选用装设于电容器组的电抗器怎样确定其电抗值和电压?

在电力系统中，电容器组广泛应用于无功补偿、改善电压质量等方面。而装设于电容器组的电抗器，虽看似不起眼，却发挥着至关重要的作用。正确确定电抗器的电抗值和电压，对于保障电容器组乃至整个电力系统的安全稳定运行具有不可忽视的意义。

电抗器在电容器组中的作用

电抗器与电容器组串联或并联，承担着多重任务。首先，它能抑制高次谐波。在现代电力系统中，大量非线性负载的接入，如电力电子设备、电弧炉等，使得系统中产生了丰富的高次谐波。这些高次谐波会对电容器组造成损害，导致电容器过热、寿命缩短甚至损坏。电抗器通过自身的电感特性，对高次谐波呈现出较大的阻抗，从而有效抑制高次谐波电流流入电容器组，保护电容器的安全。

其次，电抗器可限制合闸涌流。电容器组在合闸瞬间，由于电容两端电压不能突变，会产生较大的合闸涌流。合闸涌流可能会对电容器组、开关设备以及其他电气设备造成冲击，影响设备寿命。电抗器能够利用其电感对电流变化的阻碍作用，限制合闸涌流的幅值和上升速度，降低对系统的冲击。

此外，在并联电容器组中，电抗器还能起到均压作用，确保各个电容器之间的电压分布均匀，避免个别电容器因承受过高电压而损坏。

电抗值的确定

根据谐波抑制要求确定：要确定电抗器的电抗值，首先需明确系统中主要的谐波成分。以抑制 5 次谐波为例，一般可按照电抗器与电容器对 5 次谐波形成串联谐振的原则来选取电抗值。设电容器组的电容为C，系统频率为f，对于 5 次谐波，其频率为5f。根据串联谐振条件，此时电抗器的感抗XL5与电容器容抗XC5相等，即XL5=XC5。已知XC5=2π×5fC1，XL5=2π×5fL(L为电抗器电感)，联立可得L=(2π×5f)2C1，进而计算出电抗值XL=2πfL。一般来说，为有效抑制 5 次谐波，电抗率(电抗器电抗值与电容器容抗值之比)可选取 4.5% - 6%。同理，若要抑制 3 次谐波，电抗率通常选取 12% - 13%。

考虑限制合闸涌流：从限制合闸涌流的角度出发，电抗值的选取需综合考虑电容器组的容量、系统短路容量等因素。合闸涌流的大小与电容器组的充电功率、系统的短路容量以及电抗器的电抗值有关。通常，可根据经验公式来估算满足限制合闸涌流要求的电抗值范围。一般情况下，为将合闸涌流限制在一定倍数(如 5 - 10 倍电容器组额定电流)内，电抗率可在 0.1% - 1% 之间选取。但实际应用中，还需结合系统具体情况进行精确计算和调整。

兼顾均压等其他作用：在并联电容器组中，为实现均压功能，需保证各并联电容器支路的电抗值与电容值的比值相等。这就要求在确定电抗器电抗值时，考虑电容器组的分组情况以及各支路电容的匹配关系，通过合理分配电抗值，使各支路的电压分布均匀，保障电容器组的稳定运行。

电压的确定

与电容器组电压匹配：电抗器的额定电压应与所连接的电容器组的额定电压相匹配。电容器组在运行时，会承受系统电压以及可能出现的过电压。电抗器的额定电压必须能够满足在这些电压条件下长期安全运行的要求。例如，若电容器组的额定电压为UC，电抗器的额定电压UL应根据电容器组的接线方式(如三角形接线或星形接线)以及系统运行电压的波动范围来确定。在星形接线的电容器组中，电抗器的额定电压一般可选取与电容器组相电压相等或略高的值;在三角形接线的电容器组中，电抗器的额定电压则需根据三角形接线的特点以及系统过电压情况进行计算确定，通常会高于电容器组的相电压。

考虑系统过电压情况：电力系统中可能会出现各种过电压，如操作过电压、雷电过电压等。这些过电压可能会瞬间施加到电抗器上，对其绝缘造成威胁。因此，在确定电抗器电压时，需充分考虑系统可能出现的过电压幅值和持续时间。一般可根据系统的绝缘配合要求，选取具有相应绝缘水平的电抗器，其额定电压应能承受系统过电压的冲击而不发生绝缘损坏。例如，在一些雷电活动频繁的地区，电抗器的额定电压需按照能够承受较高幅值的雷电过电压来选取，同时，还需配备相应的过电压保护装置，如避雷器等，以进一步保障电抗器的安全运行。

结合电抗器的连接方式：电抗器与电容器组的连接方式不同，其电压的确定方法也有所差异。在串联连接时，电抗器承受的电压为电容器组电流在其电抗上产生的压降;在并联连接时，电抗器承受的电压与电容器组两端电压相同。此外，若电抗器采用双星形接线等特殊接线方式，还需考虑中性点不平衡电流等因素对电抗器电压的影响。例如，在双星形接线的电容器组中，若存在中性点不平衡电流，会在电抗器上产生额外的电压降，此时需对电抗器的额定电压进行修正，以确保其在各种工况下都能正常运行。

选用装设于电容器组的电抗器时，确定其电抗值和电压需要综合考虑谐波抑制、合闸涌流限制、均压、与电容器组电压匹配、系统过电压以及连接方式等多方面因素。通过精确计算和合理选取，才能确保电抗器在电容器组中发挥最佳性能，为电力系统的安全稳定运行提供有力保障。在实际工程应用中，还需结合电力系统的具体参数和运行要求，进行详细的分析和设计，以实现电力系统的高效运行和可靠供电。