摘 要:并聯(lián)補(bǔ)償電容器在降壓變電所中主要起到補(bǔ)償無功負(fù)荷，提高功率因數(shù)，降低線損的作用，合理地選擇電抗器，防止電容器組過電壓和系統(tǒng)高次諧波諧振的發(fā)生，通過對電容器組及電抗器的選擇，闡述了電抗器對系統(tǒng)中運(yùn)行設(shè)備的影響。
關(guān)鍵詞：無功功率 電抗器 諧波
通過電容器組的合理投切，達(dá)到提高變電所的功率因數(shù)、控制電壓合格率、節(jié)約電能等方面都有很好的效果，其容量配置一般均按變壓器總?cè)萘康?0%～30%考慮，或根據(jù)實(shí)際無功負(fù)荷確定。由于電容器組實(shí)際投入容量需根據(jù)電網(wǎng)的無功負(fù)荷情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，而電容器組的投切容量和電抗器的配置對電網(wǎng)的穩(wěn)定性、防止系統(tǒng)諧振、防止電容器的過電壓往往認(rèn)識不足，2004年10月16日，金湖縣110 kV黎城變電所10 kVⅡ段電抗器的燒毀就是一個典型的事例。
1 電抗器的選配原則
1.1 單臺電容器組電抗器的選配
單臺電容器組是否考慮配置電抗器，應(yīng)根據(jù)電容器組所在系統(tǒng)的運(yùn)行狀況確定。如系統(tǒng)中無諧波源，可不考慮配置電抗器, 一般只要通過對電容器組正常運(yùn)行時的穩(wěn)態(tài)過電壓情況和無功過補(bǔ)償時，電容器端電壓升高的分析計算來選擇電容器組。如系統(tǒng)中有諧波源，應(yīng)根據(jù)諧波源的情況確定具體抑制諧波的措施。一般情況下(就是諧波不多的情況下)，加裝合適的電抗器就能達(dá)到一定的效果，配置原則是能夠消除和抑制主要次數(shù)的諧波，同時保證其它次諧波引起的電壓升高，電容器能承受。
1.2 多臺電容器組并列時電抗器的選配
一條母線上裝設(shè)兩組及以上電容器組時，為防止一組電容器在投切和故障跳閘的情況下，引起另一臺電容器的電壓異常升高而損壞電容器組，一般電容器組應(yīng)配置相應(yīng)的電抗器。當(dāng)系統(tǒng)中無諧波源時，為防止電容器組投切時產(chǎn)生的過電壓，結(jié)合對電容器組正常運(yùn)行時的靜態(tài)過電壓、無功過補(bǔ)償時電容器端的電壓升高的情況分析計算，一般選用0.5%～1%的電抗器就能滿足要求。系統(tǒng)中有諧波源時，應(yīng)根據(jù)諧波源的情況確定具體抑制諧波的措施，配置原則是能夠消除和抑制主要次數(shù)的諧波，同時對其它次諧波引起的電壓升高，電容器組能承受。
2 電容器靜態(tài)過電壓
電力網(wǎng)中引起電壓升高的因素有多種，嚴(yán)重威脅著電容器的安全運(yùn)行，現(xiàn)分析如下:
電容器組接入電網(wǎng)引起電網(wǎng)電壓升高為ΔU = UZNQC/Sd ，電壓升高系數(shù)K1。
電容器組接入電抗器后，電容器端電壓升高為ΔU = U - U/(1 - XL/XC），電壓升高系數(shù)K2。
電容器組不裝設(shè)串聯(lián)電抗器，電容器端電壓升高，電壓升高系數(shù)K3。
電容器組相間電容差值引起過電壓。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的星型接線的電容器組，由于三相電容不平衡會引起中性點(diǎn)位移，使電壓升高為ΔU = [1 + dC/(3C + δC)]U，電壓升高系數(shù)K4。
并聯(lián)電容器在運(yùn)行過程中，由于電容器內(nèi)部故障熔件熔斷切除后，故障段中，剩余的健全電容器端子所受電壓也將升高，系數(shù)為K5 = mn/[3mn - p(3n - 2)]。
