電容器與電抗器匹配問題探討

劉汶興++劉君蓮

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增加，對(duì)供電公司電力需求提出了更高的要求。然而，面對(duì)電容器組與電力系統(tǒng)發(fā)生的諧振，分析電容器與電抗器的匹配問題顯得尤為重要。串聯(lián)電抗器是無功補(bǔ)償電容器的重要組成部分，若串聯(lián)電抗器的電抗率選擇不當(dāng)，容易因諧波電流放大而嚴(yán)重影響電力設(shè)備的安全性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，本文對(duì)電容器與電抗器的匹配問題進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)電抗器；電容器；無功補(bǔ)償；諧波電流；匹配問題

中圖分類號(hào)：TM47，TM53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

在實(shí)際運(yùn)行中，若串聯(lián)電抗器的串抗率選擇不當(dāng)，容易因諧波問題發(fā)生保險(xiǎn)熔斷、爆炸等事故，這就要求在分析電容器組與電抗器的參數(shù)匹配問題時(shí)必須結(jié)合電容器現(xiàn)場實(shí)際情況，科學(xué)合理地選擇串聯(lián)電抗器的電抗率和電容器組等效串抗率，以保證電容器設(shè)備運(yùn)行的安全性。

1 電容器對(duì)諧波電流放大的機(jī)理分析

電容器對(duì)諧波電流放大的理論分析如圖1所示。其中，Xs代表電力系統(tǒng)等值基波短路電抗，h代表諧波次數(shù)，Ih代表第h次諧波電流，XL代表串聯(lián)電抗器產(chǎn)生的基波電抗，而Xc代表電容器組產(chǎn)生的基波容抗。通過定義K=XL/Xc公式，K代表電容器組串聯(lián)電抗器的電抗率，通過分析圖1的電路圖，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)電容器支路中諧波容抗和感抗相等時(shí)，電路中串聯(lián)電抗器第h次諧波將發(fā)生串聯(lián)諧振，發(fā)生的諧振次數(shù)為：

（1）

在串聯(lián)諧振下，電容器支路形成濾波回路，此時(shí)流經(jīng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流為0。然而，當(dāng)電容器組支路產(chǎn)生的諧波阻抗與電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波感抗相等時(shí)，電容器支路第h次諧波發(fā)生并聯(lián)諧振，發(fā)生的諧振次數(shù)為：

（2）

從理論上分析，此時(shí)電容器中產(chǎn)生的諧波電流趨于無窮大，在實(shí)際運(yùn)行中，電容器支路產(chǎn)生的諧波電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電力設(shè)備所能承受的有限制。另外，由于并聯(lián)電容器的容量主要由無功優(yōu)化確定，并且Xs主要是通過外部電力系統(tǒng)的設(shè)置確定的，Xs可以作為不可變量，所以只有串聯(lián)電抗器的電抗率K可調(diào)。由此可知，串聯(lián)電抗器的電抗率是電容器組的重要參數(shù)，電抗率的合理選擇直接關(guān)系到諧波電流的放大倍數(shù)。

2 串聯(lián)電抗器的串抗率及電容器等效串抗率分析

本文以某220kV變電站實(shí)例分析電容器與電抗器的參數(shù)匹配問題，在該220kV變電站中，有主變電站2臺(tái)，分別有220kV、35kV、10kV等三個(gè)不同的電壓等級(jí)，容量為3×150MV·A，在1號(hào)主變電站中配置了電抗率為6%的串聯(lián)電抗器，容量為433kvar。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，電容器外熔絲群爆事故頻繁發(fā)生，為了找出事故原因，操作人員對(duì)1號(hào)變電站進(jìn)行了電容器投切試驗(yàn)，采用PS-8電能質(zhì)量分析儀對(duì)電容器組支路的諧波電流進(jìn)行監(jiān)測并記錄電容器運(yùn)行過程中的暫態(tài)波形。當(dāng)在無電容器投運(yùn)的情況下，電壓等級(jí)為10kV的母線電壓所產(chǎn)生的諧波電壓含有率為2.305%，其中5次、11次諧波電壓含量較大，主要與變電站所產(chǎn)生的負(fù)荷有關(guān)。在該實(shí)驗(yàn)中，操作人員共進(jìn)行了12余次電容器投切操作，包括有電容器和無電容器的情況下投運(yùn)電容器，通過投運(yùn)不同組數(shù)電容器的測試，在電容器組中串聯(lián)電抗器的電抗率為6%時(shí)，不同電容器組投運(yùn)的電流數(shù)據(jù)見表1。從表中可以看出，在串抗率為6%的情況下，在3組電容器投運(yùn)時(shí)3次諧波電流放大較為嚴(yán)重，其電壓含有率達(dá)到17.11%。然而，隨著投運(yùn)組數(shù)的不斷增多，容抗值隨著投運(yùn)組數(shù)的增多而越來越小，造成5次諧波的濾波效果下降。

