摘要：為進(jìn)一步搞好設(shè)備的配套改造，加強(qiáng)設(shè)備管理，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少整個(gè)供電系統(tǒng)設(shè)備的損耗，獲得*佳經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)備運(yùn)行方式，對抑制諧波串聯(lián)電抗器的選用進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述。本文主要對具體抑制諧波串聯(lián)電抗器的選用情況和TSC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償進(jìn)行了解析。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng) 功率因數(shù) 節(jié)能降耗 科學(xué) 諧波???理設(shè)備 TSC和TSF動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償
補(bǔ)償用并聯(lián)電容器對諧波電壓*為敏感，諧波電壓加速電容器老化，縮短使用壽命。諧波電流將使電容器過負(fù)荷、出現(xiàn)不允許的溫升，特別嚴(yán)重的是當(dāng)電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振時(shí)電流急速增加，開關(guān)跳閘、熔斷器熔斷、電容器無法運(yùn)行。為避免并聯(lián)諧振的發(fā)生，電容器串聯(lián)電抗器。它的電抗率按背景諧波次數(shù)選取。電網(wǎng)的背景諧波為5次及以上時(shí)，宜選取4.5% ~ 6%；電網(wǎng)的背景諧波為3次及以上時(shí)，宜選取12%
一、 電抗率K值的確定
1. 系統(tǒng)中諧波很少，只是限制合閘涌流時(shí)則選K=0.5~1%即可滿足要求。它對5次諧波電流放大嚴(yán)重，對3次諧波放大輕微。
2. 系統(tǒng)中諧波不可忽視時(shí)，應(yīng)查明供電系統(tǒng)的背景諧波含量，在合理確定K值。電抗率的配置應(yīng)使電容器接入處諧波阻抗呈感性。電網(wǎng)背景諧波為5次及以上時(shí)，應(yīng)配置K=4.5~6%。通常5次諧波*大，7次諧波次之，3次較小。國內(nèi)外通常采用K=4.5~6%。配置K=6%的電抗器抑制5次諧波效果好，但明顯的放大3次諧波及諧振點(diǎn)為204Hz，與5次諧波的頻率250Hz，裕量大。配置4.5%的電抗器對3次諧波輕微放大，因此在抑制5次及以上諧波，同時(shí)又要兼顧減小對3次諧波的放大是適宜的。它的諧振點(diǎn)235Hz與5次諧波間距較小。電網(wǎng)背景諧波為3次及以上時(shí)應(yīng)串聯(lián)K=12%的電抗器。在電抗器電容器串聯(lián)回路中,電抗器的感抗XLN與諧波次數(shù)虛正比；電容器容抗XCN與諧波次數(shù)成反比。為了抑制5次及以上諧波。則要使5次及以上諧波器串聯(lián)回路的諧振次數(shù)小于5次。這樣，對于5次及以上諧波，電杭器電容器串聯(lián)回路呈感性，消除了并聯(lián)諧振的產(chǎn)生條件；對于基波，電抗器電容器串聯(lián)回路呈容性，保持無功補(bǔ)償作用。如電抗器電容器串聯(lián)回路在n次諧波下諧振，則:
式中XCN/XLN為電抗率的倒數(shù)，不同的電抗率對應(yīng)不同的諧振次數(shù)或不同的諧振頻率，如表1所示。電抗器的電抗率以取6%為宜，可避免因電抗器、電容器的制造誤差或運(yùn)行中參數(shù)變化而造成對5次諧波的諧振。若電容器接入處，電網(wǎng)被污染嚴(yán)重，電抗率要另行計(jì)算。
Hz
如：K=4.5%則
；K=5%則
K=6%則
；K=7%則
K=12%則
表1 電抗率對應(yīng)的諧振次數(shù)或諧波頻率
電抗率 | 諧波次數(shù) | 諧波頻率Hz |
4.5% | 4.71 | 235.5 |
5% | 4.47 | 223 |
5.5% | 4.26 | 213 |
6% | 4.08 | 204 |
電容器串聯(lián)電抗器后，電容器端電壓會(huì)升高。為了便于分析。畫出電流、電壓向量圖，如圖表示。
圖 電抗器的設(shè)置、電流、電壓向量
以電流I為基準(zhǔn)，電抗器上壓降ULN超前電流90°，系統(tǒng)電壓UXN為兩者向量和：UXN=UCN-ULN。如電抗器電抗率為6%，則：
ULN=0.06UCN
UXN=(1-0.06)UCN
UCN=UCN/(1-0.06)=1.064UXN
電容器串聯(lián)電抗率為6%電抗器后，電容器端電壓為電網(wǎng)電壓的1.064倍
電容器允許產(chǎn)期運(yùn)行在1.1倍額定電壓下。因此，電容器端電壓升高6.4%是可以承受的。如電抗器電抗率為12%，電容器端電壓升高13.6%，應(yīng)當(dāng)選用額定電壓440V電容器。
串聯(lián)電抗器后回來電流也將增大，電抗率K=6%，電容器端電壓為電網(wǎng)電壓的1.064倍電流也增加到相同倍數(shù)。無功功率補(bǔ)償容量是增加還是減少？電容器端電壓升高無疑會(huì)增加無功功率補(bǔ)償容量。
（1）電容器無功功率補(bǔ)償容量Q’C
Q’C=（UCN/ UXN）2QC=(1.064UXN/UXN)2
Q’C=1.13QC
（2）電抗器消耗容性無功功率QL
QL=3I2XLN=3(1.064 UXN/UXN)2(0.06 XCN)
