從理論物理上對無功補償裝置參數配合問題的研究

范大吉，陳尚書，陳堅，范鈞偉

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

從理論物理上對無功補償裝置參數配合問題的研究

范大吉1，陳尚書2，陳堅2，范鈞偉2

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

變電站無功補償裝置是電力系統中重要設備之一，變電站并列電容器組是保證系統電壓質量和降低電能損耗的重要設備，本文從理論物理上通過簡單的計算，得出并聯電容器組的各設備間參數的配合問題，為裝置各元件的設計，運行提供參考依據。

并聯電容器組;參數配合;運行分析

1 引言

電力系統中由于無功功率的不足，會使系統電壓及功率因數的降低，從而損壞用電設備，嚴重的無功補償不足造成電壓崩潰，系統瓦解，從而造成大面積停電事故，還會使電氣設備得不到充分利用，造成電能損耗的增加，效率的降低，限制了線路的送電能力，影響電網的安全運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電容器組的參數，為無功補償裝置的設計安裝，正常運行提供參考意義。

2 變電所無功補償裝置電抗電容參數問題

實際接線說明:從開關引出后經過閘刀三相分別接電容器，電容器組兩端并聯放電線圈，經串聯電抗器后在串聯電抗器的尾端相連，形成星型接線，其放電線圈和C的電阻并聯，便于計算，包括電容器內阻，串聯電抗器的電阻在內，集中計算在一個假設的電阻R中。這樣就構成了的RLC回路。

圖1 為簡化了的變電所無功補償裝置接線圖

充電過程:在一個由電阻R、電容C及電感L組成的直流串聯電路，如圖所示，電源對電容器進行充電，回路方程為:

對兩邊求微分得:

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，實測最大持續時間為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%配合的串聯電抗器可以濾去5次諧波的影響，由于時間短，足可以在合閘時保護電容器的安全過渡。此時的定時限電流保護整定在0.5s以上就可以躲過合閘涌流的影響，電流速斷保護如能斷開電容器組的合閘涌流時，保護可瞬時動作，跳開開關，如果不能躲過合閘涌流和滿足靈敏系數，可加0.1～0.2s動作時限。

對于諧波放大的問題，有

Icn—流入電容器組的n次諧波電流，A;

In—非正弦用電設備所產生的n次諧波電流，A;

Xs—該電力系統的電抗，Ω;

Rs—該電力系統的電阻，Ω;

R—無功補償裝置總電阻，Ω;

Xs—這里僅僅是由簡化的電容器的容抗和電抗器感抗代數和。

R—電容器組兩端并聯放電線圈，其電阻和C的電阻并聯，便于計算，包括串聯電抗器的電阻在內，集中計算在一個假設的電阻R中。相當于圖1的R。

2.1 變電所無功補償裝置運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—變電站低壓側系統電壓，kV;

n—設計確定需要諧波次數。

為了抑制3次諧波，可以先用電容器容量的13%的串聯電抗器，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為BAM11.5－200－1W，18個電容器，電抗器的型號為CKK－216/35－1，放電線圈的型號為FDGC2－545/ 11.5+11.5－W，電容器組是每相18個，上下結構各9個，并聯后再串聯，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

并聯電容器組根據系統電壓和無功補償的變化進行投切，是操作頻繁的設備，設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為:

設主變壓器的電抗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為BAM11.5－200－1W，18個電容器，電抗器的型號為CKK－216/35－1，放電線圈的型號為FDGC2－545/ 11.5+11.5－W，電容器組是每相18個，上下結構各9個，并聯后再串聯，每相容量共3600kVar，濾去5次諧波。根據監測，該系統很少有諧波電流，在改造過程中，把電抗器改為CKK－36/35－1，這樣可以減少了費用，同時可以縮小空間，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

根據圖1所示，放電過程:當電容器被充電到U時，則電容器在閉合的RLC回路中進行放電。此時回路方程為:

