從理論物理上對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置參數(shù)配合問(wèn)題的研究

范大吉，陳尚書(shū)，陳堅(jiān)，范鈞偉

(1.杭州師范大學(xué)，浙江杭州310000;2.寧波供電公司，浙江寧波315000)

從理論物理上對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置參數(shù)配合問(wèn)題的研究

范大吉1，陳尚書(shū)2，陳堅(jiān)2，范鈞偉2

(1.杭州師范大學(xué)，浙江杭州310000;2.寧波供電公司，浙江寧波315000)

變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置是電力系統(tǒng)中重要設(shè)備之一，變電站并列電容器組是保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量和降低電能損耗的重要設(shè)備，本文從理論物理上通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，得出并聯(lián)電容器組的各設(shè)備間參數(shù)的配合問(wèn)題，為裝置各元件的設(shè)計(jì)，運(yùn)行提供參考依據(jù)。

并聯(lián)電容器組;參數(shù)配合;運(yùn)行分析

1 引言

電力系統(tǒng)中由于無(wú)功功率的不足，會(huì)使系統(tǒng)電壓及功率因數(shù)的降低，從而損壞用電設(shè)備，嚴(yán)重的無(wú)功補(bǔ)償不足造成電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解，從而造成大面積停電事故，還會(huì)使電氣設(shè)備得不到充分利用，造成電能損耗的增加，效率的降低，限制了線路的送電能力，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行以及用戶的正常用電。下面從理論物理上分析變電站中普遍使用并聯(lián)電容器組的參數(shù)，為無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)安裝，正常運(yùn)行提供參考意義。

2 變電所無(wú)功補(bǔ)償裝置電抗電容參數(shù)問(wèn)題

實(shí)際接線說(shuō)明:從開(kāi)關(guān)引出后經(jīng)過(guò)閘刀三相分別接電容器，電容器組兩端并聯(lián)放電線圈，經(jīng)串聯(lián)電抗器后在串聯(lián)電抗器的尾端相連，形成星型接線，其放電線圈和C的電阻并聯(lián)，便于計(jì)算，包括電容器內(nèi)阻，串聯(lián)電抗器的電阻在內(nèi)，集中計(jì)算在一個(gè)假設(shè)的電阻R中。這樣就構(gòu)成了的RLC回路。

圖1 為簡(jiǎn)化了的變電所無(wú)功補(bǔ)償裝置接線圖

充電過(guò)程:在一個(gè)由電阻R、電容C及電感L組成的直流串聯(lián)電路，如圖所示，電源對(duì)電容器進(jìn)行充電，回路方程為:

對(duì)兩邊求微分得:

單相電容器合閘涌流約為電容器組額定電流的5～15倍，合閘涌流中自由振蕩頻率為250～4000Hz，電容器合閘涌流衰減很快，實(shí)測(cè)最大持續(xù)時(shí)間為0.36s，但10ms以后即衰減到不足為害的程度。一般按照電容器容量的6%配合的串聯(lián)電抗器可以濾去5次諧波的影響，由于時(shí)間短，足可以在合閘時(shí)保護(hù)電容器的安全過(guò)渡。此時(shí)的定時(shí)限電流保護(hù)整定在0.5s以上就可以躲過(guò)合閘涌流的影響，電流速斷保護(hù)如能斷開(kāi)電容器組的合閘涌流時(shí)，保護(hù)可瞬時(shí)動(dòng)作，跳開(kāi)開(kāi)關(guān)，如果不能躲過(guò)合閘涌流和滿足靈敏系數(shù)，可加0.1～0.2s動(dòng)作時(shí)限。

對(duì)于諧波放大的問(wèn)題，有

Icn—流入電容器組的n次諧波電流，A;

In—非正弦用電設(shè)備所產(chǎn)生的n次諧波電流，A;

Xs—該電力系統(tǒng)的電抗，Ω;

Rs—該電力系統(tǒng)的電阻，Ω;

R—無(wú)功補(bǔ)償裝置總電阻，Ω;

Xs—這里僅僅是由簡(jiǎn)化的電容器的容抗和電抗器感抗代數(shù)和。

R—電容器組兩端并聯(lián)放電線圈，其電阻和C的電阻并聯(lián)，便于計(jì)算，包括串聯(lián)電抗器的電阻在內(nèi)，集中計(jì)算在一個(gè)假設(shè)的電阻R中。相當(dāng)于圖1的R。

2.1 變電所無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行中高次諧波的抑制

UCN—被要求制造的電容器額定電壓，kV;

