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解谐电抗器在TSC电路中的应用

导读: 解谐电抗器在TSC电路中的应用有效的避免了传统随机补偿易发生并联谐振的危险。相反,在选择不同电抗率的解谐电抗器后,补偿支路无功功率可能还会增加。在选择解谐电抗器时,额定电流应大于补偿回路电流,电容器耐压大于原电网电压,在设计时应加以考虑。

1 引言
       无功功率对供电系统和负载的运行都是十分重要的,无功功率如果都要由电网提供并经过长距离传送是不合理的,也是不可能的。而晶闸管投切电容器-TSC是一种性能优良的无功补偿方式。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%-14%。
2 电抗率K的确定
       电抗率是指串联电抗器的相感抗XLN占电容器相容抗的XCN的百分比,当系统中谐波很少时,只是用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流,可以选K=0.5-1%即可满足要求。当查明供电系统的谐波含量后,再确定K值。配置电抗率时应注意使电容接入处谐波阻抗呈感性,而对基波呈容性,保持无功补偿作用。电网谐波为5次及以上时应配置K=4.5-6%为宜。配置K=6%电抗器抑制5次谐波效果好。
  如电抗器电容器串联回路在n次谐波下谐振则

  式中XCN/XLN为电抗率的倒数,不同电抗率对应不同的谐振次数或谐振频率。如抑制3次及其以上的谐波应选择K=12-14%为宜。

      表一 上海鹰峰电子公司K=14%解谐电抗器部分选型表


3.解谐电抗器设计时的技术要求,例如

  额定电压:690V
  额定容量:15KVar
  设计标准:GB/T 10229-1988 JB5346-1998
  线性范围:L≥0.95Ln (2倍额定电流时,电感误差小于5%)
  调整精度:LN的-2%...+3%(任意两相间电抗值之差不大于2%)
  过载能力:1.35倍过载能力下长期安全运行 
  绝缘水平:Un≤1100V(线对线电压) 
  温升限值 :60K
  冷却方式 :自然冷却(AN)
  防护等级:IP00
  损耗: ≤2KW
4.加入解谐电抗器后对TSC电路的影响


  用晶闸管控制投切电容器组,实现无功补偿量的调节。因为晶闸管投切速度快(us 级),称“动补”
  优点:快速动态调节补偿量,电流冲击小,投切延时短,无噪声
  缺点:无谐波抑制能力,造价比接触器投切电容器装置贵
  属动态补偿,技术已成熟,正在被推广应用
  图1是三相TSC基本原理图,两个反并联的晶闸管起着把电容C并入电网或从电网断开的作用。TSC运行时选择晶闸管投入时刻的原则是,该时刻交流电源电压应和电容器预先充电的电压相等。这样,电容器电压不会跃变,不会产生冲击电流。一般在晶闸管电流为零时投入电网,以后每半个周波轮流触发两晶闸管电路持续导通。 当电容器接入电网后,要关断该支路时,一般在某一晶闸管电流为零时,撤除另一支晶闸管的触发脉冲,就可以将该电路从电网中切除。TSC电路也可以采用晶闸管和二极管反并联的方式。优点是由于二极管的作用在电路不导通时,电容电压会始终维持在电源电压峰值。
  图2是此时电路的相量图,假设此时电抗率14%,则
                                     ULN=0.14UCN
                                     UXN =(1-0.14)UCN
                                     UCN= UXN/(1-0.14)=1.16 UXN
  可见,电容器端电压升高16%,回路电流也增加到相同倍数。
  总的无功功率补偿容量是增加还是减少?
  (1) 电容器无功功率补偿容量Q''C
  Q''C =( UCN / UXN)2QC=1.162QC
  (2)电抗器消耗无功功率QL
  QL=3I2XLN=3(1.16Uxn/Xcn)2 *0.14XCN =0.565QC
  (3)实际无功功率补偿容量
  Q''C-QC =0.78QC
  同理,可计算出电抗率K=6%电容器端电压为1.064倍电网电压,无功功率补偿容量Q''C =1.062 QC 从以上计算可以看出TSC中加入K=6%的解谐电抗器后,无功功率补偿容量增加了,而加入K=14%解谐电抗器的无功功率补偿容量减小了。


 5.结语
  解谐电抗器在TSC电路中的应用有效的避免了传统随机补偿易发生并联谐振的危险。相反,在选择不同电抗率的解谐电抗器后,补偿支路无功功率可能还会增加。在选择解谐电抗器时,额定电流应大于补偿回路电流,电容器耐压大于原电网电压,在设计时应加以考虑。
 

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