分析電容器組等效串抗率，其是電容器與電抗器匹配設(shè)置的重要參數(shù)，其等效串抗率的公式為：

（3）

從公式中可以看出，電容器等效串抗率隨著電容器投運(yùn)組數(shù)的增加而逐漸增加，分析串抗率為6%時(shí)和串抗率為4.5%時(shí)不同電容器組投運(yùn)的等效串抗率，見表2，可知當(dāng)串抗率為6%時(shí)，在第4組電容器全部運(yùn)行或所產(chǎn)生的等效串抗率與3次諧波產(chǎn)生的等效串抗率相近，電容器組支路與電力系統(tǒng)的阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振的趨勢。通過對(duì)該變電站現(xiàn)場測試，可知電容器串抗設(shè)計(jì)的不合理造成的電流諧波放大是引起并聯(lián)電容器熔絲群爆事故的常見原因，引起熔絲群爆的原有有很多，其外部原因有整個(gè)電容器過流而引起熔絲熔斷，內(nèi)部原因有并聯(lián)電容器均會(huì)對(duì)擊穿的電容單元進(jìn)行放電，從而引發(fā)群爆事故。

3 并聯(lián)電容器與串聯(lián)電抗器參數(shù)匹配選擇

面對(duì)因過電流作用而造成電容器外熔絲群爆等事故，在無功補(bǔ)償電容器組串聯(lián)電抗器的參數(shù)匹配中，應(yīng)慎重選擇，既要考慮電容器組串聯(lián)電抗器的電抗率，也要充分考慮電容器組的等效串抗率，避免因參數(shù)選擇不當(dāng)而造成電容器組諧振現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在電容器設(shè)計(jì)中，首先，做好電容器容抗的選擇，在高次諧波情況下，往往會(huì)因?yàn)殡娙萜魅菘沟淖兓斐芍C振過壓力、過流的情況發(fā)生，給電容器造成了嚴(yán)重的威脅。因此，為了有效避免此類情況的發(fā)生，可以結(jié)合實(shí)際情況選擇相應(yīng)的串聯(lián)電抗器，適當(dāng)放大電抗器的容量，確保電容器串聯(lián)回路整體呈現(xiàn)感性，從上述可知，5次、11次諧波含量較大，因此，在選擇串聯(lián)電抗器的電抗量中，可以以5次諧波為主，以為依據(jù)，可以求得與給定電容匹配的串聯(lián)電抗量。通過串聯(lián)電抗量的計(jì)算方法，可以得出，由此可知，串聯(lián)電抗器選擇電抗率為6%時(shí)可以滿足設(shè)計(jì)要求，可以有效避免與外接系統(tǒng)電抗發(fā)生并聯(lián)諧振的可能。其次，當(dāng)實(shí)現(xiàn)電容器組與電抗器串聯(lián)回路后，補(bǔ)償電容器退出運(yùn)行后，可以在很短時(shí)間內(nèi)完成放電，雖然電容器的端電壓基本降為0，但電容器在合閘瞬間的端電壓不會(huì)發(fā)生變化，及短路，通過加入串聯(lián)電抗器，電路電流可以得到很好地控制。最后，將電抗器串接于電容器上側(cè)，由于電抗器對(duì)低電壓的絕緣水平要求較高，一般電容器選擇的額定電源應(yīng)略高于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，在這種情況下，即使電容器上側(cè)對(duì)低電壓的絕緣造成破壞形成地短路故障。因此，選擇半絕緣式的電抗器，其絕緣水平要求較低，可以起到抑制故障電流的作用。