US—變電站低壓側(cè)系統(tǒng)電壓，kV;

n—設(shè)計(jì)確定需要諧波次數(shù)。

為了抑制3次諧波，可以先用電容器容量的13%的串聯(lián)電抗器，為了抑制5次諧波，可以選用6%電抗器。

某220kV變電所1#電容器電容器的型號(hào)為BAM11.5－200－1W，18個(gè)電容器，電抗器的型號(hào)為CKK－216/35－1，放電線圈的型號(hào)為FDGC2－545/ 11.5+11.5－W，電容器組是每相18個(gè)，上下結(jié)構(gòu)各9個(gè)，并聯(lián)后再串聯(lián)，每相容量共3600kVar，濾去5次諧波。

2.2 限制電容器組的合閘涌流

并聯(lián)電容器組根據(jù)系統(tǒng)電壓和無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖兓M(jìn)行投切，是操作頻繁的設(shè)備，設(shè)電容器組中感抗的百分值為X0，容抗百分值為Xc，以容抗為100%比較，則，突然合閘的涌流為基波電流的倍數(shù)為:

設(shè)主變壓器的電抗XB為電容器感抗比值的1%，則代入上式為11倍。當(dāng)選擇13%的濾去3次諧波的電抗器。

如果濾去5次諧波的6%電抗器。

某220kV變電所1#電容器電容器的型號(hào)為BAM11.5－200－1W，18個(gè)電容器，電抗器的型號(hào)為CKK－216/35－1，放電線圈的型號(hào)為FDGC2－545/ 11.5+11.5－W，電容器組是每相18個(gè)，上下結(jié)構(gòu)各9個(gè)，并聯(lián)后再串聯(lián)，每相容量共3600kVar，濾去5次諧波。根據(jù)監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)很少有諧波電流，在改造過(guò)程中，把電抗器改為CKK－36/35－1，這樣可以減少了費(fèi)用，同時(shí)可以縮小空間，它僅僅是起到限制合閘涌流的作用，可以限制8倍的基波。但不能限制高次諧波，適用于僅限制合閘涌流的地方。

2.3 放電線圈的電阻快速放電和保護(hù)

根據(jù)圖1所示，放電過(guò)程:當(dāng)電容器被充電到U時(shí)，則電容器在閉合的RLC回路中進(jìn)行放電。此時(shí)回路方程為:

這里的R是總的假設(shè)的一個(gè)集中電阻，如果沒(méi)有在電容器兩端并連放電線圈，則這個(gè)R就是電容器很小的內(nèi)阻和電抗器很小的高壓繞組的電阻，由于這個(gè)R沒(méi)有放電線圈的加入是很小的數(shù)值，故時(shí)間常數(shù)τ=很大，不利于電容器在切斷開(kāi)關(guān)的息弧，也不利于快速放電及時(shí)檢修等工作，甚至沒(méi)有完全放電，對(duì)工作人員的安全不能保證。因此在電容器兩點(diǎn)加入放電線圈，以便在0.5s放電至安全范圍內(nèi)。

并聯(lián)電容器組的投切，在切除電容器組的時(shí)候，應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)將電容器上的電荷放掉，以防止再次合閘時(shí)產(chǎn)生的大電流沖擊和過(guò)電壓，對(duì)單只電容器可以采用并聯(lián)電阻或放電線圈自放電，對(duì)電容器組采用并在電容器兩端的放電線圈，放電線圈一般設(shè)有二次繞組，可以作為測(cè)量和保護(hù)用。同時(shí)放掉了電容器上的剩余電荷，給安全帶來(lái)了保證。

在放電線圈的二次側(cè)繞組，三相按開(kāi)口三角型接線，在開(kāi)口出連接電壓節(jié)電器，如某相電容器熔絲熔斷，則三角形開(kāi)口出出現(xiàn)電壓，發(fā)出信號(hào)提醒運(yùn)行人員或發(fā)出跳閘信號(hào)，跳開(kāi)開(kāi)關(guān)。如果在每相中間引出放電線圈的二次側(cè)接線端，根據(jù)差壓接線，當(dāng)熔絲熔斷后，電壓繼電器發(fā)出信號(hào)或直接跳閘。

3 并聯(lián)電容器組的運(yùn)行分析

電容器組對(duì)斷路器(開(kāi)關(guān))的要求有:關(guān)合時(shí)，觸頭彈跳時(shí)間不應(yīng)大于2ms，并不應(yīng)有過(guò)長(zhǎng)的預(yù)擊穿。應(yīng)能承受關(guān)合涌流，斷路器重?fù)魰?huì)引起電容器的損壞。應(yīng)能滿足容性負(fù)載的投切。開(kāi)斷容性負(fù)載可發(fā)生重燃過(guò)電壓，過(guò)去的老式真空斷路器經(jīng)常損壞，現(xiàn)在在性能上改善，損壞的情況大大的減少。

