浅析500kV侯村变电站并联电容器的串联电抗器和放电线圈的作用原理

[摘 要]简要分析了侯村站35kV系统并联电容器的串联电抗器和放电线圈的作用原理，使运行人员更加清楚认识无功设备的性质和功能

[关键词]电抗率合闸涌流谐波抑制放电

中图分类号：TM531 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0108-01

1、引言

侯村变电站的35kV系统主要是无功设备系统，其主要用途是为电网调压，电网系统电压低时，投入并联电容器组，电压高时投入并列电抗器组，35kV系统的接线方式为：1号主变接301、302母线，301母线带有311、312、313电容器组，带有314、315电抗器组；302母线带有321、322电抗器组，带有323、324、325电容器组；2号主变接303母线，303母带有331、332电容器组，带有333电抗器组；301、302母的电容器组型号为BFF，其串联电抗器组的型号为干式空芯VDE，放电线圈型号为FD2-10/45；303母电容器组的型号TBB35，其串联电抗器组的型号为CKGL-1200/35-6，放电线圈的型号为FD3（6-3.4）-1W。本文主要讲的是并联电容器组的一次保护设备串联电抗器组和放电线圈的作用原理。串联电抗器主要作用是抑制谐波、限制合闸涌流和滤除谐波。电抗率是电抗器的主要参数，电抗器的大小直接影响它的作用。

2、对合闸涌流的分析

电容器的合闸涌流分为单组电容器的合闸涌流和多组电容器追加合闸涌流，单组电容器在第一次合闸投入运行的瞬间，即电容器处于未充电状态（Uc（o+）=Uc（0-）=0，电容器在开关合闸前后相当于短路，流入的电流很大），流入电容器电流仅受系统阻抗的限制，由于系统阻抗很小，近似短路状态，这时将产生很大的合闸涌流，流入电容器组，涌流的最大值发生在电容器合闸的瞬间，刚好系统电压处于最大值时；当已经有一组或多组电容器运行时，再投入另一组电容器，这时的合闸瞬间，将产生追加的合闸涌流，由于追加的电容组与运行的电容器组之间距离很小，他们之间的电感很小，几乎为零，追加的电容器与短路状态相似，所以运行的电容器组将向追加的电容器大量充电，还有电源对电容器产生涌流，全部冲击的合闸涌流都将流入追加的电容器组，这时的合闸涌流将达到很危险的程度，特别是在系统电压处于最大值的瞬间合闸时，追加的涌流将达到最大值，所以单组电容器投入时，合闸涌流不大，电容器组追加投入时，涌流的倍数较大，组数多时最后一组投入的涌流最大，高频率、高幅值的涌流对开关触头和设备绝缘造成损坏。通过以上对合闸涌流的分析，可以看出电容器组数多时，合闸涌流将对投入的电容器组造成严重威胁，为了消除这种威胁，在电容器组前增加串联电抗器组，使回路的电抗值增大，可以有效的限制合闸涌流，在侯村站投入电容器时，是先投电抗率大的电容器组，再投电抗率小的电容器组，因侯村站的各电容器组的串联电抗器容量一致，而电抗率为12%的电容器组的容量小，先投12%的电容器组，是为了第一组电容器合闸时，合闸涌流不大不会对容量小的电容器组造成损害，再投6%的电容器组，电容器组的容量大可以更好的适应合闸涌流。

3、串联电抗器的作用及有串联电抗器的电容器投切顺序的分析

电气设备在运行中会产生谐波，如变压器铁芯饱和，电弧炉炼钢，大型硅整流设备；为消除谐波的影响，其中重要的一条在电容器的回路中串联一定数值的电抗器，造成一个对n次谐波的滤波回路。在实际运行中3、5、7次谐波分量往往偏高，是电容器滤波回路的主要目标，当串联电抗器n次谐波感抗与电容器的n次谐波容抗相等时（nwl=1/nwc）n次谐波将被抑制的干干净净，对于3次谐波3wl=1/3wc，则Xl=0.11Xc（即谐振点）电抗率为11%，对于5次谐波5wl=1/5wc，则Xl=0.04Xc（即谐振点）电抗率为4%，由于Xl=wl=2Πf L， f越大，电抗值越大，对5次、7次谐波而言，电抗器的电抗值相当于工频5或7倍，所以串入电抗器后5次、7次谐波电流将被抑制，即串联电抗器在无功补偿设备的作用是抑制谐波，即不让系统谐波进入补偿设备中，同时对系统原有谐波不产生放大，主要是保护无功设备的安全；在实际中，在电容器回路串联12%的电抗器构成3次谐波滤波器，串联6%电抗器构成5次谐波的滤波器，不正好采用11%和4%，而是稍大一点，目的是在高次谐波的作用下，使电容器回路阻抗呈感性，避免完全谐振时，电抗器电压过大。侯村站的谐波源主要是主变压器铁芯饱和时产生的3次谐波和少量的5次谐波，并且谐波的分量不大，采用的12%和6%电容器组的组合已足够用。

电容器的投切顺序必须合理，对谐波电流的分析，当电容器回路呈电感性，流入无功设备谐波电流减小，呈电容性时，流入无功设备的谐波电流变大。

电容器组回路元件的阻抗公式为：Z=R+J（Xl-Xc），当Xl> Xc时，回路呈电感性；当Xl

4、有串联电抗器的电容器如何配置的

当电网背景谐波5次及以上时，可配置电抗率4.5%-6%，因6%电抗器的电容器回路有明显的放大三次谐波的作用，因此，抑制5次及以上谐波，同时又要兼顾减小对3次谐波的放大，电抗率可选用4.5%，2、当电网背景谐波3次及以上时，电抗器率配置有两种方案：全部采用12%电抗率，或采用4.5%-6%与12%两种电抗率进行组合，采用两种电抗率组合的条件是电容器组数较多，为了节省投资或减小电抗器消耗的容性无功；侯村站的电容器组数较多，所以采用12%和6%两种电抗率的组合。

5、放电线圈的放电过程及作用

并联电容器一次侧接有串联电抗器和并联放电线圈，放电线圈的作用是将停电后的电容器上的电荷迅速可靠的释放掉，由于电容器组经常进行切换，其间隔可能很短，电容器组断开电源后，其电极间存储大量的电荷，不能自行很快消失，在短时间内，其极间有很高的直流电压，待再次合闸时，造成电压叠加，将产生很高的过电压，危及电容器和电网的安全运行因此安装放电线圈，将它和电容器并联形成振荡和RC电路使电能在回路中消耗掉。

6、结束语

并联电容器组的串联电抗器和放电线圈是电容器组一次侧的保护设备，通过对串联电抗器和放电线圈的作用原理的分析，我们可以更清晰的看到无功设备是怎样运作的，使我们对无功设备的原理的认识更接近实际，如果无功补偿装置的安装背景有谐波注入，而电容器组参数匹配不当或同时投入运行电容器组组合不当，就会引起通过电容器组的谐波电流放大或是引起系统阻抗和电容器组发生并联谐振使电容器或电抗器过流、异常发热、损坏，影响电网的安全运行。

参考文献

[1] 吕润馀.电能质量技术丛书第三分册―电力系统高次谐波[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2] GB50227-95，并联电容器装置设计规范[S].