电抗器是一种电感元件,当在具有电感值L的电抗器线圈器两端产生电抗压降ILXLL与其结构尺寸有如下关系。
在一般情况下,电抗器的电感值计算公式
L=W2Λ= W2μAc/Lc
式中 W———线圈的匝数;
Λ———磁路的磁导〔H〕。Λ=μH=μAc/Lc
H----磁场强度
μ———磁路的磁导率〔H/m〕,对于空气μ≈μ0=4πx 10-7 H/m
Ac———磁路的等效导磁面积(㎡);
Lc———磁路的等效长度(m)。
电抗器就其磁路结构而言,有空气式电抗器和带间隙的铁心式电抗器两种。空气式电抗器无铁心,磁路主要由非铁磁材料(例如空气、变压器油等)构成,其磁导率μ≈μ0,是常数,不随负载电流变化而变化。带间隙的铁心式电抗器(以下简称铁心式电抗器)的磁路由带气隙(或油隙)的铁心柱构成,假若铁心柱中不设置一定长度的气隙,则其磁导将呈非线性,当负载电流超过一定数值时,铁心就会饱和,其磁导率会急剧下降,从而电感、电抗也就急剧下降,会影响电抗器所接系统的正常工作。电抗器按用途来分类主要有并联电抗器、消弧线圈、限流电抗器、饱和电抗器等。
谐波电流和并联谐波阻抗为
式中n为谐波次数;n为谐波源的第n次谐波电流;XS为系统等值基波短路电抗;XC为电容器组基波容抗;XL为串联电抗器基波电抗。 由于谐波源为电流源,谐波电压放大率与谐波电流放大率相等,故由式⑴整理推导可得谐波电压放大率
当式(2)谐波阻抗的分子的数值等于零时,即从谐波源看入的阻抗为零,表示电容器装置与电网在第n次谐波发生串联谐振,可得电容支路的串联谐振点 当式(2)谐波阻抗的分母的数值等于零时,即从谐波源看入的阻抗为∞,表示电容器装置与电网在第n次谐波发生并联谐振,并可推导出电容器装置的谐振容量QCX[4]为 系统及元件的参数如表1所示。
(2)避免谐振分析
计算电抗率选择6%时,发生3次、5次谐波谐振的电容器容量,将有关参数代入式(5),得3次、5次谐波谐振电容器容量分别为
由此可见, 2400 kvar的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器不会发生3次、5次谐波并联谐振或接近于谐振。
串联电抗器的额定端电压与串联电抗率、电容器的额定电压有关。该额定端电压等于电容器的额定电压乘以电抗率(一相中仅一个串联段时),10kV串联电抗器的额定端电压的选择见表4。
2.2 串联电抗器额定容量
串联电抗器额定容量等于电容器的额定容量乘以电抗率(单相和三相均可按此简便计算)。由此可见,串联电抗器额定端电压、额定容量均与电容器的额定电压、额定容量及电抗率有关。电容器的额定电压、额定容量本文不作详细分析,下面着重分析串联电抗率的选择。
2.3 电抗率选择的一般原则
(1)电容器装置接入处的背景谐波为3次
根据文献[4],当接入电网处的背景谐波为3次及以上时,一般为12%;也可采用4.5%~6%与12%两种电抗率。设计规范说的较含糊,实际较难执行。笔者认为,上述情况应区别对待:
1)3次谐波含量较小,可选择0.1%~1%的串联电抗器,但应验算电容器装置投入后3次谐波放大是否超过或接近国标限值,并且有一定的裕度。
2)3次谐波含量较大,已经超过或接近国标限值,选择12%或12%与4.5%~6%的串联电抗器混合装设。
(2)电容器装置接入处的背景谐波为3次、5次
1)3次谐波含量很小, 5次谐波含量较大(包括已经超过或接近国标限值),选择4.5%~6%的串联电抗器,忌用0.1%~1%的串联电抗器。