電網(wǎng)中裝設(shè)高壓并聯(lián)電容器以改善功率因數(shù),，維持運行電壓,，提高輸變電設(shè)備輸送容量和降低線路損耗。但如運行電壓過高,，會危及設(shè)備和安全運行,。有多種因素引起穩(wěn)態(tài)電壓升高，下面將進行分析,。

1　穩(wěn)態(tài)電壓的升高

(1) 電容器裝置接入電網(wǎng)后引起電網(wǎng)電壓升高。設(shè)升高的系數(shù)為K1,，其值按下面方法計算：

ΔU≈UZM.Qc/Sd

K1=(UCG+ΔU)/UCG

ΔU為電壓升高值(kV),；Uzm為電容器裝置未投入時母線電壓(kV)；Qc為接入母線的電容器總?cè)萘?Mvar),；Sd為電容器裝置安裝處母線短路容量(MVA),；UCG為電容器正常工作電壓。

例如某220 kV變電站,，10 kV母線短路容量350 MVA,，每組串聯(lián)600 kvar，6%電抗器1臺,，裝4組電容器,，每組7 800 kvar,則：


(2) 電容器組接入電抗器后，電容器端電壓升高,。設(shè)升高的系數(shù)為K2,，其值按下面方法計算。

三相電容器回路一般不存在偶次諧波,，由于電源變壓器有一側(cè)為三角形結(jié)線,，三次諧波在這個低阻抗線圈中循環(huán)流動，不流入電網(wǎng),，只要電容器母線上沒有諧波源,，很少有三次諧波，電容器組投入運行后應(yīng)測試一下以便驗證,。

電容器組串聯(lián)電抗器可消除諧振,、改善諧波電壓、降低合閘涌流,。電容器的選擇主要是對占份量最大的5次諧波,，設(shè)經(jīng)串聯(lián)電抗器后恰能消諧，即

5ωL-1/(5ωC)=0

解得感,、容阻抗比為

XL=ωL=1/(52ωC)=0.04Xc,。

為了在所有高次諧波出現(xiàn)時，串聯(lián)電抗器應(yīng)足以消諧,，使感抗值大于容抗值,，可引用可靠系數(shù)1.5,，則XL=1.5×0.04XC=0.06Xc。

電容器端子上電壓：



即K2=UC/U=1.064U/U=1.064,電容器端子上電壓高出母線電壓*%,。

(3) 電容器組如不裝串聯(lián)電抗器,，則諧波引起電容器端子電壓升高的系數(shù)為K3，計算式可從傅里葉級數(shù)得知,，非正弦電壓有效值計算如下：



式中　U1為基波電壓分量的有效值,；UM為第M次諧波電壓分量的有效值。

設(shè)U1的數(shù)值等于額定電壓UN,，5次諧波電壓U5的數(shù)值為2*5%UN,。那么



(4) 電容器組相間電容差值引起過電壓的系數(shù)K4可按下面的分析計算。

中性點不接地的星形結(jié)線電容器組由于三相電容不平衡引起中性點位移,，使電壓升高,。為此應(yīng)盡量縮小差值，在安裝前,，應(yīng)抄錄每臺電容器電容量并編號,，將其分成電容量差不大于5%的三個組。對于單星形或雙星形的電容器組,，每組如有兩個臂,，應(yīng)使對應(yīng)臂電容接近相等。經(jīng)仔細操作可以做到三相電容差值小于2%,。此時

K4=1+ΔC/(3C+ΔC)=0.05C/(3C+0.05C)+1=1+0.05/(3+0.05)=1.016

式中　C為每相電容值,；ΔC為相電容差值。

(5) 并聯(lián)電容器組在運行過程中,，由于電容器內(nèi)部故障被熔斷切除后,，故障段中剩余的健全電容器端子所承受電壓也將升高。設(shè)升高的系數(shù)為K5,，可按下面分析計算,。

電容器組無論采用三角形結(jié)線或星形結(jié)線，每相都可以由一段或多段電容器串聯(lián)為相當(dāng)?shù)碾妷旱燃?，各段又由若干臺電容器并聯(lián),，組成所需容量的電容器組。例如35 kV系統(tǒng)可用兩段10.5 kV的電容器串聯(lián)后,，接成星形,；66 kV系統(tǒng)可用兩段19 kV的電容器或三段12.7 kV的電容器串聯(lián)后接成星形。

電容器使用臺數(shù)應(yīng)大于允許使用的最小并聯(lián)臺數(shù),，最小并聯(lián)臺數(shù)的計算公式見表1,。不同安全系數(shù)K時，應(yīng)小于最大并聯(lián)臺數(shù),。每段中電容器最大并聯(lián)臺數(shù)Mmax見表2,。

故障段健全電容器端子上承受的工頻過電壓計算公式見表1,。例如某220 kV變電站裝設(shè)4組每組

表1　升壓系數(shù)K5及最小并聯(lián)臺數(shù)的計算公式表



注：UGD為故障段中健全電容器端子上承受的電壓；M為每個串聯(lián)段中電容器的并聯(lián)臺數(shù),；P為串聯(lián)段中切除故障電容器臺數(shù),；UCG為電容器正常工作電壓；N為串聯(lián)段數(shù),；K為安全系數(shù),，可取0.5～0.75。

