔ)償容量。

3 結(jié)論

本文分析了瓦特表測(cè)量電抗器損耗引起的誤差，提出了電容補(bǔ)償法測(cè)量低功率因數(shù)串聯(lián)電抗器的有功損耗的測(cè)量方法。通過實(shí)驗(yàn)電路，理論驗(yàn)證了如何利用電容補(bǔ)償法測(cè)量電抗器的有功損耗，這為下一步實(shí)際運(yùn)用此方法提高測(cè)量低功率因數(shù)串聯(lián)電抗器提供了理論基礎(chǔ)。

[1] 路長柏. 電抗器理論與計(jì)算[M]. 沈陽: 沈陽出版社, 2009.

[2] 徐林峰, 朱東柏. 一種電抗器損耗精確測(cè)量方法的研究[J]. 哈爾濱大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 21(2): 90-93.

[3] 陳靜, 凃夢(mèng)潔, 王一飛. 大容量無功快速補(bǔ)償方法的研究[J]. 電力電容器與無功補(bǔ)償, 2017, 38(6): 1-6.

[4] 李楊. 正弦激勵(lì)下電抗器損耗計(jì)算[D]. 天津: 河北工業(yè)大學(xué), 2015.

[5] 王慶玉, 鄭吉成. 無功補(bǔ)償電容器組電抗率的選擇[J]. 山東電力技術(shù), 2007, 156(4): 38-40.

[6] 石登舉. 大型空心電力電抗器損耗測(cè)量技術(shù)研究[D]. 黑龍江: 哈爾濱理工大學(xué), 2014.

[7] 陳杭, 徐韜. 低壓配電動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 重慶電力高等專科學(xué)校, 2007, 12(1): 5-8.

[8] 王春鋼, 劉力強(qiáng). 干式平波電抗器電感值的計(jì)算方法[J]. 電氣技術(shù), 2018, 19(2): 71-73.

[9] 孫睿. 一種低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償方式的實(shí)現(xiàn)[J]. 電氣技術(shù), 2014, 15(S1): 94-95.

[10] 瞿緒龍, 王恒, 陳穎. 簡析集成式無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)特點(diǎn)[J]. 電力電容器與無功補(bǔ)償, 2015, 36(2): 15-18.

Measurement of loss of series reactor by capacitance compensation method

Feng Biao1Jiang Qiang1Wen Zhe2Wei Hongyun2Yang Yelong2

(1. Chengdu Product Quality Supervision & Inspection Institute, Chengdu 610000;2. Chengdu Institute of Product Quality Inspection Co., Ltd, Chengdu 610000)

The common characteristic of series reactor is the low power factor, generally between 0.02 and 0.05, the power factor of the large reactor is even lower than 0.01, which makes it difficult to measure the active loss of the reactor. This paper introduces the principle of the loss measurement by capacitance compensation method. The test method can effectively improve the accuracy of loss test of series reactor by theoretical calculation. This method can be used to measure the loss of the series reactor with low power factor.

capacitive compensation method; series reactor; low power factor

2018-05-29

馮 彪（1964-），男，四川成都人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要從事輸配電設(shè)備的檢測(cè)與研究工作。