并联电容器组投入运行时的涌流分析及抑制方法

1、町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕并联电容器组投入运行时的涌流分析及抑制方法骆真真南京紫金电力保护设备有限公司（210028）E-mail : zhenzhen 0517摘 要：本文通过在单组并联电容器和多组并联电容器合闸时的电路图，推到出并联电容器合闸涌流的计算公式，并详细介绍了两种可以限制合闸涌流的技术措施。关键词：并联电容器，合闸涌流，串联电抗器，并联电阻并联电容器组投入系统运行时，主要是合闸涌流和分、合闸过电压的问题。以下主要讨论的是并联电容器合闸时的涌流分析及限制涌流的有利方法。当并联电容器合闸投运时，不仅会产生 过电压，而且同时会产生幅值很大、频率很 高的暂态过电流，即合闸冲击涌流，

2、其波形 见图1。涌流的幅值相当于电容器正常运行的几倍甚至几十倍，其频率很高，可达到几百 甚至几千赫兹，但衰减的很快，持续时间一 般小于20毫秒。1.并联电容器组合闸时的涌流计算图2单组并联电容器合闸等值电路图1.1单独一组电容器投入图2是投入单组电容器时，计算涌流的等值电 路图。其中E:电源电压；L :电感，包括电源电感和 并联电容器电感；DL :并联电容器进线断路器； C :并联电容器电容；Uc:并联电容器端电压。若电源电压为：E = Emsin（ wt +?）（1）因为电容器常与电感线圈连接，则电容器端电压的微分方程式:dicEmsin3 + ?)=uc+石-1-町Jr 4TUJ国粮仮圧x

3、tx夕-#-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕因为：将（3）式代入（2）得:ic = CdUdt(3)Ems int +?) =Uc+ LCd2Udt2(4)-#-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕解（4）式可以得出:(5)Uc= Emsi n(W +?) + (Uo - Ems in? )cos- sin wt1式中的o =，其中Uo是合闸前电容器上的残余电压。o VLC如果并联电容器合闸时，？ =90o，则（5）可以化简为：oo、丄 wEmcos90oUc= Ems in( g + 90o) + (U°- Ems in 90o) cosgt-(6)(7)=Emcost + (Uo -

4、 Em)cosWot所以(3)式可以化简为：duic = C= - CEmosin ®t + C(Uo Em)o sin otdt、丿 o o11ic = - CEmosin g + C(Uo Em) x sin gt“. (Uo Em)=-CEmwsin g 将g=代入（7）式得:(8)sin gt由于并联电容器上接有并联放电线圈，所以当电容器合闸时，电容器上的残余电压 Uo=0又因为涌流的最大值出现在sin g = - 1,sin gt = 1时，所以电容器的最大涌流的峰值为:ic=CEmg+ Em1=CEm(d(1 +). o2LC(9)-3-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕-

5、#-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕Im为电容器额定电流最大值时设电容器安装处的短路容量为lm = EmwCPDL,则：(10)PDl =、3UnIDLUn2gL(11)-#-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕而电容器的额定容量为:(12)2Qc = U N l = U N coC如此:将（13）代入（9）得:lcm = lm1g2LC= lm(1 +XcXl(13)(14)例：今有额定电压为 10kV得电网，装有容量为 900kvar的并联电容器，电容器安装处 得短路容量为P= 500MV A，试计算合闸涌流。-#-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕lm(1 +,2900.310=73.48,5

6、00 X10OO) = 23.36I1000-5-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕Icm =23.36Im =23.36 X73.48=1716.49(A)1.2多组电容器投入主要决定于并联电容器组第一组电容器投入时的涌流与单组电容器投入时的情况相同， 母线的短路容量与电容器的额定容量。£间r DLn第一组电容器投入后， 第二组电容器再投入时， 除由电源对电容器产生涌流外，一:已充电 的第一组电容器也要对第二组进行充电，形成涌流，由于两组电容j Le j ItItI图3多组并联电容器合闸等值电路图电感很小，通常只有几个微亨，因此，投入第二组电容器时，第一组电容器向第二组电容器 充电会

7、产生很大的涌流，比投入第一组时要严重的多。若有更多组电容器同理，后投入者 的涌流将更大。UC现在设有n组电容器，计算最后一组计第 投入时的涌流，见图 3。在计算时不考虑电源 产生的涌流。在电源电压为最大值 Em时投入电容器所产生的涌流最大，当断路器DLn合上时，已充电的（n-1）组电容器就会对第 n组电容器进行充电。则这n组电容器总的端电压为：d?UE尸 Ucn + LeCe 击(15)式中Le='占1电路的等效电感Ce = （n - 1 C C解（15）式可以得出：+-电路的等效电容n- 1UC=Em-r(1-COSqt)(16)-#-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕-#-町Jr 4

