并聯(lián)電容器組串聯(lián)電抗器的故障解決方案探究

林雄德

摘 要：并聯(lián)電容器組串聯(lián)電抗器是目前變電系統(tǒng)常見(jiàn)的一種電氣運(yùn)行方式，然而這其中經(jīng)常出現(xiàn)串聯(lián)電抗器燒毀現(xiàn)象。本文分析了并聯(lián)電容器組串聯(lián)電抗器故障的成因，并對(duì)串聯(lián)電抗器的電抗值進(jìn)行反復(fù)地實(shí)驗(yàn)、對(duì)比與分析，最終得出合理的電抗值，從而控制諧波故障的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)電容器組；串聯(lián)電抗器；故障成因；解決對(duì)策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.191

0 前言

并聯(lián)電容器組是整個(gè)電力系統(tǒng)中較為關(guān)鍵的無(wú)功補(bǔ)償裝置，特別是電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的逐漸拓展，系統(tǒng)內(nèi)部的非線性負(fù)荷正在逐漸上升，使得添加到系統(tǒng)內(nèi)部的諧波電流也正在逐漸上升，導(dǎo)致其諧波故障也逐漸復(fù)雜化，要想有效控制諧波電流，減少系統(tǒng)故障，并聯(lián)電容器中就要串聯(lián)電抗器，然而，這樣的搭配與設(shè)置可能導(dǎo)致電抗器的受損，也就是電抗器在諧波電流的干擾下發(fā)生故障和問(wèn)題，甚至可能導(dǎo)致電抗器被燒毀，對(duì)此則有必要深入研究故障成因，深入分析了故障的解決方法。

1 電容器組的基本運(yùn)行原理

對(duì)于配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般通過(guò)并聯(lián)電容器組來(lái)達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹⒄詹⒙?lián)電容器組的相關(guān)規(guī)范、規(guī)定，位于建筑物室內(nèi)的配電設(shè)備通常為：鐵芯狀電抗器，不易泄漏磁場(chǎng)，而且要當(dāng)其未連入前則要串聯(lián)一個(gè)電抗器，目標(biāo)在于控制合閘涌流、控制諧波，具體的并聯(lián)電容器組接線如圖1所示：

對(duì)于一些大型城區(qū)，企業(yè)生產(chǎn)、加工必然需要較大的電量，對(duì)此就必須掌握好無(wú)功平衡，特別是在一年范圍內(nèi)的用電高峰月份，更要做好無(wú)功補(bǔ)償。

但是，根據(jù)長(zhǎng)時(shí)期的配電系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)、工作等經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備依然可能出現(xiàn)較多的故障、問(wèn)題，其中并聯(lián)電容器組串聯(lián)的電抗器也成為故障的常發(fā)區(qū)，其中發(fā)熱故障、斷電、短路等屬于最為常見(jiàn)的故障，這些故障都將威脅到配網(wǎng)系統(tǒng)的高效工作和運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 并聯(lián)電容器諧波放大原理

對(duì)于供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，諧波多數(shù)來(lái)自于電流源，其內(nèi)部電阻通常較大，如果發(fā)現(xiàn)外部阻抗出現(xiàn)浮動(dòng)、調(diào)整，則其電流則趨向穩(wěn)定。供電系統(tǒng)整體上要承受一定的諧波源，主要來(lái)自于供電系統(tǒng)主體以及相關(guān)電力設(shè)備，以下分別為：電容器接線原理圖、諧波等效電路圖。

In-------諧波電流源，Xs，Xc，XL----------基波感抗

如果電流型諧波源有n次諧波分量，則會(huì)形成以下諧波電流源和諧波電流之間的關(guān)系：

Icn=nXsIn/ nXs+ nXL- Xc/n ，同時(shí)，諧波母線的電壓可以用以下關(guān)系式表達(dá)：

對(duì)此可以總結(jié)出以下三個(gè)關(guān)系：

第一，如果XL-Xc/n2=0， 則有Icn=In，此時(shí)，電容器和串聯(lián)電抗器之間將出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)的電抗器的電抗值則會(huì)上升，對(duì)應(yīng)所導(dǎo)致的諧波次數(shù)也將下降，簡(jiǎn)單說(shuō)就是電抗率上升，對(duì)應(yīng)的電抗器對(duì)諧波的控制程度就越低。

第二，如果Xs+XL-Xc/n2=0， 對(duì)應(yīng)的電容器、電抗器等則可能出現(xiàn)并聯(lián)諧振現(xiàn)象，諧波電流也將上升為極值。

第三，如果2Xs+XL-Xc/n2=0，則能夠得出此點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電容器組的諧波電流，為初始的放大點(diǎn)。

