串联电抗器的作用

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，提高了系统的安全、稳定性能。

1.5减少电容器组向故障电容器组的放电电流，保护电力电容器。

当投运的无功补偿电容器组为多个支路时，其中一组电容器出现故障时其它在运行的电容器组会通过故障电容器放电，串联电抗器可以有效减少这种放电涌流，保证保护装置切断故障电容器组的可能性。

1.6减少电容器组的投切涌流，降低涌流暂态过程的幅值，有利于接触器灭弧。

接触器投切电容器的过程中都会产生涌流，串联电抗器可以有效抑制操作电流的暂态过程，有利于接触器触头的断开，避免弧光重燃，引起操作过电压。

降低过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或绝缘老化。

1.7减小操作电容器组引起的过电压幅值，避免电网过电压保护。

接触器投切电容器的过程中都会产生操作过电压，串联电抗器可以有效抑制接触器触头重击穿现象出现，降低操作过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或加速绝缘老化。

随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。

产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。

这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。

电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。

在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。

在并联电容器装置接入母线处的谐波“污染”暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。

在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效和可行的方法。

串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。

但是串联电抗器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。

随着越来越多的负荷对电能质量的要求越来越高，电能质量的概念越来越深入人心，国内经济发达的地区如北京、上海、广东、江苏等地区在电容器组补偿支路中串入电抗器已经得到了普及，在无功补偿支路中串入电抗器是趋势，也是必然。

2电抗器的选择2.1电抗率的选择■补偿装置接入处的背景谐波为3次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。

只有3次等零序谐波不需要补偿时也可以选择零序滤波电抗器。

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。

3次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，一般为12%；也可采用4.5%～6%与12%两种电抗率的串联电抗器混合装设。

■补偿装置接入处的背景谐波为3次、5次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。

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。

■补偿装置接入处的背景谐波为5次、7次及以上(中频冶炼、电镀、轧机、工业炉、单晶炉等大部分工业负荷为此类负荷)5次谐波含量较小，应选择4.5%～6%的串联电抗器。

5次谐波含量较大，应选择4.5%的串联电抗器。

■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。

■补偿装置接入处的特征次背景严重超过了国标限值，需要谐波治理达到国标要求的需要经过专业的技术人员进行滤波设计并特殊定做滤波电抗和其它滤波组件负荷容量和配电变压器容量相当时选择并联型无功补偿兼谐波治理装置。

负荷容量远小于配电变压器时选择串联型无功补偿兼谐波治理装置。

2.2电抗器类型的选择电抗器按照结构的不同分为油浸式铁芯电抗器、干式铁芯电抗器、干式空芯电抗器、干式半芯电抗器、干式磁屏蔽电抗器，不同类型的电抗器互有优缺点，需要根据用电现场情况斟酌选择。

理想的电抗器应是有如下特点：无油、无噪音、体积小、线性度好、无漏磁、过流能力强、结构稳定、耐候性强等■铁芯电抗器体积小、漏磁小，损耗小，可以装高压柜内，但噪声大，线性度差，有漏磁局部过热的可能，易发生磁饱和，烧毁线圈。

系统过压、过流和谐波的影响，致使铁芯过饱和电抗值急剧下降，抑制谐波的能力下降，抗短路电流能力低。

干式铁芯式电抗器除上述缺点外，还不能在室外运行。

■干式空芯电抗器线性度好，噪声小，过流能力强，散热能力强，机械结构简单、坚固，户内外都可使用，基本免维护，但体积大，占地面积大，漏磁范围广，对周围的用电设备电磁干扰大，有功损耗较高。

■半芯电抗器半芯电抭器是介于铁芯电抭器和空芯电抗器之间的一种新型电抭器，结构简单、线性好、噪音小、维护方便，比空心电抗器体积小、重量轻、损耗小，但由于采用了非线性材料铁芯、其电磁特性会呈现一定的非线性，严重时将不能保证电抗特性的线性度，且可能产生较大的谐波电流，对电网造成危害。

在空芯电抗器绕组内加上不闭合磁路的铁芯，使半芯电抗器具有铁芯电抗器和空芯电抗器的优点。

组成全新的半芯电抗器，半芯电抗器线圏直径比空芯电抗器直径小20%电抗器损耗低25%，线性度接近于直线，阻抗不随电流增加而减小，噪声低于50db。

便于在柜内安装，是无功补偿比较好的串联电抗器。

■磁屏蔽电抗器在空心电抗器的基础上加上内外铁芯，保留空心电抗器的优势，减少电抗器的漏磁，减少电抗器的占地面积，但是磁屏蔽电抗器的贴心是不闭合的，其上、下两端的磁路是相当长的空气段，这两处仍有部分漏磁，显然，只要加高铁芯屏蔽罩的高度，端部的漏磁就会有很大改善，但这样做将会增大工艺的难度。

【附注1】滤波电抗器的调谐度c c L AX X n L X ===21ω 式中： A －调谐度（%） L X －电抗值（Ω）C X －容抗值（Ω） n －谐波次数L －电感值（μH ） ω－314=πf 2 各次谐波滤波电抗器的电抗率：3次谐波为11.12%； 5次谐波为4%；7次谐波为2.04%； 11次谐波为0.83%；高次谐波为0.53%；串联滤波按上述调谐度配置电抗器，可满足滤除各次谐波；并联滤波为了避免在特征次谐波处与系统发生并联谐振，一般调偏一些。

滤波电抗器设计时需要考虑充分的谐波裕度，当流过大量高次谐波时，铁芯电抗器很容易发生磁饱和，电抗率下降，进而放大高次谐波，引起系统谐振。

【附注2】投切电容器组时的涌流 ★无串联电抗器时的投入单组电容器的涌流Q S I I n2= 式中： n I —电容器组的额定电流（方均根值），A ；S ：—电容器安装处的短路容量，MV A ； Q ：—电容器的容量，Mvar ； ★追加投入而与近旁已运行的电容器组并联时：Lc X X U I 2=式中： U —相电压，V ； 321210)11(3−×+=Q Q U X c 拟投入和已运行电容器组每相串联容抗，Ω；1Q —接入的电容器组的容量，kvar ； 2Q —运行的电容器组的总容量，kvar ； ★同一电抗率的电容器组投入或追加投入时，涌流⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=111*0Q Q k I I n β 式中： β—电源影响系数。

d kS Q+−=111β0'Q Q Q += 0Q —投入的电容器组容量，Mvar ； 'Q —运行的电容器组总容量，Mvar n I —电容器组的额定电流（方均根值），A ；Q —同一母线上装设的电容器组总容量，Mvar 。

★ 两种电抗率的多组电容器追加投入时，涌流计算如下： 1. 投入的电容器组电抗率为1k ，当满足321<d S k Q 时，⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=11*1k I I n 2. 投入的电容器组电抗率为1k ，另一种电抗率为2k ，当满足321≥d S k Q ，且322<d S k Q 时，涌流仍应按上式计算。

【附注3】谐波放大率计算谐波电流和并联谐波阻抗为：n X nX nX nX I I c l s s c /−+= nX nX nX n X nX I I c l s c l s //−+−= n X nX nX n X nX nX Z c l s c l s /)/(−+−= 谐波放大率：1)(122−+−=K s n K n F 式中： d c C s S Q X X s //==，d S 装置接入处的短路容量，c Q 装置容量；电抗率C l X X K /=。