基于電容補償法測量串聯電抗器的有功損耗分析

馮 彪 蔣 強 文 哲 魏紅云 楊葉龍

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基于電容補償法測量串聯電抗器的有功損耗分析

馮 彪1蔣 強1文 哲2魏紅云2楊葉龍2

（1. 成都市產品質量監督檢驗院，成都 610000；2. 成都（國家）產品質量檢驗研究院有限責任公司，成都 610000）

串聯電抗器共同點就是低功率因數，一般在0.02～0.05之間，大型電抗器的功率因數甚至低于0.01，這就給測量電抗器的有功損耗帶來一定的困難。本文介紹了基于電容補償法的有功損耗測量方法的原理。通過理論計算證明了該試驗方法能有效提高串聯電抗器的有功損耗測試精度。該方法對實際測量低功率因數的串聯電抗器的有功損耗，具有一定的借鑒作用。

電容補償法；串聯電抗器；低功率因數

為了評價及改進電抗器的設計，常通過驗證電抗器的溫升性能來實現，因此在實際運用中，如何準確有效的測量電抗器的有功損耗就顯得尤為重要。電抗器的有功損耗測量按其功率因數的大小，在繞組上施加額定頻率的額定電流（電壓）[1-2]，又或者盡量接近上述的條件要求進行測量，最后折算到規定的值。在測試過程中，需要應盡快完成測試，避免繞組產生溫升[3-8]。測量電抗器時，功率因數比變壓器低，cos約為0.02～0.05，大型電抗器的功率因數甚至低于0.01，電流滯后角幾乎為90°[9]。功率因數隨容量增大而越低，這就給電抗器的有功損耗測量帶來一定的難度[9-10]。本文首先理論分析了利用瓦特表法測量電抗器損耗存在的明顯誤差，隨后提出了利用電容補償法提高功率因數方法，提高測量精度，并通過實驗電路計算了補償法測量電抗器損耗的可行性，為下一步提高測試低功率因數電扛起有功功率提供了理論基礎。

1 瓦特表法測量電抗器損耗的的誤差分析

若直接采用常用的瓦特表測量法對電抗器的有功損耗進行測量，電抗器的有功損耗的計算公式可表示為

式中，為電抗器電流；為電抗器電壓；為電壓與電流的相位差。

在實際測量電路中，因互感器的存在會產生一個角差D，使得電壓與電流相位差為

則電抗器的實測有功損耗為

誤差可表示為

電抗器屬于電感元件，功率因數往往很小，以常用的CKD、CKS型電抗器為例，功率因數一般在0.01～0.02之間，相位角在88°～89.5°之間。為直觀地說明互感器的角差引起不容忽視的誤差，利用誤差式（4）得到了互感器角差引起的誤差關系圖，如圖1所示。

（a）

（b）

從圖1（a）中可以看出，若電抗器的電壓與電流相位角度分別為88°、88.5°、89.0°、89.5°時，互感器的角差D=20′時，則其引起入的測量誤差%則分別大于20%、25%、40%、80%，顯然這樣大的測量誤差實際測量中是不允許的。圖1（b）則為當電抗器電壓與電流相位角度分別為88°、88.5°、89.0°、89.5°時，若要保證測量誤差精度%≤1%，則互感器引起的角差D必須分別小于1.2′、0.9′、0.6′、0.3′。事實上如此高精度的互感器，實際運用時很難得到滿足。因此，對于低功率因數的電抗器類產品，直接采用瓦特表法測量電抗器的有功損耗誤差很大，不建議直接此方法進行測量。

2 電容補償法測量電抗器有功損耗試驗電路與計算

由前面公式電抗器有功損耗式（3）可知，若要減小誤差%，不僅可以降低互感器的角差，還可以提高功率因數cos，從而達到提高有功損耗的測量精度的目的。如圖2所示，若通過電容補償分別將電壓與電流的之間的相位角分別達到50°、60°、70°以下，即使互感器的角差分別為30′、20′、10′時，則最后的引入的誤差也可降低到1%以內。

圖2 提高功率因數后的測量誤差曲線圖

利用電容補償法提高實驗回路功率因數cos的實驗電路圖，如圖3所示，試驗過程中通過調節試驗電壓及補償電容的電容量，使得電抗器支路的電流L等于電抗器的額定電流LN，同時使得功率因數cos補償到一定數值，以滿足測量精度需求，然后分別記錄下功率分析儀W、電壓表V、電流表A的讀數。

計算時，若不考慮線路損耗以及儀表引起的損耗，則由圖3可得到電抗器的額定有功損耗為

式中，W為總回路中的有功損耗實測值；PC為電容器的有功損耗。

又因為已知補償電容器的容量C為

電介質電容器的有功損耗為電介質損耗，可直接利用介損測試儀得到電容的損耗正切角tan，則

所以電抗器的有功損耗LN可表示為

式中，為角頻率；為施加在補償電容器兩端的電壓，可直接通過電壓表直接讀取；為補償電容器的實際電容量。實際測量時候，補償電容由若干電容器組成，以便滿足實際測量時的補償容量。

3 結論

本文分析了瓦特表測量電抗器損耗引起的誤差，提出了電容補償法測量低功率因數串聯電抗器的有功損耗的測量方法。通過實驗電路，理論驗證了如何利用電容補償法測量電抗器的有功損耗，這為下一步實際運用此方法提高測量低功率因數串聯電抗器提供了理論基礎。

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Measurement of loss of series reactor by capacitance compensation method

Feng Biao1Jiang Qiang1Wen Zhe2Wei Hongyun2Yang Yelong2

(1. Chengdu Product Quality Supervision & Inspection Institute, Chengdu 610000;2. Chengdu Institute of Product Quality Inspection Co., Ltd, Chengdu 610000)

The common characteristic of series reactor is the low power factor, generally between 0.02 and 0.05, the power factor of the large reactor is even lower than 0.01, which makes it difficult to measure the active loss of the reactor. This paper introduces the principle of the loss measurement by capacitance compensation method. The test method can effectively improve the accuracy of loss test of series reactor by theoretical calculation. This method can be used to measure the loss of the series reactor with low power factor.

capacitive compensation method; series reactor; low power factor

2018-05-29

馮 彪（1964-），男，四川成都人，大學本科，高級工程師，主要從事輸配電設備的檢測與研究工作。