并联电容器过电压和过电流的判断条件分析

电容器

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并联电容器过电压和过电流的判断条件分析

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

过电


  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:

过电


2.2 反映电容器耐热性能的指标:过电流倍数

过电


  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几何和(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:

过电


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

过电

  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:

过电

  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。

过电

    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。)

3.3 通过以上实例,并联电容器组谐波过载能力的四条要求中,前三条(耐压、耐热、峰值
电压校核)是关键,如果耐压、耐热、峰值电压校核合格,第四条容量校核也合格。由于峰值电压校核实际上是计算电压算术和,所以只要耐压、耐热校核合格,峰值电压和容量的校核也合格。

4 结论

  通过讨论,结合驻马店和薛坡两站的实例分析,总结如下。

4.1 引起电容器过压和过流的因素是复杂的,谐波谐振或运行电压过高都可以使电容器过载,应具体问题具体分析。
4.2 电容器过载的四点规定是相互联系的,其中(1)、(2)、(3)是最重要的,满足前3条,往往满足了(4)条。(3)条由于与电压算术和的算法等效,所以实际工作中只要验证(1)、(2)就可以了。
4.3 综合考虑谐波电压和电流的作用,可以有两种算法:几何和与算术和。与之对应的判断方法:电压(几何和)—电流(几何和)、电压(几何和)—电流(算术和)、电压(算术和)—电流(几何和)、电压(算术和)—电流(算术和)。这四种方法得到的结论有较大不同。其中几何和的算法,计算的结果是有效值,具有实际物理意义的,也是《并联电容器装置设计规范》要求的算法。所以在利用实测数据进行电容器过压过流的判断,宜利用电压(几何
和)—电流(几何和)。
4.4 在进行电容器谐波论证时,从论证的裕度出发,采用电压(算术和)—电流(算术和)
的方法,裕度最大。笔者赞成利用电压(算术和)—电流(几何和)及电压(算术和)—电流
(算术和)的方法,其中后者的裕度最大,条件满足后,峰值电压和容量的校核也可满足。

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