補償電容器串聯(lián)電抗器的利與弊

0引言

在感性負載兩端并聯(lián)電容器，這是電網(wǎng)最常用的無功補償方法，也是提高功率因數(shù)改善電壓質(zhì)量節(jié)能降損的有效措施。為滿足電網(wǎng)和用電設備對電壓質(zhì)量的要求，根據(jù)無功負荷變化而投切適量的電容量。然而在電容器投運合閘瞬間將產(chǎn)生幅值很大，頻率很高的合閘涌流。若電容器接入處電網(wǎng)村諧波污染，由于電容器的容性阻抗特性，將對諧波電流起到放大作用。危險的過電流必將對電氣設備產(chǎn)生不良影響，嚴重時往往還會造成設備的損壞。

為避免諧波對補償裝置的影響，則在電容器回路采用串聯(lián)電抗器的措施，這既不影響電容器的無功補償作用，又能抑制高次諧波。所以在補償電容器回路串聯(lián)電抗器，具有抑制高次諧波，限制合閘涌流的效果。

然而運行實踐表明，電容器回路串聯(lián)電抗器后，在無功補償裝置投運合閘時還可能產(chǎn)生過電壓，以及電容器端電壓升高和使用壽命縮短等負面影響，現(xiàn)就電容器回路串聯(lián)電抗器的利和弊做些分析。

1電容器回路串聯(lián)電抗器的好處

1.1限制合閘涌流

無功補償電容器在投運合閘瞬間往往會產(chǎn)生沖擊性合閘涌流，這是因為首次合閘的電容器處于未充電狀態(tài)，流入電容器的電流僅受回路阻抗的限制。因該回路接近短路狀態(tài)，回路阻抗很小，故而會產(chǎn)生很大沖擊涌流。

GB50227—95《并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范》中合閘涌流的計算式為：

式中：

Ie——電容器組額定電流;

XC——電容器組一相容抗值

Xs——電容器組與電網(wǎng)間電撫值

Sd——合閘點系統(tǒng)的短路容量

Qc——電容器組容量

合閘涌流倍數(shù)

，K值時隨合閘點短路容量的增大和電容器組容量的減小而增大，一般為3——10倍。

電容器組回路加裝串聯(lián)電抗器后的合閘涌流倍數(shù)為：

K值時隨母線短路容量的增大，或電抗器感抗占電容器容抗的百分數(shù)的增加而大幅度減小，故而串聯(lián)電抗器后能起到限制合閘涌流的作用。

1.2抑制高次諧波

當補償電容器接入處電網(wǎng)存在諧波時，電容器對n次諧波的容抗降為XC/n，系統(tǒng)電感對n次諧波的感抗升為nxs。電網(wǎng)存在有n此諧波時，如果nxs=XC/n,則產(chǎn)生n次諧波諧振現(xiàn)象。其n次諧波電流與基波電流迭加后，使流過電容器電流驟增，其過電流將危及電容器的安全。此時，諧波電流在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生的諧波電壓與原電壓迭加而產(chǎn)生過電壓，此過電壓將影響電容器使用壽命。

在補償電容器回路串聯(lián)電抗器后，能有效避開諧振區(qū)，從而起到抑制高次諧波作用。

當nXs=xc/n而產(chǎn)生n次諧波諧振現(xiàn)象時，其自振頻率為：

電網(wǎng)存在高次諧波時，當n>n0時其阻抗呈感性，對等效網(wǎng)絡有明顯的抑制休博作用。

但在n

運行實踐表明，如串聯(lián)電抗器的主要用途限制合閘涌流，應選擇0.2~2%容抗值得電抗器;如是為抑制高次諧波則應選擇6%容抗值的電抗器。電抗器應串聯(lián)在電容器組的電源側(cè)，其抑制諧波效果會更好。

2串聯(lián)電抗器存在的弊端

2.1電容器投切時產(chǎn)生過電壓

在并聯(lián)電容器組的回路中串聯(lián)的電抗器，特別是線性電抗器，或是品質(zhì)因數(shù)較高電抗器，在斷路器投切電容器時都會產(chǎn)生過電壓，因斷路器在合閘時的彈跳和分閘時的重燃，均會增加過電壓產(chǎn)生的幾率和倍數(shù)。故而投切電容器的斷路器宜選擇高性能、無涌流，不發(fā)生重燃的開關(guān)，以避免操作時產(chǎn)生過電壓。

2.2電容器端電壓升高

電容器回路串聯(lián)電抗器后，在運行中將造成電容器端電壓高于母線電壓，電容器端電壓由下式確定。

式中Ue為電容器母線額定電壓。

當電抗器XL相對于比電容器XC較大時，則電容器端電壓出現(xiàn)升高，若XL相對于比XC更大時，電容器端電壓升高也較大。如XL=6%XC時，電容器端電壓將升高6.4%;如XL=13%XC時，電容器端電壓將升高11.5%。

此外，對中性點不接地的Y形接線的電容器組，因三相實際電容量不可能完全平衡，導致部分電容器端電壓升高明顯。這種三相電容量不平衡程度，在串聯(lián)電抗器后變得更為嚴重。從而造成電容器端電壓升高值大于三相電容平衡時的升高值。電容器端電壓升高必將危及安全運行，影響使用壽命，甚至發(fā)生鼓肚、爆炸等事故的發(fā)生。為此，在電容器回路串聯(lián)電抗器還應考慮三相電容量的平衡情況，以免產(chǎn)生更大的端電壓升高。

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