一、引 言

  目前，隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載大量增加，由于它們多以開關(guān)方式工作，會(huì)很容易引起電網(wǎng)內(nèi)電流、電壓的波形發(fā)生畸變，從而引起電網(wǎng)諧波“污染”；另外，隨著各級(jí)各類用戶的不斷增加，為了提高電壓質(zhì)量，減少無(wú)功損耗，提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從而需要增加大量的無(wú)功電源來(lái)提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，因此，通過(guò)加裝并聯(lián)電容器組來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，這是最為經(jīng)濟(jì)和有效的措施。

     由于電容器組是容性負(fù)荷，其很容易與系統(tǒng)中的感性負(fù)荷形成一個(gè)振蕩回路，從而在電容器組投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高倍的合閘涌流，對(duì)電容器組造成很大的沖擊；另外，由于電容器組的容抗與頻率成反比，其諧波容抗和系統(tǒng)的諧波感抗配合，將造成并聯(lián)諧振和諧波成倍放大，從而嚴(yán)重?fù)p壞電網(wǎng)中的電氣設(shè)備，破壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行。因此，在并聯(lián)電容器組的設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮限制涌流和抑制諧波的問題，而合理地配置串聯(lián)電抗器就能較好地解決這些問題。

     二、并聯(lián)電容器組的串聯(lián)電抗器作用

     1、限制涌流

  電網(wǎng)是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，其由很多設(shè)備元件組成，但我們可以通過(guò)等效電路的方法，將其簡(jiǎn)化為如下圖的回路。

                                                        圖1 并聯(lián)電容器組與串聯(lián)電抗器回路圖

  如圖1所示，Ls可忽略不計(jì)，Ls、L分別為系統(tǒng)的感抗和串聯(lián)電抗器的電抗。

  1.1根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/11024.1-2001“附錄D”中的規(guī)定，電容器合閘涌流的計(jì)算方法為：將電容器組中已投入運(yùn)行的電容器并聯(lián)：Is=(U√Z)/( √Xc*Xl) 其中Xc=3U2(1/Q1+Q2)*10-6

     按上面的計(jì)算辦法是在沒有串聯(lián)電抗器的情況下，如補(bǔ)償裝置的接入處短路容量很大，而電容器組的容量很小，那么電容器的合閘涌流可達(dá)幾十倍的額定電流都有可能的。

     1.2限制合閘涌流電抗率的計(jì)算：

  根據(jù)電容器裝置的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，電容器組的合閘涌流必須限制在額定電流的20倍以內(nèi)。根據(jù)資料在工程上這樣計(jì)算的：從式中可以看出λ≤20就可滿足要求。那么電抗率K= Xl /Xc將K代入上式得：λ=1+√（Xc/Xl），設(shè)λ≤20，即得K≥0.3%，由此可見，并聯(lián)補(bǔ)償電容器組中串聯(lián)一定電抗值的電抗器，就可以把涌流限制在一定的倍數(shù)內(nèi)，而且只要串聯(lián)較小的電抗值的電抗器，補(bǔ)償支路的合閘涌流就已經(jīng)有限了。

     2、抑制諧波

  在并聯(lián)電容器組接入諧波“污染”的系統(tǒng)前，如果不采取必要的措施，并聯(lián)電容器組的容性負(fù)荷性質(zhì)，就會(huì)很容易與系統(tǒng)中的感性負(fù)荷形成振蕩回路，將電網(wǎng)的諧波放大。諧波電流疊加在電容器組的基波電流上，使電容器組的運(yùn)行電流有效值增大，溫度升高，甚至引起過(guò)熱而降低電容器組的使用壽命或使電容器損壞。疊加在電容器組基波電壓上的諧波電壓，不僅使電容器組運(yùn)行電壓的有效值增大，而且可能使峰值電壓增大很多，導(dǎo)致電容器組在運(yùn)行中發(fā)生局部放電而不能熄滅，造成電容器組的損壞。解決這一問題的有效措施是在并聯(lián)電容器組回路中串聯(lián)電抗器。但是串聯(lián)的電抗器絕不能與電容器組隨意組合，更不能不考慮系統(tǒng)的諧波。

     因此，在探討諧波與電容器的相互影響時(shí)，要認(rèn)識(shí)諧波對(duì)電容器組、電抗器的影響及電容器組、電抗器承受諧波的能力；更重要的，是要認(rèn)識(shí)電容器組對(duì)諧波電流的放大作用。合理地配置電容器組和電抗器，才能避免諧振，控制其諧波電流放大。圖2串聯(lián)電抗器計(jì)算電路圖，如圖2所示。In為諧波源電流，相對(duì)于n次諧波，系統(tǒng)感抗、電抗器感抗、電容器組容抗分別為nXs、nXl、Xc/n,由此可得：