這里的R是總的假設的一個集中電阻，如果沒有在電容器兩端并連放電線圈，則這個R就是電容器很小的內阻和電抗器很小的高壓繞組的電阻，由于這個R沒有放電線圈的加入是很小的數值，故時間常數τ=很大，不利于電容器在切斷開關的息弧，也不利于快速放電及時檢修等工作，甚至沒有完全放電，對工作人員的安全不能保證。因此在電容器兩點加入放電線圈，以便在0.5s放電至安全范圍內。

并聯電容器組的投切，在切除電容器組的時候，應在短時間內將電容器上的電荷放掉，以防止再次合閘時產生的大電流沖擊和過電壓，對單只電容器可以采用并聯電阻或放電線圈自放電，對電容器組采用并在電容器兩端的放電線圈，放電線圈一般設有二次繞組，可以作為測量和保護用。同時放掉了電容器上的剩余電荷，給安全帶來了保證。

在放電線圈的二次側繞組，三相按開口三角型接線，在開口出連接電壓節電器，如某相電容器熔絲熔斷，則三角形開口出出現電壓，發出信號提醒運行人員或發出跳閘信號，跳開開關。如果在每相中間引出放電線圈的二次側接線端，根據差壓接線，當熔絲熔斷后，電壓繼電器發出信號或直接跳閘。

3 并聯電容器組的運行分析

電容器組對斷路器(開關)的要求有:關合時，觸頭彈跳時間不應大于2ms，并不應有過長的預擊穿。應能承受關合涌流，斷路器重擊會引起電容器的損壞。應能滿足容性負載的投切。開斷容性負載可發生重燃過電壓，過去的老式真空斷路器經常損壞，現在在性能上改善，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。

當發生下列情況應立即停用電容器:(1)電容器爆炸;(2)電容器套管嚴重放電閃絡;(3)電容器接頭過熱或融化;(4)電容器噴油或起火;(5)環境溫度超過規定值。

目前，由于串聯電抗器和放電線圈采用干式的較多，損壞程度遠遠地減少，用紅外線測溫發現有沒有異常，決定是否停用真個電容器組。運行電壓對電容器的影響。電容器的無功功率與電壓的平方成正比，因此過高的電壓對電容器的容量有影響，同時，電壓的升高，會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。就目前來看，電容器組都安裝在變電所內，電壓不會超出此規定值，除非系統波動過大。

電壓的升高也會引起電容器的過流，電容器組應能在1.3倍額定電流內長期工作，超過1.3倍則應退出運行。

4 結束語

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據和計算，采用實用現實的計算方法，系統地概述了電容器組各電氣設備的配合問題，同時分析運行工況，對于電容器組的各元件設備的定型，安裝設計，運行具有一定的意義。

［1］范鈞偉.無功補償中限流電感配置和設計計算［J］.電氣開關，1999(5).

［2］范鈞偉.串聯電抗器參數測定和運行調試［J］.電氣開關，2001(3).

［3］范鈞偉.談城區變電站無功補償裝置中的戶內空心串聯電抗器的設計和應用［J］.電氣開關，2001(6).

［4］范鈞偉.談串聯電抗器在無功補償裝置中的應用及設計、運行和維護［J］.電氣開關，2001(4).

［5］范鈞偉，水航東.談各種串聯電抗器設計在無功補償裝置中的應用［C］//電力電容器學會2000年論文集，中國電機工程學會.

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

陳尚書，男，寧波供電公司，本科畢業，從事變電運行技術工作;

陳堅，男，寧波供電公司，本科畢業，從事變電運行技術工作;

范鈞偉，男，寧波供電公司，高級職稱，從事變電運行技術工作。

Research on Parameter Cooperation of Reactive Power Compensation from Physics

FAN Da-ji1，CHEN Shang-shu2，CHEN Jian2，FAN 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，從事理論物理學習研究;