显然,In=En/nXB+(nXL-XC/n) (1)
对于一般电路来说,起主要作用的是3、5、7、11 等次谐波。在式(1)中,若使nXL-XC/n=0,
则当n=3时,XL=0.11XC
则当n=5时,XL=0.04XC
则当n=5时,XL=0.02XC
从式(1)可以看出,当nXL-XC/n>0即电容器组回路呈感性时,可使谐波电流减小,因此抑制谐波电流的电抗值应满足nXL-XC/n>0的条件,又考虑到电抗值应有一定余量,工程上常取可靠系数为1.5,因此串联电抗器的电抗值应按下式选取:
XL=aXC (2)
如限制5次谐波电流,则应取:
XL=1.5(0.04XC)=0.06XC
则:XL/XC=0.06
式中0.06为限制5次谐波电流时,电抗器工频额定电抗XL与电容器工频额定容抗XC的比值,称为电抗率,用字母K表示。
即:K= XL/XC (3)
在5次谐波时,由式(3)可知,电抗率K=6%时,才能补偿支路的5次以上谐波电抗呈感性,才能有效地抑制高次谐波,并将合闸涌流限制在5倍额定电流左右。
综上所述,对于额定频率为50Hz和60Hz的电力系统中,无功补偿装置在不同场合的电抗率选择如下:
XL=0.1%~1%·XC — 不考虑谐波影响,仅需抑制合闸涌流;
XL=4.5%~6%·XC — 限制5次以上高次谐波的影响;
XL=12%~13%·XC — 限制3次以上高次谐波的影响。
5 电抗率选择的一般规律
(1)电容器装置接入处的背景谐波为3次
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;
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;
3)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。
(3)电容器装置接入处的背景谐波为5次及以上
1)5次谐波含量较小,应选择4.5%~6%的串联电抗器;
2)5次谐波含量较大,应选择4.5%的串联电抗器;
(4)对于采用0.1%~1%的串联电抗器,要防止对5次、7次谐波的严重放大或谐振;对于采用4.5%~6%的串联电抗器,要防止对3次谐波的严重放大或谐振。
6 结束语
本文分析了在电网系统中谐波的产生和构成成分,论述了谐波对电网系统的危害。进而介绍带串联电抗器的无功补偿对电网谐波具有抑制作用,分析、研究其电气性能,作出相关的设计和计算方法,给出了在不同场合中电抗率的选择,在最后提供几点在工程上的经验总结,给出电抗率选择的一般规律。随着电力工业的迅速发展,为节约能源,改善供电品质,提高无功补偿水平。在电容器组中采用串联电抗器是一种行之有效的好办法,这不仅能解决简单电容器补偿的过流、过压问题,也可以解决多支路无源滤波器的过载问题。对于已经投运的电容器装置,其串联电抗器选择是否合理需进一步验算,并组织现场实测,了解电网谐波背景的变化。要注意现场应用条件,按现场条件与要求进行设计才能达到预期的效果。