   Isn=In(nXl-Xc/n)/(nXs+nXl-Xc/n)…………..(1)

   Icn=In*nXs/(nXs+nXl-Xc/n)………… (2)

  由公式（1）、（2）可知：

  a：當(dāng)nXl-Xc/n=0時(shí)，即nXl=Xc/n，電容器組支路的阻抗為0時(shí)，電容器組支路發(fā)生串聯(lián)諧振，其支路為濾波回路。

  b：當(dāng)nXl-Xc/n＞0時(shí)，即nXl＞Xc/n，電容器組支路呈現(xiàn)感性時(shí)，不會(huì)和系統(tǒng)的感性負(fù)荷產(chǎn)生諧振而造成諧波放大。

  c：當(dāng)nXl-Xc/n<0時(shí)，即nXl   當(dāng)電容器組電抗率a= Xl / Xc *100%, nXl-Xc/n=0時(shí)，n=√Xc/Xl=1/√a得出a=1/n2

     對(duì)于電容器在支路而言，要抑制n次諧波，其支路的電抗率需滿足條件：a＞1/n2，因此，在變電站設(shè)計(jì)中，為抑制3次諧波，我們通常串聯(lián)a=12%的電抗器，為抑制5次諧波，我們通常串聯(lián)a=6%的電抗器。

    2.1以下數(shù)據(jù)為某變電站35kV系統(tǒng)并聯(lián)電容器組在投運(yùn)前后，對(duì)系統(tǒng)的諧波變化情況的測(cè)試，其中1號(hào)電容器組串聯(lián)a=12%的電抗器，2號(hào)電容器組串聯(lián)a=6%的電抗器。上表中的測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)電抗率a=12%的電容器組投入運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的3次諧波明顯減少；當(dāng)電抗率a=6%的電容器組投入運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的5次諧波明顯減少，但是引起了3次諧波的放大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓總畸變率變大。因此，在安裝電容器組前，應(yīng)先對(duì)系統(tǒng)諧波進(jìn)行測(cè)試，然后對(duì)主要“污染”諧波有針對(duì)性地進(jìn)行串聯(lián)電抗器的配置。

     在變電站進(jìn)行投切并聯(lián)電容器組時(shí)，考慮抑制高次諧波原因，在允許的情況下應(yīng)優(yōu)先投入串抗電抗值大的電容器組（a=12%），退出時(shí)相反。

     2.2 500kVxx變電站的35kV并聯(lián)電容器組電抗率的配置情況：

  2.2.1 以35kV 11C電容器組為例說(shuō)明其接線方式。為雙星形接線，其中每八只電容器并聯(lián)而成一個(gè)電容器單元（雙星形接線的另外一邊為每七只電容器并聯(lián)而成一個(gè)電容器單元），每相由四個(gè)這樣的電容器單元串聯(lián)而成，然后每相串聯(lián)一組電抗器（BCKSG型）。并聯(lián)電容器與串聯(lián)電抗器的接線，如圖：

  2.2.2 BCKSG型串聯(lián)電抗器作電容器組限流和濾波用,其中電抗值較小的串聯(lián)電抗器用于抑制五次諧波；電抗值較大的串聯(lián)電抗器用于抑制三次諧波。

     2.2.3 35kV 11C并聯(lián)電容器組間隔設(shè)備的相關(guān)參數(shù)：串聯(lián)電抗器的型號(hào)BCKSG-2405/35-12，額定電抗值Xl=3.45歐；單臺(tái)電容型號(hào)BAM6-334-1W，單臺(tái)電容量C=30uF，經(jīng)過(guò)計(jì)算，11C電容器組單相的容抗Xc=31歐。

     35kV 21C電容器組間隔設(shè)備的相關(guān)參數(shù)：串聯(lián)電抗器的型號(hào)BCKSG-1002/35-5，額定電抗值Xl=1.21歐；單臺(tái)電容器BAM5.5-334-1W，單臺(tái)電容量C=35uF，經(jīng)過(guò)計(jì)算，21C電容器組單相的容抗Xc=24.3歐。

     2.2.4 根據(jù)計(jì)算公式：Xc=1/2πfc=1/314c；a=Xl/Xc*100%可得，11C電容器組間隔的電抗率a=11.13%，21C電容器組間隔的電抗率a=4.98%。經(jīng)驗(yàn)算，以上結(jié)果基本滿足要求。

     三、結(jié) 論

  串聯(lián)電抗器是無(wú)功補(bǔ)償電容器組的重要組成部分，并聯(lián)電容器組的電抗率的選擇對(duì)并聯(lián)電容器的運(yùn)行及對(duì)系統(tǒng)諧波的抑制有很大的影響。因此，在配置串聯(lián)電抗器時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)諧波進(jìn)行測(cè)試，從而做出對(duì)并聯(lián)電容器電抗率的合理選擇。

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