铁心串联电抗器电抗值浅析

铁心串联电抗器电抗值浅析

摘要：分析了影响铁心串联电抗器电抗值的因素，对工程上选用铁心串联电抗器的依据进行了讨论。

关键词：串联电抗器、铁心、电抗值

1 前言

近年来干式铁心串联电抗器因其特有的技术优势-----体积小，安装方便，绝缘性能好，漏磁干扰小，安全可靠,无油污,免维护等优点，在电力系统中迅速推广使用。

作为一种带铁心的电感性设备, 其电抗值饱和问题倍受关注, 在文献[3]中对其电抗值规定为”1.8倍额定电流下电抗值下降不超过5%”.在工程应用上, 常常有这样的疑问: 满足上述标准的铁心串联电抗器还要担心饱和问题吗? 依据是什么? 本文就此进行分析。

2 对串抗电抗值的要求

2.1 串抗的主要用途

用途一从电容器补偿回路来分析, 串抗是一个电感器件, 可以限制电容器组合闸涌流，起阻尼作用。一般电抗率在1％以内[2] ；

用途二从所接入的电网来分析, 选择电抗器的恰当电抗率, 额定运行时可以起到滤除电网谐波的作用; 电抗率由谐波频率决定，如K=12%, 可滤除3次谐波; 如K=4.5% ,可滤除5次谐波；

用途三既要求在额定运行条件下起滤波作用，也要求能限制合闸涌流，这时要求电抗器电抗值既满足滤波条件，又满足限制合闸涌流的条件；

第三种用途最为普遍，第二种用途也有较多应用，单纯属于第一种用途的情况比较少，因为电网含谐波的情况更多。

2.2对串抗电抗值的要求

串抗接入后起滤波作用时，要求电容和电感组成的LC回路的

图1 电容补偿回路接线示意图

参数能相配合，对特定频率的谐波电流形成低阻抗通道，并使综合谐波阻抗呈感性；接线示意图见图1。

串抗接入后起限制涌流作用时，要求能将合闸时的涌流限制在额定电流的20倍以内[2]。

3.2串抗、限抗电抗值要求上的差异

串抗限制合闸涌流的功能和限抗限制系统短路电流的功能原理上相同，都是利用电感特性。由于二者所要限制的电流的性质存在较大差异，对电抗值参数的要求也不同。区别列于表1。

表1 串抗与限抗在限流功能上的区别

对比项目限抗串抗

所限制的电流系统短路电流电容器合闸涌流

电流作用时间2~4 秒10多毫秒

保护对象母线上所接的电力设备主要是电容器组

对电抗值的要求电抗呈线性即使饱和也要能限制

涌流倍数在20以内限抗的作用是降低系统短路的电流倍数, 短路电流作用时间一般为2~4秒, 要求其流过短路电流时仍保持电抗值不变, 即限抗要有非常好的电抗线性度，因此, 限抗一般选空心电抗器;

串抗与电容器组相串联，在电容器合闸时, 过渡过程极短(10几毫秒)[1], 此时要求串抗能起阻尼作用。由于较小的电抗值就可起阻尼作用，对电抗率4.5% 6% 12%的铁心串抗, 从下文的分析可知即使电抗值因铁心饱和下降了, 如电抗值仍达到一定数值，也能起阻尼作用。

3.3铁心串联电抗器参数的分析

3．1计算限制涌流所需的最低电抗值X L-min

依文献[2]附录B中B.0.1式, 可计算限制涌流在20倍电容器额定电流时所需的电抗率。计算结果得K＝0.278%(假定电源影响系数为0)。对电容参数已知的电容补偿回路，Xcn已知，X L-min 取值为K·Xcn。

例如电容补偿回路参数为：电容器组容量5000 kvar; 电容器额定端电压11/√3 kV; 额定电流262.4 A; 额定容抗Xcn = 11000/√3 / 262.4 = 24.2 Ω/相; 计算限制涌流所需的最低电抗值X L-min= K·Xcn = 0.068Ω/相

3.4限制涌流时串抗参数选取、验算和分析

若限制涌流时电抗率取1%，对应额定工频下的电抗值为0.242 欧下面进行验算：电容器合闸时, 涌流频率为：fy =50√(100/1) = 500 Hz (参见文献[1]附录二) 不考虑饱和影响，合闸涌流下理想电抗值：0.242X500/50=2.42 欧。根据文献[1]，合闸时电抗值仍可达到非饱和下理想值的20%以上，若按20%计, 有2.42X20% = 0.484 欧,对应电抗率K=0.2%。假设线路长60米, 按1μH/m计及回路连接电感[2]后, 回路电抗率达到0.278%。可见，合闸时电抗值受到了铁心饱和及涌流频率的双重影响，电抗率仍能达到限制涌流的要求。

当电网的滤波可以忽略时，投入电容器组时仅按限制涌流来选配串抗，在工程上有实际的经济意义。在额定运行条件下，电抗器会以同等容量抵消电容的补偿能力，所以限制合闸涌流宜选电抗率1％的电抗器。

3.5滤波时串抗参数选取、验算和分析

电容器组参数如上例, 若要滤除5次谐波，此时电抗率取4.5%，对应分析参数如表2。

表2 铁心串抗分析(K=4.5%)

运行状态稳态时合闸时

分析项目额定

电抗

谐波

感抗

谐波

容抗

综合谐

波阻抗

涌流频

率

涌流频

率下不

计及饱

和的电

抗值

涌流

频率

下计

及饱

和的

电抗

值

限制涌

流所需

最小电

抗值

50Hz

Ω

50 Hz

Ω

50 Hz

Ω

250Hz

Ω

Hz 235 Hz,

Ω

235

Hz,Ω

235 Hz,

Ω

数值

1.09 5.45 4.84 0.61 235 5.12 1.02 0.242

见注①见注

②

见注

③

感性

见注④

见注⑤见注⑥见注

⑦

见注⑧

判断对 5 次谐波形成低阻抗通

道, 呈感性, 满足滤波要求0.9%>0.278%, 满足限制合闸涌流要求

注①24.2 X 4.5% = 1.089 Ω/相④5.445-4.84= 0.605 呈感性

②1.089X5=5.45 Ω/相⑤fy =50√(100/4.5) = 235 Hz

③24.2/5 = 4.84 Ω/相⑥1.09X235/50=5.12 Ω/相

⑦根据文献[1]计算，合闸时电抗值仍可达到非饱和下理论值的20%以上，若按20%计, 有5.12X20% = 1.02 欧，对应电抗率为0.9% 。

⑧见3.1中计算结果

考虑滤波作用时，投入电容器组时需按LC参数配合来选串抗，电抗率主要在 4.5%及以上。滤波作用是对稳态而言的，稳态时，感抗和容抗的配合关系始终存在, 所以能滤除谐波; 合闸时电抗器受到了铁心饱和及涌流频率的双重影响，其电抗值仍能达到限制涌流的要