=1.0642×0.06×(3U2XN/XCN)=0.068QC
（3）實(shí)際無功功率補(bǔ)償容量：
Q’C－ QL=(1.13-0.068) QC=1.062 QC
從上式看出，電容器串聯(lián)電抗器后，無功功率補(bǔ)償不但沒有減少，反而增加6.2%。
二、電抗器的安裝位置
串聯(lián)電抗器無論裝在電源側(cè)或中性點(diǎn)側(cè)，從限制合閘涌流和抑制諧波來說都是一樣的。
電抗器裝在電源側(cè)時(shí)運(yùn)行條件苛刻，因它承受短路電流的沖擊，對地電壓也高（相對于中性點(diǎn)），因而對動(dòng)、熱穩(wěn)定要就高，鐵心電抗器有鐵心飽和之慮。
電抗器裝在中性點(diǎn)側(cè)時(shí)對電抗器要求相對低，一般不受短路電流的沖擊，動(dòng)、熱穩(wěn)定沒有特殊要，就承受的對地電壓低。可見它比安裝在電源側(cè)缺少了電抗器的抗短路電流沖擊的能力。
三、電抗器的結(jié)構(gòu)
電抗器的結(jié)構(gòu)形式主要有空芯和鐵芯兩種結(jié)構(gòu)。
鐵芯結(jié)構(gòu)的電抗器主要優(yōu)點(diǎn)是：損耗小，電磁兼容性叫好，體積小。缺點(diǎn)是：有噪音并在事故電流較大時(shí)鐵芯飽和失去了限流能力。當(dāng)干式鐵芯且采用氧樹脂鑄線圈的電抗器，其動(dòng)、熱穩(wěn)定性均很好，適合裝在柜中。油浸式鐵芯電抗器雖然體積大些，但噪音較小，散熱較好，安裝方便，適用于戶外使用。
空芯電抗器的主要優(yōu)點(diǎn)是：線性度好，具有很強(qiáng)的限制短路電流的能力而且噪音小。缺點(diǎn)是：損耗大，體積大。這種電抗器戶內(nèi)，戶外都適合，但不適合裝在柜中。在戶外安裝容易解決防止電磁感應(yīng)問題。*好采用分相布置“品”字形或“一”字形。這樣相間拉開了距離，有利于防止相間短路和縮小事故范圍。所以這種布置方式為優(yōu)選。當(dāng)場地受到限制不能分相布置時(shí)，可采用互相疊裝式產(chǎn)品。三相疊裝式產(chǎn)品的B相線圈繞線制方向?yàn)榉捶较蚴怪е^緣承受壓力，因此在安裝時(shí)一定按生產(chǎn)廠家的規(guī)定。
四、TSC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，它采用晶閘管開關(guān)（過零觸發(fā)），投切電力電容組，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。有效改善用電負(fù)荷的功率因數(shù)，具有顯著的節(jié)能效果。在TSC系統(tǒng)中采用串聯(lián)電抗器，可有效地防止諧波放大，有效的吸收大部分諧波電流，新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司是國際上**進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和濾波的公司。主要市場遍布國內(nèi)。2005年以來，已有數(shù)百套裝置在20于省市各行業(yè)中應(yīng)用。
所有的汽車廠，點(diǎn)焊機(jī)負(fù)荷變化極為快速，并且引發(fā)大量的無功功率，這種負(fù)荷經(jīng)常產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)、電壓閃變，導(dǎo)致電焊質(zhì)量差并影響焊接的生產(chǎn)效率，過電流會(huì)損壞電極及被焊接材料、而欠電流也會(huì)嚴(yán)重地影響焊接質(zhì)量。采用新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置能明顯地提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，穩(wěn)定電壓、消除閃變并能充分地利用現(xiàn)有的設(shè)備，減少基本費(fèi)用開支。
核心部件是控制器。由信號(hào)處理器DSP和VLSI電路為基礎(chǔ)，在每一個(gè)電網(wǎng)周期對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析1ms內(nèi)據(jù)算出所需無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，所有相的諧波分量同時(shí)都被計(jì)算出來，發(fā)出觸發(fā)信號(hào)確保5~20ms投切電容器組，AR型串7%的電抗器（平衡補(bǔ)償系統(tǒng)），或14%的電抗器（不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)），以防止電容器組與電網(wǎng)發(fā)生5次、3次諧波并聯(lián)諧振。
汽車工業(yè)點(diǎn)焊設(shè)備絕大多數(shù)是用380V電源，由二相供電（L1—L2、L2—L3或L3—L1）,通常三相負(fù)載的平衡問題在工廠供電設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮，把點(diǎn)焊機(jī)的供電布局接**衡，避免因三相不平衡而出現(xiàn)零序電流，所以在這種情況下通常采用三相平衡就可以了。參看歐美幾個(gè)大汽車公司的有關(guān)資料，點(diǎn)焊機(jī)的供電不平衡度為20%以下時(shí)，對供電網(wǎng)絡(luò)采用無功功率平衡補(bǔ)償無大礙，在不平衡度超過20%時(shí)，就應(yīng)該考慮選用不平衡補(bǔ)償。
