基于串联电抗器接线错误引起电容器组损坏的研究

费上贝

（国网苏州供电公司，江苏 苏州 215000）

0 引 言

对于电容器的运行来说，在电源断开的情形下，其2级的形态为储能。此过程中，储存的电荷能量较大，会使得该设备2级中存在部分残留电压，这些电压的初始值就是电容器组的额定电压。当其额定电压发生变化时，就能够判断其出现故障问题或是整个结构受到损坏。结合国内外相关研究资料来看，电容器组的损坏原因较多，串联电抗器接线错误就是其中一种。为更加了解串联电抗器接线错误对电容器组造成损坏的相关事项，简要概述故障电容器组的接线情况，以此为依据来分析电容器故障的具体原因，并指出在串联电控器接线错误方面，高次谐波对电容器造成的问题，进而提出具备针对性的控制措施。

1 故障电容器组接线概况

电容器组中较常见的串联电抗器接线如图1所示。C1、C2有2种运行方式，第1种为半容量运行，其特点在于将K1、K2打开，而C1断开，C2会持续运转，电容器组的运行以3 MVA为基准，L1和L2串联。第2种为全容量运行，当K1和K2处于完全闭合状态，则C1和C2并联，具体表现为L1短路，L2持续运转。

图1 电容器组接线

对于这种接线方式来说，电容器生产方充分考虑因接线而造成的结构损坏问题。在试验研究中，如果K1闭合，则主回路电流I1和L1接线后电源直接加在L2上的电流IN相比，差值大约为6%，由此判断闭合K1运行不会使电容器组受到损坏。但是在实际应用中，这种接线方式仍存在问题，最终导致电容器组产生故障。

2 电容器故障原因分析

2.1 电容器组拆开L1接线前后对比

针对因串联电抗器接线错误而造成的电容器组损坏情况来看，要想明确故障问题产生的成因，可根据该接线方式下还在运行的电容器组设备对其进行全方位的检验，主要针对尚未受到损坏的组件来进行摸底分析。此过程中发现，在闭合K1让L1短路的接线方式中，串联电抗器的运行稳定性受到影响，且会伴有较大的噪声与振动。通过将K1闭合并拆开L1接线，这阶段的电容器组接线在电抗器运行中，不仅能解决振动现象，而且使得噪声消除，从中就能够发现短路L1无法正常运行[1]。电容器实物如图2所示。

图2 电容器实物

2.2 电抗器短路L1前后电流损耗分析

基于前文研究分析来看，要想有效解决L1接线错误的故障问题，使得电容器组结构不受损坏，还需以电抗器短路现象为基准来进行分析。试验中，具体的操作是通过打开K，采取加压US的方式来检测电压U和电流I1、I2。随后可闭合K，进行I加压来检测I1与I2电流，电抗器短路前后的检测结果如表1所示。

表1 电抗器短路前后检测结果

2.3 试验结果分析

依据对拆开Ll接线的分析来看，电抗器在运行中，噪声与振动现象有了明显的改善。针对Ll短接情况来看，这种接线方式将会导致整个电抗器磁路产生不稳定、不平衡的现象，最终使得电磁力作用不均。拆开Ll，使其不短接时，L2损耗的计算公式为

无法确认短接容量电抗器的接线方式能够做到正确接线，评判依据是因主回路电流还在不断加大中，且回路损耗同样在提升，仍旧会对电容器组造成损坏。

3 高次谐波对电容器的危害

由于串联电抗器的错误接线，造成高次谐波电流的产生，而且这种电流会导致电容器运行中的电压波形变化，最终会对电容器组造成严重的损坏。电流在经过电容器组后，就会对其运行稳定性与安全性造成危害，原因是高次谐波频率较高时会导致整个电容器容抗不断降低，而经过电网阻抗中所形成的谐波电压会使得原有的电容器组电压畸变不断加大[2]。

除此之外，因串联电抗器接线错误而形成的电流在流经电容器时与串联电抗器的电容量密切相关，如果在此过程中电容量有所提升，则会导致串联电抗器的容抗降低。流经的电流若是不断加大，就会使得电流与电压波形的变化更加严重，从而加大形变。高次谐波的产生会对电容器组造成较大的损害，就是因为其对于这种谐波电流具备一定的吸收性，所以在流经电容器组时，高次谐波就会影响到电容器组原有的电流、电压，使整个电容器组受到损坏，无法保证电能质量符合相关要求。这种损坏现象主要体现在损耗的提升以及加快绝缘介质老化等方面，最终会导致电容器组在运行时产生较大的噪声，且温度不断升高还伴有振动与异响。对于串联电抗器的实际运行来说，在不同的运行方式中会产生不同谐波的放大系数，具体如表2所示。

表2 不同运行方式及不同谐波源下放大系数计算

4 控制高次谐波的措施

4.1 选择合适的串联电抗器

在串联电抗器接线方面，还需根据实际应用的情况来选择更加合适的串联电抗器，进而才能有效避免因错误接线而引发的电容器组损坏现象。在高次谐波的控制中，使用电容器组容抗值为6%的串联电抗器，这样才能在实现有效控制谐波的同时，使得电容器组在运行中不会受损[3]。在串联电抗器选择方面，合闸的涌流倍数K要满足的公式为

如果变电站母线出现谐波整流，谐波电流产生于整流装置中，则会不断流入到电容器组中，具体计算公式为

式中：n为谐波次数；ICn为电容器n次谐波电流；IBn为变压器n次谐波电流，In为总谐波电流次数；XB为变压器侧等值。当(nXL−XC/n)＞0，即电容器组回路呈电感性时，可使谐波电流减小 ；当nXL=XC/n时，能够满足谐振条件；而当(nXL−XC/n)＜0时，就代表电容器组回路能够扩大谐波电流，从而导致母线电压波形产生形变[4]。

4.2 合理应用串联电抗器

基于高次谐波对电容器组危害较大的因素来看，为避免出现串联电抗器接线错误引起电容器组损坏的情况，要加强对高次谐波的控制，具体可采取串联电抗器的方式。在具体接线中要充分考虑到串联电抗器的自身特性，防止电容器的电流、电压涌流进入短路电流中。若是断路器在运行时出现重燃的现象，就能够充分发挥串联电抗器的抑制作用。

对于变电站电容器组来说，可通过使用串联电抗器来增强电容器组运行的安全性与稳定性，解决出现的谐振现象，避免因高次谐波影响出现电容器过度负荷的故障问题[5]。除此之外，针对当下变电站的自身结构来看，需要涵盖2组以上的电容器来推动系统运转。正确进行串联电抗器的接线可进一步优化并调整电网运行的电压，以此来实现稳定运行，为变电站的稳定供电提供保障[6]。

5 结 论

综上所述，串联电抗器在使用中要重视设备接线，基于相关技术标准检验串联电抗器的接线是否准确，如果出现错误接线的问题，不仅会对串联电抗器的正常运行造成影响，还会导致电容器组损坏，使设备运行的稳定性与安全性无法得到保障，对整个电容器组的正常运行造成负面影响。为使串联电抗器能够稳定运行，结合上述研究分析能够看出实际应用中不宜选择短接上节半容量电抗器线路连接方式，这种方式不仅会不断提升主回路电流，从而加大回路损耗，而且运行时会不断使设备装置升温，影响运行的安全性。关于如何采取更加有效的接线方式来使串联电抗器能够正常运行，还需国内相关部门与专家学者们通过不断的研究与实践探索来提出更加有效的接线方式，进而使电容器组不会出现受损的现象。