抑制谐波串联电抗器选用情况和TSC动态无功补偿解析)

抑制谐波串联电抗器的选用情况和TSC动态无功补偿解析
摘要：为进一步搞好设备的配套改造，加强设备管理，实现供电系统的经济运行，减少整个供电系统设备的损耗，获得最佳经济效益的设备运行方式，对抑制谐波串联电抗器的选用进行了较为详细的阐述。

本文主要对具体抑制谐波串联电抗器的选用情况和TSC动态无功补偿进行了解析。

关键词：电网功率因数节能降耗科学谐波治理设备 TSC和TSF动态无功补偿补偿用并联电容器对谐波电压最为敏感，谐波电压加速电容器老化，缩短使用寿命。

谐波电流将使电容器过负荷、出现不允许的温升，特别严重的是当电容器组与系统产生并联谐振时电流急速增加，开关跳闸、熔断器熔断、电容器无法运行。

为避免并联谐振的发生，电容器串联电抗器。

它的电抗率按背景谐波次数选取。

电网的背景谐波为5次及以上时，宜选取4.5% ~ 6%；电网的背景谐波为3次及以上时，宜选取12%
一、电抗率K值的确定
1. 系统中谐波很少，只是限制合闸涌流时则选K=0.5~1%即可满足要求。

它对5次谐波电流放大严重，对3次谐波放大轻微。

2. 系统中谐波不可忽视时，应查明供电系统的背景谐波含量，在合理确定K值。

电抗率的配置应使电容器接入处谐波阻抗呈感性。

电网背景谐波为5次及以上时，应配置K=4.5~6%。

通常5次谐波最大，7次谐波次之，3次较小。

国内外通常采用K=4.5~6%。

配置K=6%的电抗器抑制5次谐波效果好，但明显的放大3次谐波及谐振点为204Hz，与5次谐波
的频率250Hz，裕量大。

配置4.5%的电抗器对3次谐波轻微放大，因此在抑制5次及以上谐波，同时又要兼顾减小对3次谐波的放大是适宜的。

它的谐振点235Hz 与5次谐波间距较小。

电网背景谐波为3次及以上时应串联K=12%的电抗器。

在
电抗器电容器串联回路中,电抗器的感抗X LN与谐波次数虚正比；电容器容抗X CN 与谐波次数成反比。

为了抑制5次及以上谐波。

则要使5次及以上谐波器串联回路的谐振次数小于5次。

这样，对于5次及以上谐波，电杭器电容器串联回路呈感性，消除了并联谐振的产生条件；对于基波，电抗器电容器串联回路呈容性，保持无功补偿作用。

如电抗器电容器串联回路在n次谐波下谐振，则:
式中X CN/X LN为电抗率的倒数，不同的电抗率对应不同的谐振次数或不同的谐振频率，如表1所示。

电抗器的电抗率以取6%为宜，可避免因电抗器、电容器的制造误差或运行中参数变化而造成对5次谐波的谐振。

若电容器接入处，电网被污染严重，电抗率要另行计算。

Hz
如：K=4.5%则；K=5%则
K=6%则；K=7%则
K=12%则
表1 电抗率对应的谐振次数或谐波频率
电容器串联电抗器后，电容器端电压会升高。

为了便于分析。

画出电流、电压向量图，如图表示。

图电抗器的设置、电流、电压向量
以电流I为基准，电抗器上压降U LN超前电流90°，系统电压U XN为两者向量和：U XN=U CN-U LN。

如电抗器电抗率为6%，则：
U LN=0.06U CN
U XN=(1-0.06)U CN
U CN=U CN/(1-0.06)=1.064U XN
电容器串联电抗率为6%电抗器后，电容器端电压为电网电压的1.064倍
电容器允许产期运行在1.1倍额定电压下。

