【電抗器原理】實例解析電抗器的串聯電抗器應用

      1、電抗器的串聯電抗器可借鑒的工程實例   
      根據電容裝置接入處電網背景諧波情況，因地制宜地選用串聯電抗器（電容器與串聯電抗器參數的正確匹配），以達到抑制諧波和確保裝置及其相連電網的安全運行，雖屬穩妥，但僅適用于后續的工程或者已建工程的技術改造。以下列舉電容裝置工程實例，提供借鑒的經驗：　　
 
      A、當電容裝置處3次（背景）電壓諧波含量已超過或接近于標準限值時，宜選用12％串聯電抗器。杭州220kV聞堰35kV2×18Mvar電容裝置改建工程采用此方案（原裝置系用6％串聯電抗器）。此方案優點能有效抑制3次諧波；缺點是損失12％無功補償容量，增加0．2％有功損耗（對應于0．2％電容裝置容量即有功損耗達72kW），以及串聯電抗器裝備投資高等等。　　
 
      B、當電容器裝置處的背景諧波以3、5次為主，且兩者含量均較大（包括其中之一已超標或接近標準限值），宜采用電抗率為12％與5％～6％串聯電抗器混裝方式，以保證抑制3次諧波放大為前提（據驗算，串接12％串聯電抗器的電容器組容量大于總裝置容量的15％即可，詳見文獻［1］，500kV房山變電站等多處電容裝置采用這種混裝方式。該方案優點是比全部串接12％方案可顯著降低無功與有功損耗，以及設備投資（因為串接5％～6％串聯電抗器的電容裝置容量可占總容量的80％左右），可獲得抑制3次和5次及以上諧波的良好效果；缺點是對投切程序要求先投12％的電容器組后投低電抗率的電容器組，切除則相反，其次是兩種不同額定電壓的電容器要慎防錯裝錯用。以上缺點是對該方案持疑議之所在。筆者認為利大于弊。　　
 
      C、當電容裝置處背景諧波以3次為主，5次及以上諧波含量較小，且經驗算電容裝置投入后雖引起3次諧波有所放大但未超標且有裕度，應選用0．1％～1％串聯電抗器（或采用阻尼式限流器，其中串聯電抗器電抗率為0．1％～0．5％）。東北電網樞紐變電所近年來新建的電容裝置大多選用1％及以下串聯電抗器，其中沈陽沙嶺變66kV60Mvar電容器組選用的進口干式空芯串聯電抗器，電抗率為0．13％［2］；浙江220kV躍新變（35kV電容裝置）［3］和福建220kV山兜變（10kV電容裝置）等20多所樞紐變電站大容量電容裝置，以及華東電網110kV及以下變電所成千組中小型電容裝置選用阻尼式限流器，除個別場所外（見下文）絕大多數電容裝置安全運行。不言而喻，該方案的優點是電容裝置中串聯電抗器的無功和有功損耗小，設備投資省，缺點是對電網諧波有所放大，要注意加強諧波監測管理。　　   

      D、當電容裝置處背景諧波以3、5為主，且含量已接近標準或超標，而3次諧波含量很小時，應選用5％～6％串聯電抗器，忌用0．1％～1％串聯電抗器。如浙江鄞縣110kV甲村變10kV電容裝置原配用阻尼限流器，后負荷性質發生變化，諧波源未采取治理措施，5、7次（背景）諧波電壓含量高達5．7％與3．5％以上，導致電容裝置發生諧振設備損毀。后將電容裝置改建為5次諧波濾波器，效果良好。　　
 
      E、對于新建的輸變電工程，無從得知電網背景諧波，電容裝置（尤其是分期擴容的電容裝置）宜選用阻尼式限流器，限流器中串聯電抗器的額定電流按電容器組的最終容量考慮選擇。至于防治諧波應在諧波源就地治理，該方案在浙江電網已有數處采用。   

      2、電抗器的串聯電抗器選用方案比較示例　　
      為了進一步說明串聯電抗器優選的必要性，以及通過優選可獲得顯著的技術經濟效益，特以110kV及以下變電所裝設10kV 3Mvar電容裝置工程為例，進行串聯電抗器選用方案比較。　　
 
      首先，了解到電容裝置接入電網的背景諧波以3次諧波或3、5次為主，且其含量為標準限值的50％以內，經驗算電容器串接阻尼式限流器（GZX－250／10）和6％串聯電抗器，雖對電網3次諧波有不同程度放大（后者大于前者，但前者對5次諧波也有所放大），但均未超標（包括電網電壓波形總畸變率）。因此，兩種方案在技術上都是可行。兩方案的裝置參數配置如表1所示。　　
 
      對兩種方案的設備投資（限流器或串聯電抗器的設備費），增補串聯電抗器的無功損耗所需的投資；年運行費用，包括串聯電抗器引起電能損失費用和設備折舊費等進行比較，如表2所示。　　
 
      從比較結果可見，電容器組配用阻尼式限流器比配用6％串聯電抗器，無論是設備投資，還是運行費用，都是顯著節省。尤其是6％串聯電抗器的有功損耗和無功損耗，分別是限流器的21．6倍和35．3倍。故對于已建設投運配用6％串聯電抗器的電容裝置，如更換配用限流器，只要運行半年多所節省的電費即可償還新購限流器的費用。   

      3、關于電抗器的串聯電抗器應用結論  
      A、電網3次諧波的普遍存在及其影響應引起高度重視。要特別注意防止大容量電容裝置對3次諧波的嚴重放大與發生諧振。
 
      B、電容裝置中串聯電抗器的選用，宜作技術經濟比較，在符合抑制諧波和確保裝置及其相連電網安全運行的前提下，應把節省設備投資和電能損耗作為優選原則。

      C、對于已建投運的電容裝置，要加強監測注意運行條件的動態變化，根據實際情況，對選用的串聯電抗器或阻尼式限流器作必要的更換調整（有時還涉及電容器的更換）。采用阻尼式限流器或0．1％～1％串聯電抗器者，要防止對5、7次諧波的嚴重放大或諧振；采用5％～6％串聯電抗器者，要防止對3次諧波的嚴重放大或諧振；凡不必采用5％及以上串聯電抗器者，宜換用阻尼式限流器，可獲取顯著的經濟效益。