表2　不同K時,，每段電容器的最大并聯(lián)臺數(shù)



7 800 kvar電容器,，采用中性點不平衡電流保護的中性點不接地雙星形結(jié)線。此時M=13,N=1,P=1,過電壓系數(shù)為K5,，查表知

K5=6MN/［6MN-P．(6N-5)］=6×13×1/［6×13×1-1×(6×1-5)］=1.013(每組)。

此外,，系統(tǒng)電壓的調(diào)整,，可根據(jù)需要投切電容器或用計算機控制有載調(diào)壓變壓器的分節(jié)開關(guān)，由于操作時間短,，規(guī)程規(guī)定為1.15Ue,。對輕負(fù)荷時電壓升高，規(guī)程也另有規(guī)定,，即不超過1.2～1.3Ue,，此值超過過電保護定值，可以自動切除部分或全部電容器,。故輕負(fù)荷電壓升高也不在穩(wěn)態(tài)過電壓計算值內(nèi),。

上述各項綜合過電壓系數(shù)K=K1．K2．K3．K4．K5，如電容器組有串聯(lián)電抗則K3=1,。

從以上計算得

K=K1．K2．K3．K4．K5=1.089×1.064×1×1.016×1.013=1.19>1.1

稍微超過標(biāo)準(zhǔn),，為努力降低三相電容差值，求得合乎規(guī)程,，盡量選擇11 kV或12 kV代替10.5 kV,，6.6 kV代替6.3 kV。

2　電容器組過電壓及避雷器

2.1　電弧重燃過電壓

開關(guān)分閘過程中,，會形成電弧重燃過電壓,。設(shè)開關(guān)在電壓最大值，電流過零時電弧熄滅,，電容器處于充電狀態(tài),，其電壓保持在系統(tǒng)電壓的最高值。此時開關(guān)觸頭間的電壓,，一側(cè)為電容器電壓,，另一側(cè)為電源電壓,，電源變?yōu)樨?fù)的最大值時，觸頭間的電壓為電源電壓的2倍,。假如開關(guān)彈跳或分閘速度慢且滅弧性能不好,，開關(guān)弧隙絕緣恢復(fù)的速度低于恢復(fù)電壓增長的速度，則開關(guān)弧隙將被擊穿,，這時形成電弧重燃,，它的過電壓可達額定值的4.5～5倍。

2.2　避雷器的選擇

只要電源不是架空線路引入,，保護電容器的避雷器最好采用氧化鋅避雷器,。因為普通閥型避雷器在過電壓值低于避雷器的放電電壓時，沖擊過電壓使電容器充電,。直到過電壓值達到避雷器的放電電壓時,，閥型避雷器的間隙被擊穿，這時電容器將對避雷器放電,。由于電容器與避雷器間阻抗很低,，雷電流和電容器放電電流的綜合值很大，有可能損壞電容器和避雷器,，故一般避雷器不能滿足電容器的要求,。目前多采用具有殘壓低、通流大,、時間響應(yīng)快,、能連續(xù)動作、壽命又長的氧化鋅避雷器,。

2.3　電容器組斷開時的過電壓及避雷器的配置

投入電容器組產(chǎn)生的合閘過電壓一般不大于額定電壓的2倍,，沒有分閘時大，按后者考慮即能滿足共同要求,。下面分析避雷器的幾種接線情況,。

(1) 避雷器接在相—地間，如圖1所示,，接法簡單,，使用率高，但某種情況下滿足不了絕緣配合的要求,。例如電弧重燃產(chǎn)生高頻電流,，設(shè)A相重燃，A相電源經(jīng)A相電容和中性點電容CN接通形成振蕩回路,，出現(xiàn)過電壓,。由于中性點電容遠較主電容C為小，則CN阻抗大分壓也大，過電壓將出現(xiàn)在中性點電容CN上,，其值可達定值的4.5倍,。為此需要在中性點處配置氧化鋅避雷器。如果發(fā)生一相接地,，接地相電容器將承受對地過電壓值的2/3,。比健全相上的電容器過電壓高得多，超過過電壓倍數(shù)不超過2倍的要求,。再者是兩相保護元件殘壓之和,，起不到限制相間過電壓的作用。



圖1　避雷器相—地間接線圖

(2) 避雷器接在相—中—地間,，如圖2所示,。其特點是保護元件直接并接在電容器極間，各相電容器過電壓由各自并聯(lián)的保護避雷器來限制,，保護配合直接,，不受其它因素影響。而且對串聯(lián)電抗器上的過電壓也可以起到限制作用,。這種接線的兩中性點的連接線要求對地絕緣,，否則電容器組變成中性點接地系統(tǒng)。串聯(lián)電抗接在電容器與避雷器之間,。



圖2　避雷器相—中—地接線圖

(3) 三角形接法的電容器組的避雷器接法采用4臺避雷器(如圖3)。



圖3　三角形接法的電容器組的避雷器接法