新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司的三相不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)，補(bǔ)償電容器組額定電壓為480V，且電容器分為三組，為三角形接法，每組分別連接L1-L2、L2-L3、L3-L1。當(dāng)點(diǎn)焊機(jī)一??工作，控制器同步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)檢測分析，分別確定連接L1-L2、L2-L3、L3-L1電源上的點(diǎn)焊機(jī)所需的無功功率，并與設(shè)定的目標(biāo)值比較，在小于20ms內(nèi)投切對應(yīng)在L1-L2、L2-L3、L3-L1上的不同容量的電容器組，從而及時(shí)補(bǔ)償無功功率。
新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢，*重要的是補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間和補(bǔ)償電容器的接線方式。在國外公開資料中，只有新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司等少數(shù)公司能做到5-20ms投切全部電容器組，世界上其他有名廠家只能做到80ms或100ms投切一步電容器組。對于跨接在二相供電上的焊接系統(tǒng)的補(bǔ)償，*先進(jìn)、**的技術(shù)是新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司的三角形接法的三相不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)。
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河南逐鹿電力設(shè)備(集團(tuán))公司是專業(yè)從事電力變壓器、斷路器、箱式變電站、高低壓無功補(bǔ)償成套裝置、有源無源電力濾波補(bǔ)償裝置、專用諧波治理補(bǔ)償成套裝置等輸配電設(shè)備和電網(wǎng)電能諧波治理成套裝置研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的大型企業(yè)。集團(tuán)由中外合資河南逐鹿變壓器有限公司、中外合資新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司、河南逐鹿電器有限公司、新鄉(xiāng)中原變壓器有限責(zé)任公司和新鄉(xiāng)逐鹿變壓器波紋油箱廠五家控股（獨(dú)資）企業(yè)組成。集團(tuán)產(chǎn)品暢銷20多各省、市、自治區(qū)，先后服務(wù)于國家重點(diǎn)工程格爾木—拉薩鐵路和黃河二橋、深圳地鐵等重大項(xiàng)目，并遠(yuǎn)銷東南亞、蒙古國等多個(gè)國家和地區(qū)。集團(tuán)堅(jiān)持長期引進(jìn)國外技術(shù)，聘請多名國外專家到公司工作，與國內(nèi)清華大學(xué)、沈陽變壓器研究所等建立了長期的人才培養(yǎng)和技術(shù)合作關(guān)系，不斷壯大自身產(chǎn)品研發(fā)實(shí)力；建立了省級(jí)企業(yè)技術(shù)中心，擁有一支強(qiáng)大的科研人才隊(duì)伍，取得了多項(xiàng)國家**，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量、性能均達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。
新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司是從事高低壓輸配電設(shè)備及其相關(guān)產(chǎn)品制造的中外合資企業(yè)，公司的主要產(chǎn)品有組合式電力變電站、高低壓斷路器、高低壓開關(guān)柜及其相關(guān)產(chǎn)品、高低壓無功補(bǔ)償成套裝置、有源無源電力濾波補(bǔ)償裝置、專用諧波治理補(bǔ)償成套裝置等輸配電設(shè)備和電網(wǎng)電能諧波治理成套裝置等。公司利用現(xiàn)代化的企業(yè)管理方式，建立了從設(shè)計(jì)、加工、裝配到出廠的一整套嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系，并已通過ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證和“CCC”強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證，廣泛采用CAD參數(shù)化系統(tǒng)對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，配置以高等級(jí)的凈化裝配車間、先進(jìn)的生產(chǎn)加工設(shè)備、完善的檢測設(shè)備和檢驗(yàn)手段、**的員工素質(zhì)等上等資源，建立了優(yōu)良的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，確保了產(chǎn)品的先進(jìn)性和可靠性，使企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益排名始終處于較好的名次，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在河南省均為前列。