从理论物理上对无功补偿装置参数配合问题的研究

范大吉，陈尚书，陈坚，范钧伟

(1.杭州师范大学，浙江杭州310000;2.宁波供电公司，浙江宁波315000)

从理论物理上对无功补偿装置参数配合问题的研究

范大吉1，陈尚书2，陈坚2，范钧伟2

(1.杭州师范大学，浙江杭州310000;2.宁波供电公司，浙江宁波315000)

变电站无功补偿装置是电力系统中重要设备之一，变电站并列电容器组是保证系统电压质量和降低电能损耗的重要设备，本文从理论物理上通过简单的计算，得出并联电容器组的各设备间参数的配合问题，为装置各元件的设计，运行提供参考依据。

并联电容器组;参数配合;运行分析

1 引言

电力系统中由于无功功率的不足，会使系统电压及功率因数的降低，从而损坏用电设备，严重的无功补偿不足造成电压崩溃，系统瓦解，从而造成大面积停电事故，还会使电气设备得不到充分利用，造成电能损耗的增加，效率的降低，限制了线路的送电能力，影响电网的安全运行以及用户的正常用电。下面从理论物理上分析变电站中普遍使用并联电容器组的参数，为无功补偿装置的设计安装，正常运行提供参考意义。

2 变电所无功补偿装置电抗电容参数问题

实际接线说明:从开关引出后经过闸刀三相分别接电容器，电容器组两端并联放电线圈，经串联电抗器后在串联电抗器的尾端相连，形成星型接线，其放电线圈和C的电阻并联，便于计算，包括电容器内阻，串联电抗器的电阻在内，集中计算在一个假设的电阻R中。这样就构成了的RLC回路。

图1 为简化了的变电所无功补偿装置接线图

充电过程:在一个由电阻R、电容C及电感L组成的直流串联电路，如图所示，电源对电容器进行充电，回路方程为:

对两边求微分得:

单相电容器合闸涌流约为电容器组额定电流的5～15倍，合闸涌流中自由振荡频率为250～4000Hz，电容器合闸涌流衰减很快，实测最大持续时间为0.36s，但10ms以后即衰减到不足为害的程度。一般按照电容器容量的6%配合的串联电抗器可以滤去5次谐波的影响，由于时间短，足可以在合闸时保护电容器的安全过渡。此时的定时限电流保护整定在0.5s以上就可以躲过合闸涌流的影响，电流速断保护如能断开电容器组的合闸涌流时，保护可瞬时动作，跳开开关，如果不能躲过合闸涌流和满足灵敏系数，可加0.1～0.2s动作时限。

对于谐波放大的问题，有

Icn—流入电容器组的n次谐波电流，A;

In—非正弦用电设备所产生的n次谐波电流，A;

Xs—该电力系统的电抗，Ω;

Rs—该电力系统的电阻，Ω;

R—无功补偿装置总电阻，Ω;

Xs—这里仅仅是由简化的电容器的容抗和电抗器感抗代数和。

R—电容器组两端并联放电线圈，其电阻和C的电阻并联，便于计算，包括串联电抗器的电阻在内，集中计算在一个假设的电阻R中。相当于图1的R。

2.1 变电所无功补偿装置运行中高次谐波的抑制

UCN—被要求制造的电容器额定电压，kV;

US—变电站低压侧系统电压，kV;

n—设计确定需要谐波次数。

为了抑制3次谐波，可以先用电容器容量的13%的串联电抗器，为了抑制5次谐波，可以选用6%电抗器。

某220kV变电所1#电容器电容器的型号为BAM11.5－200－1W，18个电容器，电抗器的型号为CKK－216/35－1，放电线圈的型号为FDGC2－545/ 11.5+11.5－W，电容器组是每相18个，上下结构各9个，并联后再串联，每相容量共3600kVar，滤去5次谐波。

2.2 限制电容器组的合闸涌流

并联电容器组根据系统电压和无功补偿的变化进行投切，是操作频繁的设备，设电容器组中感抗的百分值为X0，容抗百分值为Xc，以容抗为100%比较，则，突然合闸的涌流为基波电流的倍数为:

设主变压器的电抗XB为电容器感抗比值的1%，则代入上式为11倍。当选择13%的滤去3次谐波的电抗器。

如果滤去5次谐波的6%电抗器。

某220kV变电所1#电容器电容器的型号为BAM11.5－200－1W，18个电容器，电抗器的型号为CKK－216/35－1，放电线圈的型号为FDGC2－545/ 11.5+11.5－W，电容器组是每相18个，上下结构各9个，并联后再串联，每相容量共3600kVar，滤去5次谐波。根据监测，该系统很少有谐波电流，在改造过程中，把电抗器改为CKK－36/35－1，这样可以减少了费用，同时可以缩小空间，它仅仅是起到限制合闸涌流的作用，可以限制8倍的基波。但不能限制高次谐波，适用于仅限制合闸涌流的地方。