通過(guò)以上分析能夠看出，供電系統(tǒng)和并聯(lián)電容器與諧波之間的關(guān)系，也就是前兩者對(duì)諧波的影響。

并聯(lián)電容器組串聯(lián)電抗器最常見(jiàn)的故障體現(xiàn)為：電容器燒毀，通過(guò)對(duì)變電站運(yùn)行系統(tǒng)的高度模擬，能夠從中發(fā)現(xiàn)故障成因。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的仿真與模擬發(fā)現(xiàn)：如果變壓器的兩組電容器全部處于工作狀態(tài)，因?yàn)樗麄冇兄愃频呐渲?，因此，這兩組電容器組如果并聯(lián)，在相同的電容器支路，則有：XL、=XL/2，Xc、=Xc/2。按照特定的公式能夠計(jì)算得出并聯(lián)諧波次數(shù)，其數(shù)值大致為3，正是由于3次并聯(lián)諧波的存在才導(dǎo)致諧波電流嚴(yán)重，從而導(dǎo)致電容器電流過(guò)大，甚至被燒毀。

3 并聯(lián)電容器組串聯(lián)電抗器的故障解決方案

3.1 科學(xué)選型串聯(lián)電抗器

電抗器的配設(shè)要本著可以確保其所處的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中占據(jù)較大比例的諧波分量的電抗值趨向于0，要盡量讓諧波分量的感抗同于容抗，也就是要達(dá)到以下關(guān)系：：XL>Xc/n2， 整個(gè)系統(tǒng)中選擇5次諧波，達(dá)到以下關(guān)系：XL>Xc/52=0.04Xc，現(xiàn)實(shí)的諧波控制中通常選擇5次，對(duì)此適合串聯(lián)電抗值達(dá)到6%Xc的電抗器，對(duì)于3次的諧波，則適合配置電抗值達(dá)到12%Xc。

其中需要重點(diǎn)關(guān)注的是，要區(qū)分開Xc與XL，二者不可相同，從而預(yù)防電磁諧振，控制過(guò)電壓的出現(xiàn)，通常來(lái)說(shuō)為了穩(wěn)妥起見(jiàn)，可以嘗試容抗更大的容抗，這樣不僅可以回避諧振點(diǎn)，也有利于控制諧波。

通過(guò)科學(xué)的仿真能夠得出，如果系統(tǒng)串聯(lián)一個(gè)電抗值為6%的電抗器，將兩個(gè)電容器組開啟，整個(gè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)三次諧波變大，此時(shí)則將造成電抗器受損、毀壞，同時(shí)，因?yàn)橹C波源中諧波超出了特定范圍，特別是5次諧波，此時(shí)如果依然串聯(lián)6%的電抗器則可能加劇諧波共振，對(duì)此應(yīng)該嘗試提升電抗值，安裝12%的電抗器，達(dá)到高度仿真模擬的作用。

3.2 調(diào)整串聯(lián)電抗器的仿真

改變所串聯(lián)的電抗器的電阻值，使其從1歐姆上升到2.17歐姆，以此來(lái)達(dá)到仿真的效果。表1分別成仙了各種電抗值條件下，對(duì)應(yīng)所產(chǎn)生的諧波大小，具體如表1所示。

通過(guò)觀察表1能夠得出，當(dāng)所串聯(lián)的電抗器的電抗值達(dá)到13%時(shí)，則能夠有效抑制諧波的產(chǎn)生，只有二次諧波出現(xiàn)了上升趨勢(shì)，剩余的諧波值都相對(duì)穩(wěn)定，這樣就有效控制了諧波，控制了故障。

所串聯(lián)的電抗器，其電抗值各自為6%，13%時(shí)，分別對(duì)比他們所產(chǎn)生的諧波電流，如果忽視3次諧波電流，則能夠看到6%的電抗器更能有效控制諧波的產(chǎn)生。然而，當(dāng)串聯(lián)此電抗器以后，3次諧波卻有大幅度上升趨勢(shì)，從全方面進(jìn)行分析考慮，最理想的電抗值為13%。

表2則為電阻值分別為6%與13%時(shí)，串聯(lián)電抗器對(duì)應(yīng)所產(chǎn)生的諧波大小，觀察圖表，憑借對(duì)比分析能夠看到：綜合對(duì)比，電阻值為13%時(shí)，諧波產(chǎn)生量更小，要稍好于電抗值為6%的電抗器。具體如表2所示。

綜合分析得出，電抗器的電抗值的選擇十分重要，通常13%的電抗值相對(duì)更具優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于其他電抗值，能夠最大程度地控制諧波，也能有效維護(hù)電抗器，保護(hù)其安全。

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可以總結(jié)出，要想有效地抑制諧波，控制電抗器故障，所串聯(lián)的電抗器的電抗值十分重要，為了控制3次諧波，減少諧波電流，更適合選擇電抗值為13%的電抗器，同電抗值為6%的電抗器相比，更具優(yōu)勢(shì)，可以有效控制諧波電流，從而維護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在并聯(lián)電容器組時(shí)，需要正確地配設(shè)電抗器。第一步則要掌握系統(tǒng)的諧波源、系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)等，再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，憑借仿真結(jié)果來(lái)得出結(jié)論，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的控制，減少故障的發(fā)生，維護(hù)電抗器的安全。

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