結(jié)語

面對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流，為了確保的電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，在設(shè)計(jì)電容器中，應(yīng)考慮多方面的綜合因素，包括串聯(lián)電抗器的電抗率，電容器的等效串抗率及電容阻抗等因素，利用電容器回路串聯(lián)電抗器的方法，實(shí)現(xiàn)電容、電抗的參數(shù)匹配，避免電容器在主要諧波成分下諧振的發(fā)生，使電力電容器的作用在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)揮到最佳。

參考文獻(xiàn)

[1]朱海貌，夏曉波，黃銳.串聯(lián)電抗器抑制諧波的分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2012（01）：29-32.

[2]劉書銘，李瓊林，杜習(xí)周，余曉鵬，張曉東.無功補(bǔ)償電容器組串聯(lián)電抗器的參數(shù)匹配[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012（04）：145-150.

[3]俞妍，龐海龍，趙玲，付少波，李紀(jì)紅.電容器裝置中串聯(lián)電抗器的作用及其選擇[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（24）：182-184.

[4]李維亞.線路變壓電抗器作為500kV及特高壓線路并聯(lián)電抗器的解決方案[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2010（01）：67-70.

[5]范彩杰.并聯(lián)電容器串聯(lián)電抗率參數(shù)選擇研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增加，對(duì)供電公司電力需求提出了更高的要求。然而，面對(duì)電容器組與電力系統(tǒng)發(fā)生的諧振，分析電容器與電抗器的匹配問題顯得尤為重要。串聯(lián)電抗器是無功補(bǔ)償電容器的重要組成部分，若串聯(lián)電抗器的電抗率選擇不當(dāng)，容易因諧波電流放大而嚴(yán)重影響電力設(shè)備的安全性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，本文對(duì)電容器與電抗器的匹配問題進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)電抗器；電容器；無功補(bǔ)償；諧波電流；匹配問題

中圖分類號(hào)：TM47，TM53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

在實(shí)際運(yùn)行中，若串聯(lián)電抗器的串抗率選擇不當(dāng)，容易因諧波問題發(fā)生保險(xiǎn)熔斷、爆炸等事故，這就要求在分析電容器組與電抗器的參數(shù)匹配問題時(shí)必須結(jié)合電容器現(xiàn)場實(shí)際情況，科學(xué)合理地選擇串聯(lián)電抗器的電抗率和電容器組等效串抗率，以保證電容器設(shè)備運(yùn)行的安全性。

1 電容器對(duì)諧波電流放大的機(jī)理分析

電容器對(duì)諧波電流放大的理論分析如圖1所示。其中，Xs代表電力系統(tǒng)等值基波短路電抗，h代表諧波次數(shù)，Ih代表第h次諧波電流，XL代表串聯(lián)電抗器產(chǎn)生的基波電抗，而Xc代表電容器組產(chǎn)生的基波容抗。通過定義K=XL/Xc公式，K代表電容器組串聯(lián)電抗器的電抗率，通過分析圖1的電路圖，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)電容器支路中諧波容抗和感抗相等時(shí)，電路中串聯(lián)電抗器第h次諧波將發(fā)生串聯(lián)諧振，發(fā)生的諧振次數(shù)為：

（1）

在串聯(lián)諧振下，電容器支路形成濾波回路，此時(shí)流經(jīng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流為0。然而，當(dāng)電容器組支路產(chǎn)生的諧波阻抗與電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波感抗相等時(shí)，電容器支路第h次諧波發(fā)生并聯(lián)諧振，發(fā)生的諧振次數(shù)為：