因此，电容器端电压升高6.4%是可以承受的。

如电抗器电抗率为12%，电容器端电压升高13.6%，应当选用额定电压440V电容器。

串联电抗器后回来电流也将增大，电抗率K=6%，电容器端电压为电网电压的1.064倍电流也增加到相同倍数。

无功功率补偿容量是增加还是减少？电容器端电压升高无疑会增加无功功率补偿容量。

（1）电容器无功功率补偿容量Q’C
Q’C=（U CN/ U XN）2Q C=(1.064U XN/U XN)2
Q’C=1.13Q C
（2）电抗器消耗容性无功功率Q L
Q L=3I2X LN=3(1.064 U XN/U XN)2(0.06 X CN)
=1.0642×0.06×(3U2XN/ X CN)=0.068Q C
（3）实际无功功率补偿容量：
Q’C－Q L=(1.13-0.068) Q C=1.062 Q C
从上式看出，电容器串联电抗器后，无功功率补偿不但没有减少，反而增加6.2%。

二、电抗器的安装位置
串联电抗器无论装在电源侧或中性点侧，从限制合闸涌流和抑制谐波来说都是一样的。

电抗器装在电源侧时运行条件苛刻，因它承受短路电流的冲击，对地电压也高（相对于中性点），因而对动、热稳定要就高，铁心电抗器有铁心饱和之虑。

电抗器装在中性点侧时对电抗器要求相对低，一般不受短路电流的冲击，动、热稳定没有特殊要，就承受的对地电压低。

可见它比安装在电源侧缺少了电抗器的抗短路电流冲击的能力。

三、电抗器的结构
电抗器的结构形式主要有空芯和铁芯两种结构。

铁芯结构的电抗器主要优点是：损耗小，电磁兼容性叫好，体积小。

缺点是：有噪音并在事故电流较大时铁芯饱和失去了限流能力。

当干式铁芯且采用氧树脂铸线圈的电抗器，其动、热稳定性均很好，适合装在柜中。

油浸式铁芯电抗器虽然体积大些，但噪音较小，散热较好，安装方便，适用于户外使用。

空芯电抗器的主要优点是：线性度好，具有很强的限制短路电流的能力而且噪音小。

缺点是：损耗大，体积大。

这种电抗器户内，户外都适合，但不适合装在柜中。

在户外安装容易解决防止电磁感应问题。

最好采用分相布置“品”字形或“一”字形。

这样相间拉开了距离，有利于防止相间短路和缩小事故范围。

所以这种布置方式为首选。

当场地受到限制不能分相布置时，可采用互相叠装式产品。

三相叠装式产品的B相线圈绕线制方向为反方向使支柱绝缘承受压力，因此在安装时一定按生产厂家的规定。

四、TSC动态无功补偿，它采用晶闸管开关（过零触发），投切电力电容组，实现无功补偿。

有效改善用电负荷的功率因数，具有显著的节能效果。

在TSC系统中采用串联电抗器，可有效地防止谐波放大，有效的吸收大部分谐波电流
所有的汽车厂，点焊机负荷变化极为快速，并且引发大量的无功功率，这种负荷经常产生较大的电压波动、电压闪变，导致电焊质量差并影响焊接的生产效率，过电流会损坏电极及被焊接材料、而欠电流也会严重地影响焊接质量。

采用新乡逐鹿协力电力设备有限公司动态补偿装置能明显地提高焊接质量及生产效率，稳定电压、消除闪变并能充分地利用现有的设备，减少基本费用开支。

核心部件是控制器。

由信号处理器DSP和VLSI电路为基础，在每一个电网周期对所有的数据进行分析1ms内据算出所需无功补偿的技术，所有相的谐波分量同时都被计算出来，发出触发信号确保5~20ms投切电容器组，AR型串7%的电抗器（平衡补偿系统），或14%的电抗器（不平衡补偿系统），以防止电容器组与电网发生5次、3次谐波并联谐振。

汽车工业点焊设备绝大多数是用380V电源，由二相供电（L1—L2、L2—L3或L3—L1）,通常三相负载的平衡问题在工厂供电设计时就已经考虑，把点焊机的供电布局接近平衡，避免因三相不平衡而出现零序电流，所以在这种情况下通常采用三相平衡就可以了。

参看欧美几个大汽车公司的有关资料，点焊机的供电不平衡度为20%以下时，对供电网络采用无功功率平衡补偿无大碍，在不平衡度超过20%时，就应该考虑选用不平衡补偿。