電容器的熔斷器:應(yīng)按不小于電容器額定電流的1.43倍，并不宜大于額定電流的1.55倍選擇。

當(dāng)發(fā)生下列情況應(yīng)立即停用電容器:(1)電容器爆炸;(2)電容器套管嚴(yán)重放電閃絡(luò);(3)電容器接頭過(guò)熱或融化;(4)電容器噴油或起火;(5)環(huán)境溫度超過(guò)規(guī)定值。

目前，由于串聯(lián)電抗器和放電線圈采用干式的較多，損壞程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)地減少，用紅外線測(cè)溫發(fā)現(xiàn)有沒(méi)有異常，決定是否停用真?zhèn)€電容器組。運(yùn)行電壓對(duì)電容器的影響。電容器的無(wú)功功率與電壓的平方成正比，因此過(guò)高的電壓對(duì)電容器的容量有影響，同時(shí)，電壓的升高，會(huì)使電容器的溫度升高，壽命減少和損壞。一般控制電壓在電容器的額定電壓的1.1倍。就目前來(lái)看，電容器組都安裝在變電所內(nèi)，電壓不會(huì)超出此規(guī)定值，除非系統(tǒng)波動(dòng)過(guò)大。

電壓的升高也會(huì)引起電容器的過(guò)流，電容器組應(yīng)能在1.3倍額定電流內(nèi)長(zhǎng)期工作，超過(guò)1.3倍則應(yīng)退出運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從理論物理上分析電容器組的各電氣組成部分的各種數(shù)據(jù)和計(jì)算，采用實(shí)用現(xiàn)實(shí)的計(jì)算方法，系統(tǒng)地概述了電容器組各電氣設(shè)備的配合問(wèn)題，同時(shí)分析運(yùn)行工況，對(duì)于電容器組的各元件設(shè)備的定型，安裝設(shè)計(jì)，運(yùn)行具有一定的意義。

［1］范鈞偉.無(wú)功補(bǔ)償中限流電感配置和設(shè)計(jì)計(jì)算［J］.電氣開(kāi)關(guān)，1999(5).

［2］范鈞偉.串聯(lián)電抗器參數(shù)測(cè)定和運(yùn)行調(diào)試［J］.電氣開(kāi)關(guān)，2001(3).

［3］范鈞偉.談城區(qū)變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置中的戶內(nèi)空心串聯(lián)電抗器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用［J］.電氣開(kāi)關(guān)，2001(6).

［4］范鈞偉.談串聯(lián)電抗器在無(wú)功補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用及設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)［J］.電氣開(kāi)關(guān)，2001(4).

［5］范鈞偉，水航東.談各種串聯(lián)電抗器設(shè)計(jì)在無(wú)功補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用［C］//電力電容器學(xué)會(huì)2000年論文集，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì).

［6］周盛鋒，范鈞偉.淺談變電站對(duì)高次諧波的抑制［J］.電氣開(kāi)關(guān)，2003(4).

陳尚書(shū)，男，寧波供電公司，本科畢業(yè)，從事變電運(yùn)行技術(shù)工作;

陳堅(jiān)，男，寧波供電公司，本科畢業(yè)，從事變電運(yùn)行技術(shù)工作;

范鈞偉，男，寧波供電公司，高級(jí)職稱，從事變電運(yùn)行技術(shù)工作。

Research on Parameter Cooperation of Reactive Power Compensation from Physics

FAN Da-ji1，CHEN Shang-shu2，CHEN Jian2，F(xiàn)AN Jun-wei2
(1.Hangzhou Normal University，Hangzhou31000，China;2.Ningbo Power Supply Company，Ningbo 315000，China)

The reactive power device in power substation is one of the important equipment in power system.The shunt capacitor bank in substations is a major equipment to ensure the system voltage quality and reduce power loss.This paper draws the cooperation relationship between the various devices in the shunt capacitor banks by theoretically simple calculation，that provides a reference for design and installation of the equipment＇s components，and the operation of the equipment.

shunt capacitor bank;parameter cooperation;operation analysis

TM71

B

1004－289X(2016)04－0034－03

2015－05－07

范大吉，男，杭州師范大學(xué)，從事理論物理學(xué)習(xí)研究;