并联电容器过电压和过电流的判断条件分析_电容器

1　前言
并联电容器是电力系统的重要无功电源，具有成本低、便于维护和运行、经济效益好等特点。电容器在系统中会产生以下现象：①与电力系统的感性设备发生谐振；②因绝缘老化和发热等，造成系统短路；③投入系统时产生无功冲击，出现较大的涌流等。其中谐振和绝缘问题是电容器组设计、投运和运行中所要考虑的首要问题。本文结合电容器组的设计论证和对河南电网部分变电站的谐波测试，对电容器的过电压和过电流问题进行讨论。
2　并联电容器组谐波过载能力的四条要求
2．1　反映电容器耐压性能的指标：过电压倍数
国标《并联电容器装置设计规范》（GB50227－1995）规定：α≤1．1，表示电容器所承受的基波电压与谐波电压的几何和（电压有效值）不超过额定电压的1．1倍。作为算法上的对比，计算基波和谐波电压的算术和时：
2．2　反映电容器耐热性能的指标：过电流倍数
国标《并联电容器装置设计规范》（GB50227－1995）规定：β≤1．3，表示流过电容器的基波电流和谐波电流的何和（有效值）不应超过额定电流的1．3倍。作为算法上的对比，计算基波和谐波电流的算术和时
2．3　反映电晕现象的指标：峰值电压过电压倍数
IEEE规定：γ≤1．2。显然γ＝α′。
2．4　考虑过载容量的指标：过载容量倍数
IEEE规定η≤1．3，即过载容量不超过额定容量的1．3倍。根据过压倍数、过流倍数计算方法的不同，η值可以是αβ、αβ′、α′β和α′β′。
3　河南电网部分变电站实测结果和计算
3．1　驻马店220kV变电站的电容器过电压过电流的计算
首先，将10kV母线的电压谐波数据（见表1）转化为电容器端电压的谐波。电容器串联电抗器，电抗器基波电抗为XL，电容器基波容抗为XC，母线基波电压为U1，谐波次数为n，n次谐波百分含量为DFVn，母线n次谐波电压为DFVn·U1，n次谐波电抗为nXL，n次谐波容抗为XC／n。那么，电容器n次谐波电压百分含量为：
由表2知，采用算术和的计算方法表明电容器已过电压，最大峰值过压倍数接近1．2，符合峰值电压校验。实际运行情况是电容器接近过电压的限值。因为母线电压没有达到母线保护的定值（平均电压的1．1倍），电容器电压的有效值也没有达到额定电压的1．1倍，所以母线过电压保护和电容器分支过电压保护不动作。
表3，说明变压器低压侧电流没有超过《并联电容器装置设计规范》的定值。利用驻马店站的设备实际参数，计算得到投入电容器后，谐振频率在230Hz附近，大电流并非谐振造成，10kV母线运行电压过高才是电容器的运行电流过大的原因。
表4说明在利用算术和算法求电压电流时，才判断电容器容量过载。事实上容量不过载。
3.2 薛坡220kV变电站过电流过电压的计算
薛坡220kV变电站是许昌供电区的枢纽站，带有电铁负荷。1998年以前，该站电容器组不能正常投运，串联电抗器严重发热。1999年1月12日，测试了薛坡站的谐波。
现场观察和测试都表明，电容器的运行电流过大，β>β'更大，见表5。电容器不能安全运行，电流已超过保护整定值（额定电流的1.6倍），所以保护运作。
根据测试和计算，谐振频率接近5次谐波而产生谐波电流的放大。这直接导致10kV侧的5次谐波电压和总畸变率超标，见表6。
表7是电容器端电压的谐波值和过电压倍数。α达到和接近1．1，α′＞1．1，最大值为1．48，电流谐振造成过电压，γ＞1．2，峰值过电压。
表8说明电容器容量过载，与实际相符合。（这是薛坡站1998年的情况。河南省电业局和许昌电业局于1999年对电容器组改造后，运行良好。）
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