（2）

從理論上分析，此時(shí)電容器中產(chǎn)生的諧波電流趨于無窮大，在實(shí)際運(yùn)行中，電容器支路產(chǎn)生的諧波電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電力設(shè)備所能承受的有限制。另外，由于并聯(lián)電容器的容量主要由無功優(yōu)化確定，并且Xs主要是通過外部電力系統(tǒng)的設(shè)置確定的，Xs可以作為不可變量，所以只有串聯(lián)電抗器的電抗率K可調(diào)。由此可知，串聯(lián)電抗器的電抗率是電容器組的重要參數(shù)，電抗率的合理選擇直接關(guān)系到諧波電流的放大倍數(shù)。

2 串聯(lián)電抗器的串抗率及電容器等效串抗率分析

本文以某220kV變電站實(shí)例分析電容器與電抗器的參數(shù)匹配問題，在該220kV變電站中，有主變電站2臺(tái)，分別有220kV、35kV、10kV等三個(gè)不同的電壓等級(jí)，容量為3×150MV·A，在1號(hào)主變電站中配置了電抗率為6%的串聯(lián)電抗器，容量為433kvar。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，電容器外熔絲群爆事故頻繁發(fā)生，為了找出事故原因，操作人員對(duì)1號(hào)變電站進(jìn)行了電容器投切試驗(yàn)，采用PS-8電能質(zhì)量分析儀對(duì)電容器組支路的諧波電流進(jìn)行監(jiān)測并記錄電容器運(yùn)行過程中的暫態(tài)波形。當(dāng)在無電容器投運(yùn)的情況下，電壓等級(jí)為10kV的母線電壓所產(chǎn)生的諧波電壓含有率為2.305%，其中5次、11次諧波電壓含量較大，主要與變電站所產(chǎn)生的負(fù)荷有關(guān)。在該實(shí)驗(yàn)中，操作人員共進(jìn)行了12余次電容器投切操作，包括有電容器和無電容器的情況下投運(yùn)電容器，通過投運(yùn)不同組數(shù)電容器的測試，在電容器組中串聯(lián)電抗器的電抗率為6%時(shí)，不同電容器組投運(yùn)的電流數(shù)據(jù)見表1。從表中可以看出，在串抗率為6%的情況下，在3組電容器投運(yùn)時(shí)3次諧波電流放大較為嚴(yán)重，其電壓含有率達(dá)到17.11%。然而，隨著投運(yùn)組數(shù)的不斷增多，容抗值隨著投運(yùn)組數(shù)的增多而越來越小，造成5次諧波的濾波效果下降。

分析電容器組等效串抗率，其是電容器與電抗器匹配設(shè)置的重要參數(shù)，其等效串抗率的公式為：

（3）

從公式中可以看出，電容器等效串抗率隨著電容器投運(yùn)組數(shù)的增加而逐漸增加，分析串抗率為6%時(shí)和串抗率為4.5%時(shí)不同電容器組投運(yùn)的等效串抗率，見表2，可知當(dāng)串抗率為6%時(shí)，在第4組電容器全部運(yùn)行或所產(chǎn)生的等效串抗率與3次諧波產(chǎn)生的等效串抗率相近，電容器組支路與電力系統(tǒng)的阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振的趨勢。通過對(duì)該變電站現(xiàn)場測試，可知電容器串抗設(shè)計(jì)的不合理造成的電流諧波放大是引起并聯(lián)電容器熔絲群爆事故的常見原因，引起熔絲群爆的原有有很多，其外部原因有整個(gè)電容器過流而引起熔絲熔斷，內(nèi)部原因有并聯(lián)電容器均會(huì)對(duì)擊穿的電容單元進(jìn)行放電，從而引發(fā)群爆事故。

