合理选择电抗器抑制谐振的发生

   摘要:并联补偿电容器在降压变电所中主要起到补偿无功负荷，提高功率因数，降低线损的作用，合理地选择电抗器，防止电容器组过电压和系统高次谐波谐振的发生，通过对电容器组及电抗器的选择，阐述了电抗器对系统中运行设备的影响。 关键词：无功功率 电抗器 谐波 

      通过电容器组的合理投切，达到提高变电所的功率因数、控制电压合格率、节约电能等方面都有很好的效果，其容量配置一般均按变压器总容量的10%～30%考虑，或根据实际无功负荷确定。由于电容器组实际投入容量需根据电网的无功负荷情况做适当的调整，而电容器组的投切容量和电抗器的配置对电网的稳定性、防止系统谐振、防止电容器的过电压往往认识不足，2004年10月16日，金湖县110 kV黎城变电所10 kVⅡ段电抗器的烧毁就是一个典型的事例。   
      1 电抗器的选配原则   
      1.1 单台电容器组电抗器的选配   
      单台电容器组是否考虑配置电抗器，应根据电容器组所在系统的运行状况确定。如系统中无谐波源，可不考虑配置电抗器, 一般只要通过对电容器组正常运行时的稳态过电压情况和无功过补偿时，电容器端电压升高的分析计算来选择电容器组。如系统中有谐波源，应根据谐波源的情况确定具体抑制谐波的措施。一般情况下(就是谐波不多的情况下)，加装合适的电抗器就能达到一定的效果，配置原则是能够消除和抑制主要次数的谐波，同时保证其它次谐波引起的电压升高，电容器能承受。   
      1.2 多台电容器组并列时电抗器的选配   
      一条母线上装设两组及以上电容器组时，为防止一组电容器在投切和故障跳闸的情况下，引起另一台电容器的电压异常升高而损坏电容器组，一般电容器组应配置相应的电抗器。当系统中无谐波源时，为防止电容器组投切时产生的过电压，结合对电容器组正常运行时的静态过电压、无功过补偿时电容器端的电压升高的情况分析计算，一般选用0.5%～1%的电抗器就能满足要求。系统中有谐波源时，应根据谐波源的情况确定具体抑制谐波的措施，配置原则是能够消除和抑制主要次数的谐波，同时对其它次谐波引起的电压升高，电容器组能承受。   
      2 电容器静态过电压   
      电力网中引起电压升高的因素有多种，严重威胁着电容器的安全运行，现分析如下: 
      电容器组接入电网引起电网电压升高为ΔU = UZNQC/Sd ，电压升高系数K1。   
      电容器组接入电抗器后，电容器端电压升高为ΔU = U - U/(1 - XL/XC），电压升高系数K2。   
      电容器组不装设串联电抗器，电容器端电压升高，电压升高系数K3。   
      电容器组相间电容差值引起过电压。中性点不接地系统的星型接线的电容器组，由于三相电容不平衡会引起中性点位移，使电压升高为ΔU = [1 + dC/(3C + δC)>U，电压升高系数K4。  

      并联电容器在运行过程中，由于电容器内部故障熔件熔断切除后，故障段中，剩余的健全电容器端子所受电压也将升高，系数为K5 = mn/[3mn - p(3n - 2)>。   
      综合上述，电容器静态过电压系数可达如下数值:K =K1×K2×K4×K5。  
      3 电抗器参数的选择和计算  
      为防止电容器组在投入过程中的合闸涌流，引起电容器端的电压升高而损坏电容器，一般电容器组可选配0.5%～1%的电抗器。如系统中有谐波源，电抗器的选择要从消除和抑制谐波，防止发生谐振方面来考虑。由于35 kV和10 kV系统都为不接地系统，变压器接线组别均为Y/d接线，可隔离系统中的三次谐波，通常性质的谐波源一般都不含偶次谐波，为此电抗器的选配以抑制5次以上的谐波为目的。5次谐波谐振时，X5L = 5ωL，X5C = 1/(5ωC)，X5L- X5C = 0，5ωL - 1/(5ωC)= 0，5X1L -(1/5)X1C = 0，X1L/5X1C = 1/25 = 4%，其中XC为容抗，XL为感抗，为确保5次及以上的其它高次谐波不谐振，一般取可靠系数1.5， 则电抗率为XL/XC = 1.5×4% = 6%。 
      4 110 kV变电所10 kVⅡ段电抗器烧毁   
      110 kV黎城变电所10 kVⅡ段电容器组，电容器型号为BFM68-12/31/2 - 100/1W，电抗器型号为CKSGQ - 108/12/31/2 - 4.5%。2004年5月16日投入系统运行，10月26日17点30分，运行人员巡视发现电抗器B、C相冒烟烧坏。   
      110 kV黎城变电所10 kV为单母线分段接线，事故当日，10 kV单母线不分段运行，Ⅰ、Ⅱ段电容器组并列，容量均由2400 kvar减少为1800 kvar，由于串联电抗器无调节分头，与原电容器组的阻抗比仍为XL/XC= 4.5%，电抗器的实际感抗为2.268 W，电容器的容抗为50.4 w。电容器容量改为1800 kvar后，电容器的容抗为67.3 w，阻抗比变为XL/XC  = 3.375%＜4%，当系统中出现5次以上谐波时，电容器组已呈容性，不能有效地抑制5次以上谐波，此时在一定条件下(如加上系统电抗)，就会使整个电容器组产生严重的5次谐波谐振，并产生严重的过电压和过电流，对电容器组内所有元器件绝缘产生严重的破坏。   
      110 kV黎城变电所10 kV母线上接有理士电池有限公司高压用户，该用户的主要生产设备为充电机，约有40台，每台输入功率140 kW，采用了三相6脉冲整流，从理论上看存在6±1次的谐波。对该公司谐波进行实测，发现5、7、11次谐波分量相当高，总谐波量与基波的比值高达29%，特别是5次谐波，会在电容器组运行状况下产生谐振。   
      5 结论   
      通过对电容器组运行及发生谐振时的定性定量分析可得出：如系统中无谐波源，母线上仅装有一组电容器组时，可不装设电抗器；一条母线上装设两组及以上电容器组时，为防止一组电容器在切除、故障跳闸引起另一台电容器的电压异常升高而损坏电容器组，可选用0.5%~1%的电抗器。电容器组容量变化很大时，可选用与电容器同步调整分接头的电抗器。系统中有谐波源时，应根据谐波源的情况，确定具体抑制谐波的措施，通常选用6%的电抗器，就能达到消除系统中5次及以上次谐波的高次谐波引起的谐振发生。