低压无功补偿中电抗器为何放置于电容器前端？

在低压无功补偿装置中，将电抗器串联在电容器前端（电源侧）是标准且最优的配置方式。这主要是为了保护电容器和抑制系统谐波，同时也能有效限制合闸涌流。

1. 谐波抑制与保护电容器（最主要原因）

• 工作原理：电网中存在大量谐波（如5次、7次等）。电容器本身的阻抗会随频率升高而降低（容抗 Zc = 1/(2πfC)），对谐波电流呈现低阻抗，因此会吸收并放大谐波电流。这会导致电容器过电流、过热、绝缘老化，甚至损坏。

• 电抗器的作用：串联电抗器后，其感抗随频率升高而增加（感抗 Zl = 2πfL）。电抗器和电容器共同构成了一个串联谐振电路。

  • 调谐频率：通过选择合适的电抗率（如6%、7%，对应抑制5次谐波；13%-14%，对应抑制3次谐波），可以使这个LC回路在某个主要谐波频率（如250Hz）处发生串联谐振。

  • 谐振效应：在谐振点，LC回路的合成阻抗最低，理论上为零。这意味着该次谐波电流会被LC回路“短路”，从而阻止其流入电网和电容器，而是被限制在LC回路内部循环。

  • 对基波的影响：对于50Hz的基波，LC回路呈现容性，仍然能进行正常的无功补偿，但补偿容量会略有下降。

• 为何前置更重要：将电抗器放在前端，相当于为谐波电流建立了一个“陷阱”，使其在到达电容器之前就被引导和消耗。如果电抗器放在电容器后端（中性点侧），谐波电流会先流过电容器，对电容器的保护效果大打折扣。

您提供的图示完美地解释了这一原理：

图片说明：电抗器前置时，谐波电流被限制在LC回路中。如果电抗器后置，电容器将直接暴露在谐波源下。

2. 限制合闸涌流

• 问题：电容器在投入电网的瞬间，其两端电压不能突变，相当于瞬时短路，会产生幅值很大、持续时间很短的合闸涌流（可达额定电流的几十至上百倍）。这会冲击开关器件（如接触器、断路器）和电容器本身。

• 解决方案：串联电抗器增加了回路的总阻抗。根据欧姆定律（I = V/Z），阻抗Z增大，瞬间的冲击电流I就会显著减小。电抗器前置，可以最直接地限制从电源侧过来的合闸涌流。

3. 防止并联谐振

• 问题：在没有电抗器的情况下，电网自身的电感（如变压器漏感）和补偿电容器的电容可能形成一个并联谐振回路。如果谐振点恰好落在某次谐波频率附近，系统电压会被急剧放大，导致严重的谐波污染和设备损坏。

• 解决方案：串联电抗器改变了系统的阻抗特性，使谐振点偏移，从而有效地避免了危险的并联谐振发生。

关于国家标准和特殊情况

您提到的国标《GB 50227-2017》中的“宜”字非常关键。

• “宜”的含义：表示推荐、首选，而不是强制。在绝大多数常规情况下，前置是最佳选择。

• 特殊情况：标准中也提到了例外，即当使用铁心电抗器且其动热稳定（耐受短路电流的能力）不足时，可以放在中性点侧。这是因为铁心电抗器在巨大的短路电流下可能饱和失效，放在中性点侧可以避免承受电源侧的直接短路冲击。但在低压领域，广泛使用的是空心电抗器，没有磁饱和问题，耐受短路电流能力强，因此无条件推荐前置。

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总结：前置 vs 后置的优劣对比

结论： 对于低压无功补偿装置，遵循国家标准，将（空心）电抗器置于电容器前端是确保系统安全、可靠、高效运行的正确设计。您资料中的分析是完全正确的。