3 并聯(lián)電容器與串聯(lián)電抗器參數(shù)匹配選擇

面對(duì)因過電流作用而造成電容器外熔絲群爆等事故，在無功補(bǔ)償電容器組串聯(lián)電抗器的參數(shù)匹配中，應(yīng)慎重選擇，既要考慮電容器組串聯(lián)電抗器的電抗率，也要充分考慮電容器組的等效串抗率，避免因參數(shù)選擇不當(dāng)而造成電容器組諧振現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在電容器設(shè)計(jì)中，首先，做好電容器容抗的選擇，在高次諧波情況下，往往會(huì)因?yàn)殡娙萜魅菘沟淖兓斐芍C振過壓力、過流的情況發(fā)生，給電容器造成了嚴(yán)重的威脅。因此，為了有效避免此類情況的發(fā)生，可以結(jié)合實(shí)際情況選擇相應(yīng)的串聯(lián)電抗器，適當(dāng)放大電抗器的容量，確保電容器串聯(lián)回路整體呈現(xiàn)感性，從上述可知，5次、11次諧波含量較大，因此，在選擇串聯(lián)電抗器的電抗量中，可以以5次諧波為主，以為依據(jù)，可以求得與給定電容匹配的串聯(lián)電抗量。通過串聯(lián)電抗量的計(jì)算方法，可以得出，由此可知，串聯(lián)電抗器選擇電抗率為6%時(shí)可以滿足設(shè)計(jì)要求，可以有效避免與外接系統(tǒng)電抗發(fā)生并聯(lián)諧振的可能。其次，當(dāng)實(shí)現(xiàn)電容器組與電抗器串聯(lián)回路后，補(bǔ)償電容器退出運(yùn)行后，可以在很短時(shí)間內(nèi)完成放電，雖然電容器的端電壓基本降為0，但電容器在合閘瞬間的端電壓不會(huì)發(fā)生變化，及短路，通過加入串聯(lián)電抗器，電路電流可以得到很好地控制。最后，將電抗器串接于電容器上側(cè)，由于電抗器對(duì)低電壓的絕緣水平要求較高，一般電容器選擇的額定電源應(yīng)略高于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，在這種情況下，即使電容器上側(cè)對(duì)低電壓的絕緣造成破壞形成地短路故障。因此，選擇半絕緣式的電抗器，其絕緣水平要求較低，可以起到抑制故障電流的作用。

結(jié)語

面對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流，為了確保的電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，在設(shè)計(jì)電容器中，應(yīng)考慮多方面的綜合因素，包括串聯(lián)電抗器的電抗率，電容器的等效串抗率及電容阻抗等因素，利用電容器回路串聯(lián)電抗器的方法，實(shí)現(xiàn)電容、電抗的參數(shù)匹配，避免電容器在主要諧波成分下諧振的發(fā)生，使電力電容器的作用在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)揮到最佳。

參考文獻(xiàn)

[1]朱海貌，夏曉波，黃銳.串聯(lián)電抗器抑制諧波的分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2012（01）：29-32.

[2]劉書銘，李瓊林，杜習(xí)周，余曉鵬，張曉東.無功補(bǔ)償電容器組串聯(lián)電抗器的參數(shù)匹配[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012（04）：145-150.

[3]俞妍，龐海龍，趙玲，付少波，李紀(jì)紅.電容器裝置中串聯(lián)電抗器的作用及其選擇[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（24）：182-184.

[4]李維亞.線路變壓電抗器作為500kV及特高壓線路并聯(lián)電抗器的解決方案[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2010（01）：67-70.

[5]范彩杰.并聯(lián)電容器串聯(lián)電抗率參數(shù)選擇研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增加，對(duì)供電公司電力需求提出了更高的要求。然而，面對(duì)電容器組與電力系統(tǒng)發(fā)生的諧振，分析電容器與電抗器的匹配問題顯得尤為重要。串聯(lián)電抗器是無功補(bǔ)償電容器的重要組成部分，若串聯(lián)電抗器的電抗率選擇不當(dāng)，容易因諧波電流放大而嚴(yán)重影響電力設(shè)備的安全性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，本文對(duì)電容器與電抗器的匹配問題進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)電抗器；電容器；無功補(bǔ)償；諧波電流；匹配問題

