【电抗器原理】实例解析电抗器的串联电抗器应用

      1、电抗器的串联电抗器可借鉴的工程实例   
      根据电容装置接入处电网背景谐波情况，因地制宜地选用串联电抗器（电容器与串联电抗器参数的正确匹配），以达到抑制谐波和确保装置及其相连电网的安全运行，虽属稳妥，但仅适用于后续的工程或者已建工程的技术改造。以下列举电容装置工程实例，提供借鉴的经验：　　
 
      A、当电容装置处3次（背景）电压谐波含量已超过或接近于标准限值时，宜选用12％串联电抗器。杭州220kV闻堰35kV2×18Mvar电容装置改建工程采用此方案（原装置系用6％串联电抗器）。此方案优点能有效抑制3次谐波；缺点是损失12％无功补偿容量，增加0．2％有功损耗（对应于0．2％电容装置容量即有功损耗达72kW），以及串联电抗器装备投资高等等。　　
 
      B、当电容器装置处的背景谐波以3、5次为主，且两者含量均较大（包括其中之一已超标或接近标准限值），宜采用电抗率为12％与5％～6％串联电抗器混装方式，以保证抑制3次谐波放大为前提（据验算，串接12％串联电抗器的电容器组容量大于总装置容量的15％即可，详见文献［1］，500kV房山变电站等多处电容装置采用这种混装方式。该方案优点是比全部串接12％方案可显著降低无功与有功损耗，以及设备投资（因为串接5％～6％串联电抗器的电容装置容量可占总容量的80％左右），可获得抑制3次和5次及以上谐波的良好效果；缺点是对投切程序要求先投12％的电容器组后投低电抗率的电容器组，切除则相反，其次是两种不同额定电压的电容器要慎防错装错用。以上缺点是对该方案持疑议之所在。笔者认为利大于弊。　　
 
      C、当电容装置处背景谐波以3次为主，5次及以上谐波含量较小，且经验算电容装置投入后虽引起3次谐波有所放大但未超标且有裕度，应选用0．1％～1％串联电抗器（或采用阻尼式限流器，其中串联电抗器电抗率为0．1％～0．5％）。东北电网枢纽变电所近年来新建的电容装置大多选用1％及以下串联电抗器，其中沈阳沙岭变66kV60Mvar电容器组选用的进口干式空芯串联电抗器，电抗率为0．13％［2］；浙江220kV跃新变（35kV电容装置）［3］和福建220kV山兜变（10kV电容装置）等20多所枢纽变电站大容量电容装置，以及华东电网110kV及以下变电所成千组中小型电容装置选用阻尼式限流器，除个别场所外（见下文）绝大多数电容装置安全运行。不言而喻，该方案的优点是电容装置中串联电抗器的无功和有功损耗小，设备投资省，缺点是对电网谐波有所放大，要注意加强谐波监测管理。　　   

      D、当电容装置处背景谐波以3、5为主，且含量已接近标准或超标，而3次谐波含量很小时，应选用5％～6％串联电抗器，忌用0．1％～1％串联电抗器。如浙江鄞县110kV甲村变10kV电容装置原配用阻尼限流器，后负荷性质发生变化，谐波源未采取治理措施，5、7次（背景）谐波电压含量高达5．7％与3．5％以上，导致电容装置发生谐振设备损毁。后将电容装置改建为5次谐波滤波器，效果良好。　　
 
      E、对于新建的输变电工程，无从得知电网背景谐波，电容装置（尤其是分期扩容的电容装置）宜选用阻尼式限流器，限流器中串联电抗器的额定电流按电容器组的最终容量考虑选择。至于防治谐波应在谐波源就地治理，该方案在浙江电网已有数处采用。   

      2、电抗器的串联电抗器选用方案比较示例　　
      为了进一步说明串联电抗器优选的必要性，以及通过优选可获得显著的技术经济效益，特以110kV及以下变电所装设10kV 3Mvar电容装置工程为例，进行串联电抗器选用方案比较。　　
 
      首先，了解到电容装置接入电网的背景谐波以3次谐波或3、5次为主，且其含量为标准限值的50％以内，经验算电容器串接阻尼式限流器（GZX－250／10）和6％串联电抗器，虽对电网3次谐波有不同程度放大（后者大于前者，但前者对5次谐波也有所放大），但均未超标（包括电网电压波形总畸变率）。因此，两种方案在技术上都是可行。两方案的装置参数配置如表1所示。　　
 
      对两种方案的设备投资（限流器或串联电抗器的设备费），增补串联电抗器的无功损耗所需的投资；年运行费用，包括串联电抗器引起电能损失费用和设备折旧费等进行比较，如表2所示。　　
 
      从比较结果可见，电容器组配用阻尼式限流器比配用6％串联电抗器，无论是设备投资，还是运行费用，都是显著节省。尤其是6％串联电抗器的有功损耗和无功损耗，分别是限流器的21．6倍和35．3倍。故对于已建设投运配用6％串联电抗器的电容装置，如更换配用限流器，只要运行半年多所节省的电费即可偿还新购限流器的费用。   

      3、关于电抗器的串联电抗器应用结论  
      A、电网3次谐波的普遍存在及其影响应引起高度重视。要特别注意防止大容量电容装置对3次谐波的严重放大与发生谐振。
 
      B、电容装置中串联电抗器的选用，宜作技术经济比较，在符合抑制谐波和确保装置及其相连电网安全运行的前提下，应把节省设备投资和电能损耗作为优选原则。

      C、对于已建投运的电容装置，要加强监测注意运行条件的动态变化，根据实际情况，对选用的串联电抗器或阻尼式限流器作必要的更换调整（有时还涉及电容器的更换）。采用阻尼式限流器或0．1％～1％串联电抗器者，要防止对5、7次谐波的严重放大或谐振；采用5％～6％串联电抗器者，要防止对3次谐波的严重放大或谐振；凡不必采用5％及以上串联电抗器者，宜换用阻尼式限流器，可获取显著的经济效益。