高压并联电容器的过电压及防护技能

　　(2) 电容器组接入电抗器后，电容器端电压升高。设升高的系数为K2，其值按下面办法核算。
　　三相电容器回路一般不存在偶次谐波，因为电源变压器有一侧为三角形结线，三次谐波在这个低阻抗线圈中循环活动，不流入电网，只需电容器母线上没有谐波源，很少有三次谐波，电容器组投入运转后应测验一下以便验证。
　　电容器组串联电抗器可消除谐振、改进谐波电压、下降合闸涌流。电容器的挑选主要是对占份量最大的5次谐波，设经串联电抗器后恰能消谐，即　　

5ωL-1/(5ωC)=0

解得感、容阻抗比为

XL=ωL=1/(52ωC)=0.04Xc。

　　为了在所有高次谐波呈现时，串联电抗器应足以消谐，使感抗值大于容抗值，可引用牢靠系数1.5，则XL=1.5×0.04X?C=0.06Xc。
　　电容器端子上电压：

　　即K2=U?C/U=1.064U/U=1.064,电容器端子上电压高出母线电压6.4%。
　　(3) 电容器组如不装串联电抗器，则谐波引起电容器端子电压升高的系数为K3，核算式可从傅里叶级数得知，非正弦电压有效值核算如下：　　

式中　U1为基波电压重量的有效值；UM为第M次谐波电压重量的有效值。
　　设U1的数值等于额外电压UN，5次谐波电压U?5的数值为26.45%U?N。那么

　　(4) 电容器组相间电容差值引起过电压的系数K?4可按下面的剖析核算。
　　中性点不接地的星形结线电容器组因为三相电容不平衡引起中性点位移，使电压升高。为此应尽量缩小差值，在设备前，应抄写每台电容器电容量并编号，将其分红电容量差不大于5%的三个组。关于单星形或双星形的电容器组，每组如有两个臂，应使对应臂电容挨近持平。经细心操作能够做到三相电容差值小于2%。此刻
　　K4=1+ΔC/(3C+ΔC)=0.05C/(3C+0.05C)+1=1+0.05/(3+0.05)=1.016
式中　C为每相电容值；ΔC为相电容差值。
　　(5) 并联电容器组在运转过程中，因为电容器内部毛病被熔断切除后，毛病段中剩下的健全电容器端子所接受电压也将升高。设升高的系数为K5，可按下面剖析核算。
　　电容器组不管选用三角形结线或星形结线，每相都能够由一段或多段电容器串联为适当的电压等级，各段又由若干台电容器并联，组成所需容量的电容器组。例如35 kV体系可用两段10.5 kV的电容器串联后，接成星形；66 kV体系可用两段19 kV的电容器或三段12.7 kV的电容器串联后接成星形。
　　电容器运用台数应大于答应运用的最小并联台数，最小并联台数的核算公式见表1。不同安全系数K时，应小于最大并联台数。每段中电容器最大并联台数M?max见表2。
　　毛病段健全电容器端子上接受的工频过电压核算公式见表1。例如某220 kV变电站装设4组每组

表1　升压系数K5及最小并联台数的核算公式表

　　注：UGD为毛病段中健全电容器端子上接受的电压；
　　M为每个串联段中电容器的并联台数；
　　P为串联段中切除毛病电容器台数；
　　UCG为电容器正常作业电压；
　　N为串联段数；
　　K为安全系数，可取0.5～0.75。

表2　不同K时，每段电容器的最大并联台数
 

7 800 kvar电容器，选用中性点不平衡电流维护的中性点不接地双星形结线。此刻M=13,N=1,P=1,过电压系数为K5，查表知
K5=6MN/［6MN-P．(6N-5)］=6×13×1/［6×13×1-1×(6×1-5)］=1.013(每组)。

　　 此外，体系电压的调整，可根据需求投切电容器或用核算机控制有载调压变压器的分节开关，因为操作时刻短，规程规则为1.15Ue。对轻负荷时电压升高，规程也还有规则，即不超越1.2～1.3Ue，此值超越过电维护定值，能够主动切除部分或悉数电容器。故轻负荷电压升高也不在稳态过电压核算值内。
　　上述各项归纳过电压系数K=K1．K2．K3．K4．K5，如电容器组有串联电抗则K3=1。
　　从以上核算得
　　K=K1．K2．K3．K4．K5=1.089×1.064×1×1.016×1.013=1.19>1.1
略微超越规范，为尽力下降三相电容差值，求得符合规程，尽量挑选11 kV或12 kV替代10.5 kV，6.6 kV替代6.3 kV。

2　电容器组过电压及避雷器
2.1　电弧重燃过电压
　　开关分闸过程中，会构成电弧重燃过电压。设开关在电压最大值，电流过零时电弧平息，电容器处于充电状况，其电压保持在体系电压的最高值。此刻开关触头间的电压，一侧为电容器电压，另一侧为电源电压，电源变为负的最大值时，触头间的电压为电源电压的2倍。假设开关弹跳或分闸速度慢且灭弧功能欠好，开关弧隙绝缘康复的速度低于康复电压增加的速度，则开关弧隙将被击穿，这时构成电弧重燃，它的过电压可达额外值的4.5～5倍。
2.2　避雷器的挑选
　　只需电源不是架空线路引进，维护电容器的避雷器最好选用氧化锌避雷器。因为一般阀型避雷器在过电压值低于避雷器的放电电压时，冲击过电压使电容器充电。直到过电压值到达避雷器的放电电压时，阀型避雷器的空隙被击穿，这时电容器将对避雷器放电。因为电容器与避雷器间阻抗很低，雷电流和电容器放电电流的归纳值很大，有或许损坏电容器和避雷器，故一般避雷器不能满意电容器的要求。现在多选用具有残压低、通流大、时刻呼应快、能接连动作、寿数又长的氧化锌避雷器。
2.3　电容器组断开时的过电压及避雷器的装备
　　投入电容器组发作的合闸过电压一般不大于额外电压的2倍，没有分闸时大，按后者考虑即能满意一起要求。下面剖析避雷器的几种接线状况。
　　(1) 避雷器接在相—地间，如图1所示，接法简略，运用率高，但某种状况下满意不了绝缘合作的要求。例如电弧重燃发作高频电流，设A相重燃，A相电源经A相电容和中性点电容C?N接通构成振动回路，呈现过电压。因为中性点电容远较主电容C为小，则C?N阻抗大分压也大，过电压将呈现在中性点电容C?N上，其值可达定值的4.5倍。为此需求在中性点处装备氧化锌避雷器。假如发作一相接地，接地相电容器将接受对地过电压值的2/3。比健全相上的电容器过电压高得多，超越过电压倍数不超越2倍的要求。再者是两相维护元件残压之和，起不到约束相间过电压的效果。

图1　避雷器相—地直接线图

　　(2) 避雷器接在相—中—地间，如图2所示。其特点是维护元件直接并接在电容器极间，各相电容器过电压由各自并联的维护避雷器来约束，维护合作直接，不受其它要素影响。并且对串联电抗器上的过电压也能够起到约束效果。这种接线的两中性点的连接线要求对地绝缘，不然电容器组变成中性点接地体系。串联电抗接在电容器与避雷器之间。
　　(3) 三角形接法的电容器组的避雷器接法选用4台避雷器(如图3)。

图2　避雷器相—中—地接线图

图3　三角形接法的电容器组的避雷器接法

作者简介：
　　张玲(1964-)，女，讲师，现从事电力体系过电压研讨与教学作业。
作者单位：(太原电力高级专科学校，山西　太原　030013)

参考文献