中圖分類號(hào)：TM47，TM53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

在實(shí)際運(yùn)行中，若串聯(lián)電抗器的串抗率選擇不當(dāng)，容易因諧波問題發(fā)生保險(xiǎn)熔斷、爆炸等事故，這就要求在分析電容器組與電抗器的參數(shù)匹配問題時(shí)必須結(jié)合電容器現(xiàn)場實(shí)際情況，科學(xué)合理地選擇串聯(lián)電抗器的電抗率和電容器組等效串抗率，以保證電容器設(shè)備運(yùn)行的安全性。

1 電容器對(duì)諧波電流放大的機(jī)理分析

電容器對(duì)諧波電流放大的理論分析如圖1所示。其中，Xs代表電力系統(tǒng)等值基波短路電抗，h代表諧波次數(shù)，Ih代表第h次諧波電流，XL代表串聯(lián)電抗器產(chǎn)生的基波電抗，而Xc代表電容器組產(chǎn)生的基波容抗。通過定義K=XL/Xc公式，K代表電容器組串聯(lián)電抗器的電抗率，通過分析圖1的電路圖，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)電容器支路中諧波容抗和感抗相等時(shí)，電路中串聯(lián)電抗器第h次諧波將發(fā)生串聯(lián)諧振，發(fā)生的諧振次數(shù)為：

（1）

在串聯(lián)諧振下，電容器支路形成濾波回路，此時(shí)流經(jīng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流為0。然而，當(dāng)電容器組支路產(chǎn)生的諧波阻抗與電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波感抗相等時(shí)，電容器支路第h次諧波發(fā)生并聯(lián)諧振，發(fā)生的諧振次數(shù)為：

（2）

從理論上分析，此時(shí)電容器中產(chǎn)生的諧波電流趨于無窮大，在實(shí)際運(yùn)行中，電容器支路產(chǎn)生的諧波電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電力設(shè)備所能承受的有限制。另外，由于并聯(lián)電容器的容量主要由無功優(yōu)化確定，并且Xs主要是通過外部電力系統(tǒng)的設(shè)置確定的，Xs可以作為不可變量，所以只有串聯(lián)電抗器的電抗率K可調(diào)。由此可知，串聯(lián)電抗器的電抗率是電容器組的重要參數(shù)，電抗率的合理選擇直接關(guān)系到諧波電流的放大倍數(shù)。

2 串聯(lián)電抗器的串抗率及電容器等效串抗率分析

本文以某220kV變電站實(shí)例分析電容器與電抗器的參數(shù)匹配問題，在該220kV變電站中，有主變電站2臺(tái)，分別有220kV、35kV、10kV等三個(gè)不同的電壓等級(jí)，容量為3×150MV·A，在1號(hào)主變電站中配置了電抗率為6%的串聯(lián)電抗器，容量為433kvar。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，電容器外熔絲群爆事故頻繁發(fā)生，為了找出事故原因，操作人員對(duì)1號(hào)變電站進(jìn)行了電容器投切試驗(yàn)，采用PS-8電能質(zhì)量分析儀對(duì)電容器組支路的諧波電流進(jìn)行監(jiān)測并記錄電容器運(yùn)行過程中的暫態(tài)波形。當(dāng)在無電容器投運(yùn)的情況下，電壓等級(jí)為10kV的母線電壓所產(chǎn)生的諧波電壓含有率為2.305%，其中5次、11次諧波電壓含量較大，主要與變電站所產(chǎn)生的負(fù)荷有關(guān)。在該實(shí)驗(yàn)中，操作人員共進(jìn)行了12余次電容器投切操作，包括有電容器和無電容器的情況下投運(yùn)電容器，通過投運(yùn)不同組數(shù)電容器的測試，在電容器組中串聯(lián)電抗器的電抗率為6%時(shí)，不同電容器組投運(yùn)的電流數(shù)據(jù)見表1。從表中可以看出，在串抗率為6%的情況下，在3組電容器投運(yùn)時(shí)3次諧波電流放大較為嚴(yán)重，其電壓含有率達(dá)到17.11%。然而，隨著投運(yùn)組數(shù)的不斷增多，容抗值隨著投運(yùn)組數(shù)的增多而越來越小，造成5次諧波的濾波效果下降。

