无功补偿串联电抗器的作用

配电网无功补偿电容器组串联电抗器的选择

雷赛衡1,鲁铁成1,张 博1,王文岱2(11武汉大学电气工程学院,武汉430072;21武汉大学计算机学院,武汉430072)摘 要:为合理选取无功补偿电容器组串联电抗器的电抗率,使电容器组安全经济地运行,结合电路分析与ATP)EMTP程序仿真计算研究了电抗率对电容器组上合闸过电流、分闸过电流、高次谐波过电流以及合闸过电压、重燃过电压等的影响,得到电抗率大小与上述各种过电压、过电流间的关系曲线和不同运行条件下电抗器的最佳取值并提出了采用了可调电抗器和根据系统具体运行条件调节电抗率的建议。关键词:无功补偿电容器;串联电抗器;谐波放大;合闸过电流中图分类号:TM471 文献标识码:A 文章编号:1003-6520(2004)10-0029-03SelectionofSeriesReactorsinReactiveCompensationCapacitorsDeviceinPowerDistributionNetworksLEISaiheng,LUTiecheng,ZHANGBo,WANGWendai(11SchoolofElectricalEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072,China;21SchoolofComputer,WuhanUniversity,Wuhan430072,China)Abstract:Inordertoselectreactanceratioofseriesreactorsinreactivecompensationcapacitorsbankproperlytoensuresafetyofthecapacitors,bymethodsofcircuitanalysisandATP-EMTPsimulation,theinfluencesofreactanceratioonswitchinginrushcur-rent,highfrequencyharmonicsovercurrent,switchinginrushvoltage,andre-fireovervoltageetc.iscalculatedandanalyzedTherelevantcurvesbetweenreactanceratioandtheinrushcurrents/inrushvoltagesmentionedabovearegiven.Theoptimumratioisdeterminedundervariousoperationconditions.Aproposalismadeforapplicationofadjustablereactors,thereforeitispossibletoregulatethereactanceratioinaccordancewithactualoperationconditions.Keywords:reactivecompensationcapacitors;seriesreactors;harmonicsamplification;inrushcurrent

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第 1 页 共 4 页 草稿：吴军营 1电抗器的作用

串联电抗器顾名思义就是指串联在电路中电抗器(电感)，无功补偿和谐波治理行业内的串联电

抗器主要是指和电容器串联的电抗器，电抗器和电容器串联后构成谐振回路，起到消谐或滤波的

作用，而电抗器在谐振回路中起的作用如下：

1.1 降低电容器组的涌流倍数和涌流频率。

降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，以保护电容器和便于选择配套设备。加装串联电抗器

后可以把合闸涌流抑制在1+电抗率倒数的平方根倍以下。国标GB50227-2008要求应将涌流限制

在电容器额定电流的20倍以下(通常为10倍左右)，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联

电抗器的伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时，采用限制涌流的电抗器；电抗率在0.1%－1%

左右即可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗，而且电抗器的体积小、

占地面积小、便于安装在电容器柜内。采用这种电抗器是即经济，又节能。

1.2 与电容器组构成全谐振回路，滤除特征次谐波。

串联滤波电抗器感抗与电容器容抗全调谐后，组成特征次谐波的交流滤波器，滤去某次特征

次谐波，从而降低母线上该次谐波的电压畸变，减少线路上特征次谐波电流，提高网络同母线供

电的电能质量。

1.3 与电容器组构成偏谐振回路，抑制特征次谐波。

先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围电力用户有无大型整流设备、电弧炉、轧钢机等

能产生谐波的负荷，有无性能不良好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际

值，再根据实际谐波成分来配置合适的电抗器。

1.4 提高短路阻抗，减小短路容量，降低短路电流。

无功补偿支路前置了串联电抗器，当出现电容器故障时，例如电容器极板击穿或对地击穿，

系统通过系统阻抗和串联电抗器阻抗提供短路电流，由于串联电抗器阻抗远大于系统阻抗，所以

有效降低了电容器短路故障时的短路容量，保证了配电断路器断开短路电流可能，提高了系统的

无功补偿电容器串联电抗器的选用

在高压无功补偿装置中，一般都装有串联电抗器，它的作用主要有两点：1）限制合闸涌流，使其不超过20倍；2）抑制供电系统的高次谐波，用来保护电容器。因此，电抗器在无功补偿装置中的作用非常重要。