8、TUJ国粮仮圧xtx夕式中的釘上ic=C(17)-#-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕-#-町Jr 4TUJ国粮仮圧xtx夕当sin qt =1时，得出涌流最大值:(18)I Em 乂门-1I cm . XJC900kvar，线间导线长度为20m，母线电感按例：有两组10kV电容器，其容量各为-#-町JrUJ国粮仮圧xtx夕1 yH / m，试计算其投入时的涌流。Em=；3UX1O= 8.17 (kV)-#-町JrUJ国粮仮圧xtx夕-#-町JrUJ国粮仮圧xtx夕每组的电感 L = 20X1 X10-6 = 20X10-6(H)电容值C =QcU 2w3900 X10(10 X103 )2

9、X314= 28.66 X10-6(F)-#-町JrUJ国粮仮圧xtx夕I cmX2-1 = 4890(A)图4并联电容器串联电抗器原理涌流8170-620 X0 628.66X0 62限制电容器涌流的技术措施从实例可以看出，单组电容器投入时， 所产生的涌流一般在电容器额定电流的十几 倍，最高在20几倍，但是当多组电容器投入 时，涌流可以达到额定电流的几十倍，甚至上百倍，这会对电气设备造成很大的危害。所以采取一些可以限制涌流的措施是至关重要的。 下面介绍两种限制涌流的技术措施：串入电抗 器和断路器断口并联电阻的限 流方法。2.1串入电抗器限制涌流根据合闸涌流的计算公式：lcm= lm(1 +

10、", ；C)=|m(1+, PDL )即合闸涌流倍数Km = 1 + , PDL ,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， Qc频率约为2504000Hz。因此，频繁投切电容器组，会使涌流过大，使断路器触头熔化和烧 损，使电流互感器一、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。这时加装串联电抗器Xs后，合闸X涌流倍数 Km=1+ C將大幅度减小，起到抑制合闸涌流的作用。若取6%的电抗VXl + Xs器，即Xl+Xs=6%Xc，则心二"-.1；0 =5，可见，涌流倍数随着串联电抗器

11、的增加 下降很快。见图4。其实串联电抗器除了可以限制涌流的作用外，还有抑制高次谐波的作用，如有些地区用6%的串联电抗器，这样就可以抑制电网中的五次谐波。此外，串联电抗器还可以限制短路电流，降低对断路器开断容量的要求；限制了电容器内部故障电流，降低了对并联电容器的熔点器限流能力的要求2.2断路器断口并联电阻的限流方法在电容器进线的断路器的中间触头DL1和固定触头DL2间加装并联电 阻R可以起到限制合闸涌流的作用。如图5所示，在断路器触头 DL1 关合，DL2断开时，由于电阻 R的限 制，涌流的最大值为|m1= Em,当合断R口 DL2时，用于电阻的作用，电容器 上的电压较没有电阻前小，其值为图5

12、断路器加装并联电阻原理图U - UC ,，如此，仿照公式(18),涌流的最大值为I cn、2(U-Uc)、2Ur URmcoCoLXlXcU RmI m2UmR,r2+Xc2UmR可见，当断路器的断口并联电阻后， lm1和lm2均比没有并联电阻 R时小，起到了限流I m2UmRR2 + Xc2Um=Im1 R的作用。若使Iml和Im2相同，则有-7-町JrUJ国粮仮圧xtx夕-#-町JrUJ国粮仮圧xtx夕且因为R2XC2UmR 1Xc , XlXcUmR-#-町JrUJ国粮仮圧xtx夕-#-町JrUJ国粮仮圧xtx夕U2100002XL =6 = 1(?)PDL100 X102 2w U 2

13、100002一一 c、XC =3 = 111(?)-900 X10R= 4 XlX3c例：若10kV某处母线的短路容量为100MVA, QC=900kvar,为了减小涌流，试确定断路器断口需并联的电阻值。QCr 二 QxlX3c = 4，1 X111 = 3.25(?)但这种方法适用于电容器的进线断路器为多油断路器的情况下，现在变电站进线柜很多情况都是用的真空接触器，所以这种方法应用的比较少2。3.结论本文通过对两种等值电路的分析，得出单组及多组并联电容器合闸时的涌流公式，并给出了两种可以抑制涌流的技术方法即：串联电抗器法和断路器断口并联电阻法。参考文献1 华北电业管理处编，并联电容补偿装置技

14、术，1986年2月。2 王振东主编，最新电力、电网无功补偿新技术与无功补偿装置选型设计安装及运行控制实用手册，中 国科技文化岀版社。Flow analysis and confining measure of shunt capacitorbank of being usedLuo Zhen zhe nNanji ng Zijin Electric Power Group (210028)AbstractBy an alyz ing the circuit diagram of sin gle shu nt capacitor and muti-sh unt capacitor of clos