2.3 放电线圈的电阻快速放电和保护

根据图1所示，放电过程:当电容器被充电到U时，则电容器在闭合的RLC回路中进行放电。此时回路方程为:

这里的R是总的假设的一个集中电阻，如果没有在电容器两端并连放电线圈，则这个R就是电容器很小的内阻和电抗器很小的高压绕组的电阻，由于这个R没有放电线圈的加入是很小的数值，故时间常数τ=很大，不利于电容器在切断开关的息弧，也不利于快速放电及时检修等工作，甚至没有完全放电，对工作人员的安全不能保证。因此在电容器两点加入放电线圈，以便在0.5s放电至安全范围内。

并联电容器组的投切，在切除电容器组的时候，应在短时间内将电容器上的电荷放掉，以防止再次合闸时产生的大电流冲击和过电压，对单只电容器可以采用并联电阻或放电线圈自放电，对电容器组采用并在电容器两端的放电线圈，放电线圈一般设有二次绕组，可以作为测量和保护用。同时放掉了电容器上的剩余电荷，给安全带来了保证。

在放电线圈的二次侧绕组，三相按开口三角型接线，在开口出连接电压节电器，如某相电容器熔丝熔断，则三角形开口出出现电压，发出信号提醒运行人员或发出跳闸信号，跳开开关。如果在每相中间引出放电线圈的二次侧接线端，根据差压接线，当熔丝熔断后，电压继电器发出信号或直接跳闸。

3 并联电容器组的运行分析

电容器组对断路器(开关)的要求有:关合时，触头弹跳时间不应大于2ms，并不应有过长的预击穿。应能承受关合涌流，断路器重击会引起电容器的损坏。应能满足容性负载的投切。开断容性负载可发生重燃过电压，过去的老式真空断路器经常损坏，现在在性能上改善，损坏的情况大大的减少。

电容器的熔断器:应按不小于电容器额定电流的1.43倍，并不宜大于额定电流的1.55倍选择。

当发生下列情况应立即停用电容器:(1)电容器爆炸;(2)电容器套管严重放电闪络;(3)电容器接头过热或融化;(4)电容器喷油或起火;(5)环境温度超过规定值。

目前，由于串联电抗器和放电线圈采用干式的较多，损坏程度远远地减少，用红外线测温发现有没有异常，决定是否停用真个电容器组。运行电压对电容器的影响。电容器的无功功率与电压的平方成正比，因此过高的电压对电容器的容量有影响，同时，电压的升高，会使电容器的温度升高，寿命减少和损坏。一般控制电压在电容器的额定电压的1.1倍。就目前来看，电容器组都安装在变电所内，电压不会超出此规定值，除非系统波动过大。

电压的升高也会引起电容器的过流，电容器组应能在1.3倍额定电流内长期工作，超过1.3倍则应退出运行。

4 结束语

本文从理论物理上分析电容器组的各电气组成部分的各种数据和计算，采用实用现实的计算方法，系统地概述了电容器组各电气设备的配合问题，同时分析运行工况，对于电容器组的各元件设备的定型，安装设计，运行具有一定的意义。

［1］范钧伟.无功补偿中限流电感配置和设计计算［J］.电气开关，1999(5).

［2］范钧伟.串联电抗器参数测定和运行调试［J］.电气开关，2001(3).

［3］范钧伟.谈城区变电站无功补偿装置中的户内空心串联电抗器的设计和应用［J］.电气开关，2001(6).

［4］范钧伟.谈串联电抗器在无功补偿装置中的应用及设计、运行和维护［J］.电气开关，2001(4).

［5］范钧伟，水航东.谈各种串联电抗器设计在无功补偿装置中的应用［C］//电力电容器学会2000年论文集，中国电机工程学会.

［6］周盛锋，范钧伟.浅谈变电站对高次谐波的抑制［J］.电气开关，2003(4).

陈尚书，男，宁波供电公司，本科毕业，从事变电运行技术工作;

陈坚，男，宁波供电公司，本科毕业，从事变电运行技术工作;

范钧伟，男，宁波供电公司，高级职称，从事变电运行技术工作。

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，杭州师范大学，从事理论物理学习研究;