并聯電容器過電壓和過電流的判斷條件分析
并聯電容器過電壓和過電流的判斷條件分析
1 前言
并聯電容器是電力系統的重要無功電源，具有成本低、便于維護和運行、經濟效益好等特點。電容器在系統中會產生以下現象：①與電力系統的感性設備發生諧振；②因絕緣老化和發熱等，造成系統短路；③投入系統時產生無功沖擊，出現較大的涌流等。其中諧振和絕緣問題是電容器組設計、投運和運行中所要考慮的首要問題。本文結合電容器組的設計論證和對河南電網部分變電站的諧波測試，對電容器的過電壓和過電流問題進行討論。
2 并聯電容器組諧波過載能力的四條要求
2．1 反映電容器耐壓性能的指標：過電壓倍數
國標《并聯電容器裝置設計規范》（GB50227－1995）規定：α≤1．1，表示電容器所承受的基波電壓與諧波電壓的幾何和（電壓有效值）不超過額定電壓的1．1倍。作為算法上的對比，計算基波和諧波電壓的算術和時：
2．2 反映電容器耐熱性能的指標：過電流倍數
國標《并聯電容器裝置設計規范》（GB50227－1995）規定：β≤1．3，表示流過電容器的基波電流和諧波電流的幾何和（有效值）不應超過額定電流的1．3倍。作為算法上的對比，計算基波和諧波電流的算術和時：
2．3 反映電暈現象的指標：峰值電壓過電壓倍數
IEEE規定：γ≤1．2。顯然γ＝α′。
2．4 考慮過載容量的指標：過載容量倍數
IEEE規定η≤1．3，即過載容量不超過額定容量的1．3倍。根據過壓倍數、過流倍數計算方法的不同，η值可以是αβ、αβ′、α′β和α′β′。
3 河南電網部分變電站實測結果和計算
3．1 駐馬店220kV變電站的電容器過電壓過電流的計算
首先，將10kV母線的電壓諧波數據（見表1）轉化為電容器端電壓的諧波。電容器串聯電抗器，電抗器基波電抗為XL，電容器基波容抗為XC，母線基波電壓為U1，諧波次數為n，n次諧波百分含量為DFVn，母線n次諧波電壓為DFVn·U1，n次諧波電抗為nXL，n次諧波容抗為XC／n。那么，電容器n次諧波電壓百分含量為：
由表2知，采用算術和的計算方法表明電容器已過電壓，最大峰值過壓倍數接近1．2，符合峰值電壓校驗。實際運行情況是電容器接近過電壓的限值。因為母線電壓沒有達到母線保護的定值（平均電壓的1．1倍），電容器電壓的有效值也沒有達到額定電壓的1．1倍，所以母線過電壓保護和電容器分支過電壓保護不動作。
表3，說明變壓器低壓側電流沒有超過《并聯電容器裝置設計規范》的定值。利用駐馬店站的設備實際參數，計算得到投入電容器后，諧振頻率在230Hz附近，大電流并非諧振造成，10kV母線運行電壓過高才是電容器的運行電流過大的原因。
表4說明在利用算術和算法求電壓電流時，才判斷電容器容量過載。事實上容量不過載。
3.2 薛坡220kV變電站過電流過電壓的計算
薛坡220kV變電站是許昌供電區的樞紐站，帶有電鐵負荷。1998年以前，該站電容器組不能正常投運，串聯電抗器嚴重發熱。1999年1月12日，測試了薛坡站的諧波。
現場觀察和測試都表明，電容器的運行電流過大，β>β'更大，見表5。電容器不能安全運行，電流已超過保護整定值（額定電流的1.6倍），所以保護運作。
根據測試和計算，諧振頻率接近5次諧波而產生諧波電流的放大。這直接導致10kV側的5次諧波電壓和總畸變率超標，見表6。
表7是電容器端電壓的諧波值和過電壓倍數。α達到和接近1．1，α′＞1．1，最大值為1．48，電流諧振造成過電壓，γ＞1．2，峰值過電壓。
表8說明電容器容量過載，與實際相符合。（這是薛坡站1998年的情況。河南省電業局和許昌電業局于1999年對電容器組改造后，運行良好。）
3．3 通過以上實例，并聯電容器組諧波過載能力的四條要求中，前三條（耐壓、耐熱、峰值
電壓校核）是關鍵，如果耐壓、耐熱、峰值電壓校核合格，第四條容量校核也合格。由于峰值電壓校核實際上是計算電壓算術和，所以只要耐壓、耐熱校核合格，峰值電壓和容量的校核也合格。
4 結論
通過討論，結合駐馬店和薛坡兩站的實例分析，總結如下。
4．1 引起電容器過壓和過流的因素是復雜的，諧波諧振或運行電壓過高都可以使電容器過載，應具體問題具體分析。
4．2 電容器過載的四點規定是相互聯系的，其中（1）、（2）、（3）是最重要的，滿足前3條，往往滿足了（4）條。（3）條由于與電壓算術和的算法等效，所以實際工作中只要驗證（1）、（2）就可以了。
4．3 綜合考慮諧波電壓和電流的作用，可以有兩種算法：幾何和與算術和。與之對應的判斷方法：電壓（幾何和）—電流（幾何和）、電壓（幾何和）—電流（算術和）、電壓（算術和）—電流（幾何和）、電壓（算術和）—電流（算術和）。這四種方法得到的結論有較大不同。其中幾何和的算法，計算的結果是有效值，具有實際物理意義的，也是《并聯電容器裝置設計規范》要求的算法。所以在利用實測數據進行電容器過壓過流的判斷，宜利用電壓（幾何
和）—電流（幾何和）。
4．4 在進行電容器諧波論證時，從論證的裕度出發，采用電壓（算術和）—電流（算術和）
的方法，裕度最大。筆者贊成利用電壓（算術和）—電流（幾何和）及電壓（算術和）—電流
（算術和）的方法，其中后者的裕度最大，條件滿足后，峰值電壓和容量的校核也可滿足。
編輯：admin 最后修改時間：2017-09-05