然而，串抗与电容器不能随意组合，若不考虑电容装置接入处电网的实际情况，采用“一刀切”的配置方式（如电容器一律配用电抗率为5％～6％的串抗），往往适得其反，招致某次谐波的严重放大甚至发生谐振，危及装置与系统的安全。由于电力谐波存在的普遍性，复杂性和随机性，以及电容装置所在电网结构与特性的差异，使得电容装置的谐波响应及其串抗电抗率的选择成为疑难的问题，也是人们着力研究的课题。电容器组投入串抗后改变了电路的特性，串抗既有其抑制涌流和谐波的优点，又有其额外增加的电能损耗和建设投资与运行费用的缺点。所以对于新扩建的电容装置，或者已经投运的电容装置中的串抗选用方案，进行技术经济比较是很有必要的。虽然现有的成果尚不足为电容装置工程设计中串抗的选用作出量化的规定，但是随着研究工作的深入，实际运行经验的积累，业已提出许多为人共识的见解，或行之有效的措施，或可供借鉴的教训。

下面总结电容器串联电抗器时，电抗率选择的一般规律。

1. 电网谐波中以3次为主

根据《并联电容器装置设计规范》，当电网谐波以3次及以上为主时，一般为12%；也可根据实际情况采用4.5%~6%与12%两种电抗器：（1）3次谐波含量较小，可选择0.5%~1%的串联电抗器，但应验算电容器投入后3次谐波放大量是否超过或接近限值，并有一定裕度。（2）3次谐波含量较大，已经超过或接近限值，可以选用12%或4.5%~6%串联电抗器混合装设。

2. 电网谐波中以3、5次为主

（1）3次谐波含量较小，5次谐波含量较大，选择4.5%~6%的串联电抗器，尽量不使用0.1%~1%的串联电抗器；（2）3次谐波含量略大，5次谐波含量较小，选择0.1%~1%的串联电抗器，但应验算电容器投入后3次谐波放大是否超过或接近限值，并有一定裕度。

２００４年１Ｏ月　高电压技术　第３Ｏ卷第１Ｏ期·２９·　

配电网无功补偿电容器组串联电抗器的选择　

雷赛衡　，鲁铁成　，张博　，王文岱　

（１．武汉大学电气工程学院，武汉４３００７２；２．武汉大学计算机学院，武汉４３００７２）　

摘要：为合理选取无功补偿电容器组串联电抗器的电抗率，使电容器组安全经济地运行，结合电路分析与　ＡＴＰ－－ＥＭＴＰ程序仿真计算研究了电抗率对电容器组上合闸过电流、分闸过电流、高次谐波过电流以及合闸过电　压、重燃过电压等的影响，得到电抗率大小与上述各种过电压、过电流间的关系曲线和不同运行条件下电抗器的最　佳取值并提出了采用了可调电抗器和根据系统具体运行条件调节电抗率的建议。　关键词：无功补偿电容器；串联电抗器；谐波放大；合闸过电流　中图分类号：ＴＭ４７１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—６５２０（２００４）１０—００２９—０３　

Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｒｉｅｓ　Ｒｅａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ　

Ｄｅｖｉｃｅ　ｉｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　

Ｉ　ＥＩ　Ｓａｉｈｅｎｇ，ＬＵ　Ｔｉｅｃｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｂｏ，ＷＡＮＧ　Ｗｅｎｄａｉ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｅｌｅｃｔ　ｒｅａｃｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ　ｂａｎｋ　ｐｒｏｐｅｒｌｙ　ｔｏ　ａｎ—　

ｓｕｒｅｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，ｂｙ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ＡＴＰ－ＥＭＴＰ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｒｅａｃｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎｒｕｓｈ　ｃｕｒｒｅｎｔ，ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｏｖｅｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ，ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎｒｕｓｈ　ｖｏｌｔａｇｅ，ａｎｄ　ｒｅ－ｆｉｒｅ　ＯＶ—　ｅｒｖｏｌｔａｇｅ　ｅｔｃ．ｉＳ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　Ｔｈｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｃｕｒｖｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｒｅａｃｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｒｕｓｈ　ｃｕｒｒｅｎｔｓ／ｉｎｒｕｓｈ　ｖｏｌｔａｇｅｓ　ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ　ａｂｏｖｅ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ａ　ｐｒｏｐｏｓ—　ａ１　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｆｏｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｒｅａｃｔｏｒｓ。ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ｉｔ　ｉｓ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｔｏ　ｒｅｇｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ　ｉｎ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ａｃｔｕａ１　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ；ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅａｃｔｏｒｓ；ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｉｎｒｕｓｈ　ｃｕｒｒｅｎｔ