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配电网中电容补偿装置串接电抗器的分析 翁利民 武汉钢铁设计研究院 (430080) 陈辉 龙翊 武汉水利电力大学 (430072) 1、合闸涌流 根据我国现行的“并联电容器装置技术规程”(SDF2585)中合闸涌流的计算公式： (1) 式中Ie电容器组额定电流有效值 A Xc电容器组的一相容抗 Xs电容器组与电网之间的电抗 Qc电容器的容量 kvar Sd合闸点系统的短路容量 MVA 即合闸涌流倍数km=1+Sd/Qc，随合闸点短路容量的增大与电容器容量的减小而增大，一般为410倍，频率约为2504000Hz，频繁投切电容器组的过大涌流使断路器触头熔化和烧损，使TA一、二次产生过电压而击穿绝缘，引起继电保护的误动作，而且倘若超过电容器允许的涌流极限，将加速老化或因游离放电而损坏元件。这时加装串联电抗器后： (2) 随母线短路容量的增大或电抗器感抗占电容器容抗的百分数的增加，km将大幅度减小而起到抑制合闸涌流的作用。 2、谐波的影响 网络存在的谐波含量，将是危及并联电容补偿装置安全的严重问题，电容对n次谐波的容抗降为Xc/n，系统电感对n次谐波的电抗上升为ns，当有n次谐波电流时，如果ns=Xc/n，则产生n次谐振现象，其n次谐波电流与基波电流迭加后使电容随电流骤增，常使熔断件爆炸，或使电容器发热击穿，此时，畸变电流在电网阻抗上产生的谐波电压迭加在原来的电压上，使电容器产生过电压，从而缩短电容器的寿命。 串入电抗器是有效地避开谐振区和限制谐波的办法，自振频率为： (3) 网络中存在高次谐波时，当nn0则并联补偿装置与电网阻抗的综合阻抗特性为感性，对网络明显有抑制谐波的作用，相当于一个高通滤波器的功能。 但nn0时其综合阻抗呈现容性特征，这时候补偿装置并不是起抑制谐波的作用，而是对nn0的谐波起放大作用。倘若网络中nn0谐波量较大时，这将对电力网络与补偿装置的安全运行构成威胁，所以这时应慎重取定n0的值，以充分发挥串联电抗器的作用： 若系统中主要是5、7、11等次谐波，应使(XL+Xs)/Xc1/25=0.04，因Xs相对XL很小，故应使XL0.04Xc； 电力网络中有时存在较大的3次谐波电流，则取XL/Xc1/9，一般选择XL=0.13Xc。 高次谐波是电网的公害，对有相当量谐波的网络进行无功功率补偿，须加装串联电抗器使补偿回路对谐波频率阻抗呈感性，从而达到抑制谐波分量的作用，或将电容器、电抗器组成交流滤波器。 3、暂态过电流与过电压 当电容装置接入回路时，特别是电容器组的一部分接入回路而其余并联的电容器已经通电时，可能出现高幅值和高频的暂态过电流，这时可通过在电容器每一组的供电回路串接电抗器，以将这些暂态过电流减少到电容器或装置可以接收的值。 另外电容补偿装置回路断路器在合闸、分闸时都会产生过电压，而合闸时的弹跳和分闸时的重燃都会增加过电压的机率和过电压的倍数，虽然串接电抗器的并联电容补偿装置有限制合闸涌流、短路电流和抑制谐波的作用，但有了串接电抗器，特别是作为线性电抗器，品质因数较高的水泥电抗器，使断路器重燃机率增加，和产生的过电压幅值增加。 重燃时，在电弧熄灭的过程中电流的变化是非常快的。不串接电抗器时，过电压主要决定于网络产生的暂态电压。由于目前并联电容补偿装置均接于电力网络的10kV侧，因此系统阻抗中变压器的多数起很大作用，在饱和、高频时，变压器的损耗都有相当的数值，过电压的衰减也比有串联电抗器时快得多。但当电容补偿带有串接电抗器时，在重燃电弧熄灭过程中，在电抗器两端可能出现较高的暂态过电压，与系统的暂态过电压迭加施于电容器端，可能出现很高的过电压，导致ZnO避雷器动作或电容器爆炸。所以，电容补偿装置应注意选择操作时不引起过高的过电压的断路器，倘若重燃不可避免，则可能需要选用具有更高绝缘水平和更高额定电压等级的电容器。 4、电容器的端电压升高 由于串接了电抗器，加于电容器的端电压高于母线电压： Uc=UeXc/(Xc-XL) (4) 式中Ue补偿回路母线电压 XL相对于Xc比例越大，电容器的端电压升高越多，例如XL=6%Xc时电压将升高6.4%；若XL=13%Xc，电压将升高11.5%。此外由于电容器的三相实际容量不可能完全均衡而导致电容器本身承受的电压将超过其额定电压，而这种不均衡程度在串接电抗器后更严重了，这就使电容器端电压升高值大于只考虑三相平衡时的升高值。 若并联电容补偿装置在设计之前已考虑这些影响因素，只需将其额定电压水平提高，增加一些容量即可解决。但若装置经改造需加装串联电抗器，这样导致电容器端电压的升高，不但限制了电容器的投运量，而且影响了电容器的寿命，许多电容器的爆炸，鼓肚等大多数情况是由于端电压升高所致。因此，对串联电抗器应充分考虑电容器电压升高所带来的影响。 5、结束语 在并联电容器补偿装置中采用串联电抗器，既进行了无功补偿，又避免了高次谐波电流流入系统，保护了电力设备，提高了供电质量，它是一种行之有效的限制高次谐波的好方法，同时，对限制电容器组的合闸