基于串聯電抗器接線錯誤引起電容器組損壞的研究

費上貝

（國網蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引 言

對于電容器的運行來說，在電源斷開的情形下，其2級的形態為儲能。此過程中，儲存的電荷能量較大，會使得該設備2級中存在部分殘留電壓，這些電壓的初始值就是電容器組的額定電壓。當其額定電壓發生變化時，就能夠判斷其出現故障問題或是整個結構受到損壞。結合國內外相關研究資料來看，電容器組的損壞原因較多，串聯電抗器接線錯誤就是其中一種。為更加了解串聯電抗器接線錯誤對電容器組造成損壞的相關事項，簡要概述故障電容器組的接線情況，以此為依據來分析電容器故障的具體原因，并指出在串聯電控器接線錯誤方面，高次諧波對電容器造成的問題，進而提出具備針對性的控制措施。

1 故障電容器組接線概況

電容器組中較常見的串聯電抗器接線如圖1所示。C1、C2有2種運行方式，第1種為半容量運行，其特點在于將K1、K2打開，而C1斷開，C2會持續運轉，電容器組的運行以3 MVA為基準，L1和L2串聯。第2種為全容量運行，當K1和K2處于完全閉合狀態，則C1和C2并聯，具體表現為L1短路，L2持續運轉。

圖1 電容器組接線

對于這種接線方式來說，電容器生產方充分考慮因接線而造成的結構損壞問題。在試驗研究中，如果K1閉合，則主回路電流I1和L1接線后電源直接加在L2上的電流IN相比，差值大約為6%，由此判斷閉合K1運行不會使電容器組受到損壞。但是在實際應用中，這種接線方式仍存在問題，最終導致電容器組產生故障。

2 電容器故障原因分析

2.1 電容器組拆開L1接線前后對比

針對因串聯電抗器接線錯誤而造成的電容器組損壞情況來看，要想明確故障問題產生的成因，可根據該接線方式下還在運行的電容器組設備對其進行全方位的檢驗，主要針對尚未受到損壞的組件來進行摸底分析。此過程中發現，在閉合K1讓L1短路的接線方式中，串聯電抗器的運行穩定性受到影響，且會伴有較大的噪聲與振動。通過將K1閉合并拆開L1接線，這階段的電容器組接線在電抗器運行中，不僅能解決振動現象，而且使得噪聲消除，從中就能夠發現短路L1無法正常運行[1]。電容器實物如圖2所示。

圖2 電容器實物

2.2 電抗器短路L1前后電流損耗分析

基于前文研究分析來看，要想有效解決L1接線錯誤的故障問題，使得電容器組結構不受損壞，還需以電抗器短路現象為基準來進行分析。試驗中，具體的操作是通過打開K，采取加壓US的方式來檢測電壓U和電流I1、I2。隨后可閉合K，進行I加壓來檢測I1與I2電流，電抗器短路前后的檢測結果如表1所示。

表1 電抗器短路前后檢測結果

2.3 試驗結果分析

依據對拆開Ll接線的分析來看，電抗器在運行中，噪聲與振動現象有了明顯的改善。針對Ll短接情況來看，這種接線方式將會導致整個電抗器磁路產生不穩定、不平衡的現象，最終使得電磁力作用不均。拆開Ll，使其不短接時，L2損耗的計算公式為

無法確認短接容量電抗器的接線方式能夠做到正確接線，評判依據是因主回路電流還在不斷加大中，且回路損耗同樣在提升，仍舊會對電容器組造成損壞。

3 高次諧波對電容器的危害

由于串聯電抗器的錯誤接線，造成高次諧波電流的產生，而且這種電流會導致電容器運行中的電壓波形變化，最終會對電容器組造成嚴重的損壞。電流在經過電容器組后，就會對其運行穩定性與安全性造成危害，原因是高次諧波頻率較高時會導致整個電容器容抗不斷降低，而經過電網阻抗中所形成的諧波電壓會使得原有的電容器組電壓畸變不斷加大[2]。