分析電容器組等效串抗率，其是電容器與電抗器匹配設(shè)置的重要參數(shù)，其等效串抗率的公式為：

（3）

從公式中可以看出，電容器等效串抗率隨著電容器投運(yùn)組數(shù)的增加而逐漸增加，分析串抗率為6%時(shí)和串抗率為4.5%時(shí)不同電容器組投運(yùn)的等效串抗率，見表2，可知當(dāng)串抗率為6%時(shí)，在第4組電容器全部運(yùn)行或所產(chǎn)生的等效串抗率與3次諧波產(chǎn)生的等效串抗率相近，電容器組支路與電力系統(tǒng)的阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振的趨勢。通過對(duì)該變電站現(xiàn)場測試，可知電容器串抗設(shè)計(jì)的不合理造成的電流諧波放大是引起并聯(lián)電容器熔絲群爆事故的常見原因，引起熔絲群爆的原有有很多，其外部原因有整個(gè)電容器過流而引起熔絲熔斷，內(nèi)部原因有并聯(lián)電容器均會(huì)對(duì)擊穿的電容單元進(jìn)行放電，從而引發(fā)群爆事故。

3 并聯(lián)電容器與串聯(lián)電抗器參數(shù)匹配選擇

面對(duì)因過電流作用而造成電容器外熔絲群爆等事故，在無功補(bǔ)償電容器組串聯(lián)電抗器的參數(shù)匹配中，應(yīng)慎重選擇，既要考慮電容器組串聯(lián)電抗器的電抗率，也要充分考慮電容器組的等效串抗率，避免因參數(shù)選擇不當(dāng)而造成電容器組諧振現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在電容器設(shè)計(jì)中，首先，做好電容器容抗的選擇，在高次諧波情況下，往往會(huì)因?yàn)殡娙萜魅菘沟淖兓斐芍C振過壓力、過流的情況發(fā)生，給電容器造成了嚴(yán)重的威脅。因此，為了有效避免此類情況的發(fā)生，可以結(jié)合實(shí)際情況選擇相應(yīng)的串聯(lián)電抗器，適當(dāng)放大電抗器的容量，確保電容器串聯(lián)回路整體呈現(xiàn)感性，從上述可知，5次、11次諧波含量較大，因此，在選擇串聯(lián)電抗器的電抗量中，可以以5次諧波為主，以為依據(jù)，可以求得與給定電容匹配的串聯(lián)電抗量。通過串聯(lián)電抗量的計(jì)算方法，可以得出，由此可知，串聯(lián)電抗器選擇電抗率為6%時(shí)可以滿足設(shè)計(jì)要求，可以有效避免與外接系統(tǒng)電抗發(fā)生并聯(lián)諧振的可能。其次，當(dāng)實(shí)現(xiàn)電容器組與電抗器串聯(lián)回路后，補(bǔ)償電容器退出運(yùn)行后，可以在很短時(shí)間內(nèi)完成放電，雖然電容器的端電壓基本降為0，但電容器在合閘瞬間的端電壓不會(huì)發(fā)生變化，及短路，通過加入串聯(lián)電抗器，電路電流可以得到很好地控制。最后，將電抗器串接于電容器上側(cè)，由于電抗器對(duì)低電壓的絕緣水平要求較高，一般電容器選擇的額定電源應(yīng)略高于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，在這種情況下，即使電容器上側(cè)對(duì)低電壓的絕緣造成破壞形成地短路故障。因此，選擇半絕緣式的電抗器，其絕緣水平要求較低，可以起到抑制故障電流的作用。

結(jié)語

面對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流，為了確保的電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，在設(shè)計(jì)電容器中，應(yīng)考慮多方面的綜合因素，包括串聯(lián)電抗器的電抗率，電容器的等效串抗率及電容阻抗等因素，利用電容器回路串聯(lián)電抗器的方法，實(shí)現(xiàn)電容、電抗的參數(shù)匹配，避免電容器在主要諧波成分下諧振的發(fā)生，使電力電容器的作用在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)揮到最佳。

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