綜合上述，電容器靜態(tài)過電壓系數(shù)可達(dá)如下數(shù)值:K =K1×K2×K4×K5。
3 電抗器參數(shù)的選擇和計算
為防止電容器組在投入過程中的合閘涌流，引起電容器端的電壓升高而損壞電容器，一般電容器組可選配0.5%～1%的電抗器。如系統(tǒng)中有諧波源，電抗器的選擇要從消除和抑制諧波，防止發(fā)生諧振方面來考慮。由于35 kV和10 kV系統(tǒng)都為不接地系統(tǒng)，變壓器接線組別均為Y/d接線，可隔離系統(tǒng)中的三次諧波，通常性質(zhì)的諧波源一般都不含偶次諧波，為此電抗器的選配以抑制5次以上的諧波為目的。5次諧波諧振時，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為容抗，XL為感抗，為確保5次及以上的其它高次諧波不諧振，一般取可靠系數(shù)1.5， 則電抗率為XL/XC = 1.5×4% = 6%。
4 110 kV變電所10 kVⅡ段電抗器燒毀
110 kV黎城變電所10 kVⅡ段電容器組，電容器型號為BFM68-12/31/2 - 100/1W，電抗器型號為CKSGQ - 108/12/31/2 - 4.5%。2004年5月16日投入系統(tǒng)運(yùn)行，10月26日17點(diǎn)30分，運(yùn)行人員巡視發(fā)現(xiàn)電抗器B、C相冒煙燒壞。
110 kV黎城變電所10 kV為單母線分段接線，事故當(dāng)日，10 kV單母線不分段運(yùn)行，Ⅰ、Ⅱ段電容器組并列，容量均由2400 kvar減少為1800 kvar，由于串聯(lián)電抗器無調(diào)節(jié)分頭，與原電容器組的阻抗比仍為XL/XC= 4.5%，電抗器的實(shí)際感抗為2.268 W，電容器的容抗為50.4 w。電容器容量改為1800 kvar后，電容器的容抗為67.3 w，阻抗比變?yōu)閄L/XC = 3.375%＜4%，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)5次以上諧波時，電容器組已呈容性，不能有效地抑制5次以上諧波，此時在一定條件下(如加上系統(tǒng)電抗)，就會使整個電容器組產(chǎn)生嚴(yán)重的5次諧波諧振，并產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓和過電流，對電容器組內(nèi)所有元器件絕緣產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。
110 kV黎城變電所10 kV母線上接有理士電池有限公司高壓用戶，該用戶的主要生產(chǎn)設(shè)備為充電機(jī)，約有40臺，每臺輸入功率140 kW，采用了三相6脈沖整流，從理論上看存在6±1次的諧波。對該公司諧波進(jìn)行實(shí)測，發(fā)現(xiàn)5、7、11次諧波分量相當(dāng)高，總諧波量與基波的比值高達(dá)29%，特別是5次諧波，會在電容器組運(yùn)行狀況下產(chǎn)生諧振。
5 結(jié)論
通過對電容器組運(yùn)行及發(fā)生諧振時的定性定量分析可得出：如系統(tǒng)中無諧波源，母線上僅裝有一組電容器組時，可不裝設(shè)電抗器；一條母線上裝設(shè)兩組及以上電容器組時，為防止一組電容器在切除、故障跳閘引起另一臺電容器的電壓異常升高而損壞電容器組，可選用0.5%~1%的電抗器。電容器組容量變化很大時，可選用與電容器同步調(diào)整分接頭的電抗器。系統(tǒng)中有諧波源時，應(yīng)根據(jù)諧波源的情況，確定具體抑制諧波的措施，通常選用6%的電抗器，就能達(dá)到消除系統(tǒng)中5次及以上次諧波的高次諧波引起的諧振發(fā)生。