摘 要：本文討論了解諧電抗器的選用及加入解諧電抗器后對TSC電路的影響，并給出了解諧電抗器參數(shù)推薦值。
1 引言
無功功率對供電系統(tǒng)和負(fù)載的運(yùn)行都是十分重要的，無功功率如果都要由電網(wǎng)提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，也是不可能的。而晶閘管投切電容器-TSC是一種性能優(yōu)良的無功補(bǔ)償方式。補(bǔ)償用并聯(lián)電容器對諧波電壓最為敏感，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%-14%。
2 電抗率K的確定
電抗率是指串聯(lián)電抗器的相感抗XLN占電容器相容抗的XCN的百分比，當(dāng)系統(tǒng)中諧波很少時(shí)，只是用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的沖擊電流，可以選K=0.5-1%即可滿足要求。當(dāng)查明供電系統(tǒng)的諧波含量后，再確定K值。配置電抗率時(shí)應(yīng)注意使電容接入處諧波阻抗呈感性，而對基波呈容性，保持無功補(bǔ)償作用。電網(wǎng)諧波為5次及以上時(shí)應(yīng)配置K=4.5-6%為宜。配置K=6%電抗器抑制5次諧波效果好。
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)，不同電抗率對應(yīng)不同的諧振次數(shù)或諧振頻率。如抑制3次及其以上的諧波應(yīng)選擇K=12-14%為宜。
表一 上海鷹峰電子公司K=14%解諧電抗器部分選型表

3.解諧電抗器設(shè)計(jì)時(shí)的技術(shù)要求，例如
額定電壓：690V
額定容量：15KVar
設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 10229-1988 JB5346-1998
線性范圍：L≥0.95Ln (2倍額定電流時(shí)，電感誤差小于5%)
調(diào)整精度：LN的-2%...+3%（任意兩相間電抗值之差不大于2%）
過載能力：1.35倍過載能力下長期安全運(yùn)行
絕緣水平：Un≤1100V(線對線電壓)
溫升限值 ：60K
冷卻方式 ：自然冷卻（AN）
防護(hù)等級(jí)：IP00
損耗: ≤2KW
4.加入解諧電抗器后對TSC電路的影響

用晶閘管控制投切電容器組，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償量的調(diào)節(jié)。因?yàn)榫чl管投切速度快（us 級(jí)），稱“動(dòng)補(bǔ)”
優(yōu)點(diǎn)：快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)補(bǔ)償量，電流沖擊小，投切延時(shí)短，無噪聲
缺點(diǎn)：無諧波抑制能力，造價(jià)比接觸器投切電容器裝置貴
屬動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，技術(shù)已成熟，正在被推廣應(yīng)用
圖1是三相TSC基本原理圖，兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管起著把電容C并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用。TSC運(yùn)行時(shí)選擇晶閘管投入時(shí)刻的原則是，該時(shí)刻交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)先充電的電壓相等。這樣，電容器電壓不會(huì)躍變，不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。一般在晶閘管電流為零時(shí)投入電網(wǎng)，以后每半個(gè)周波輪流觸發(fā)兩晶閘管電路持續(xù)導(dǎo)通。 當(dāng)電容器接入電網(wǎng)后，要關(guān)斷該支路時(shí)，一般在某一晶閘管電流為零時(shí)，撤除另一支晶閘管的觸發(fā)脈沖，就可以將該電路從電網(wǎng)中切除。TSC電路也可以采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式。優(yōu)點(diǎn)是由于二極管的作用在電路不導(dǎo)通時(shí)，電容電壓會(huì)始終維持在電源電壓峰值。
圖2是此時(shí)電路的相量圖，假設(shè)此時(shí)電抗率14%，則
ULN=0.14UCN
UXN =(1-0.14)UCN
UCN= UXN/(1-0.14)=1.16 UXN
可見，電容器端電壓升高16%，回路電流也增加到相同倍數(shù)。
總的無功功率補(bǔ)償容量是增加還是減少？
(1) 電容器無功功率補(bǔ)償容量Q'C
Q'C =( UCN / UXN)2QC=1.162QC
(2)電抗器消耗無功功率QL
QL=3I2XLN=3(1.16Uxn/Xcn)2 *0.14XCN =0.565QC
(3)實(shí)際無功功率補(bǔ)償容量
Q'C-QC =0.78QC
同理，可計(jì)算出電抗率K=6%電容器端電壓為1.064倍電網(wǎng)電壓，無功功率補(bǔ)償容量Q'C =1.062 QC 從以上計(jì)算可以看出TSC中加入K=6%的解諧電抗器后，無功功率補(bǔ)償容量增加了，而加入K=14%解諧電抗器的無功功率補(bǔ)償容量減小了。
5.結(jié)語
解諧電抗器在TSC電路中的應(yīng)用有效的避免了傳統(tǒng)隨機(jī)補(bǔ)償易發(fā)生并聯(lián)諧振的危險(xiǎn)。相反，在選擇不同電抗率的解諧電抗器后，補(bǔ)償支路無功功率可能還會(huì)增加。在選擇解諧電抗器時(shí)，額定電流應(yīng)大于補(bǔ)償回路電流，電容器耐壓大于原電網(wǎng)電壓，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。