除此之外，因串聯電抗器接線錯誤而形成的電流在流經電容器時與串聯電抗器的電容量密切相關，如果在此過程中電容量有所提升，則會導致串聯電抗器的容抗降低。流經的電流若是不斷加大，就會使得電流與電壓波形的變化更加嚴重，從而加大形變。高次諧波的產生會對電容器組造成較大的損害，就是因為其對于這種諧波電流具備一定的吸收性，所以在流經電容器組時，高次諧波就會影響到電容器組原有的電流、電壓，使整個電容器組受到損壞，無法保證電能質量符合相關要求。這種損壞現象主要體現在損耗的提升以及加快絕緣介質老化等方面，最終會導致電容器組在運行時產生較大的噪聲，且溫度不斷升高還伴有振動與異響。對于串聯電抗器的實際運行來說，在不同的運行方式中會產生不同諧波的放大系數，具體如表2所示。

表2 不同運行方式及不同諧波源下放大系數計算

4 控制高次諧波的措施

4.1 選擇合適的串聯電抗器

在串聯電抗器接線方面，還需根據實際應用的情況來選擇更加合適的串聯電抗器，進而才能有效避免因錯誤接線而引發的電容器組損壞現象。在高次諧波的控制中，使用電容器組容抗值為6%的串聯電抗器，這樣才能在實現有效控制諧波的同時，使得電容器組在運行中不會受損[3]。在串聯電抗器選擇方面，合閘的涌流倍數K要滿足的公式為

如果變電站母線出現諧波整流，諧波電流產生于整流裝置中，則會不斷流入到電容器組中，具體計算公式為

式中：n為諧波次數；ICn為電容器n次諧波電流；IBn為變壓器n次諧波電流，In為總諧波電流次數；XB為變壓器側等值。當(nXL?XC/n)＞0，即電容器組回路呈電感性時，可使諧波電流減小 ；當nXL=XC/n時，能夠滿足諧振條件；而當(nXL?XC/n)＜0時，就代表電容器組回路能夠擴大諧波電流，從而導致母線電壓波形產生形變[4]。

4.2 合理應用串聯電抗器

基于高次諧波對電容器組危害較大的因素來看，為避免出現串聯電抗器接線錯誤引起電容器組損壞的情況，要加強對高次諧波的控制，具體可采取串聯電抗器的方式。在具體接線中要充分考慮到串聯電抗器的自身特性，防止電容器的電流、電壓涌流進入短路電流中。若是斷路器在運行時出現重燃的現象，就能夠充分發揮串聯電抗器的抑制作用。

對于變電站電容器組來說，可通過使用串聯電抗器來增強電容器組運行的安全性與穩定性，解決出現的諧振現象，避免因高次諧波影響出現電容器過度負荷的故障問題[5]。除此之外，針對當下變電站的自身結構來看，需要涵蓋2組以上的電容器來推動系統運轉。正確進行串聯電抗器的接線可進一步優化并調整電網運行的電壓，以此來實現穩定運行，為變電站的穩定供電提供保障[6]。

5 結 論

綜上所述，串聯電抗器在使用中要重視設備接線，基于相關技術標準檢驗串聯電抗器的接線是否準確，如果出現錯誤接線的問題，不僅會對串聯電抗器的正常運行造成影響，還會導致電容器組損壞，使設備運行的穩定性與安全性無法得到保障，對整個電容器組的正常運行造成負面影響。為使串聯電抗器能夠穩定運行，結合上述研究分析能夠看出實際應用中不宜選擇短接上節半容量電抗器線路連接方式，這種方式不僅會不斷提升主回路電流，從而加大回路損耗，而且運行時會不斷使設備裝置升溫，影響運行的安全性。關于如何采取更加有效的接線方式來使串聯電抗器能夠正常運行，還需國內相關部門與專家學者們通過不斷的研究與實踐探索來提出更加有效的接線方式，進而使電容器組不會出現受損的現象。