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(yùn)行電壓,，提高輸變電設(shè)備輸送容量和降低線(xiàn)路損耗。但如運(yùn)行電壓過(guò)高,，會(huì)危及設(shè)備和安全運(yùn)行,。有多種因素引起穩(wěn)態(tài)電壓升高，下面將進(jìn)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(jì)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(shí)母線(xiàn)電壓(kV),；Qc為接入母線(xiàn)的電容器總?cè)萘?Mvar)；Sd為電容器裝置安裝處母線(xiàn)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(xiàn)短路容量350 MVA,，每組串聯(lián)600 kvar,，6%電抗器1臺(tái)，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(jì)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(xiàn),，三次諧波在這個(gè)低阻抗線(xiàn)圈中循環(huán)流動(dòng),，不流入電網(wǎng)，只要電容器母線(xiàn)上沒(méi)有諧波源,，很少有三次諧波,，電容器組投入運(yùn)行后應(yīng)測(cè)試一下以便驗(yàn)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(duì)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(shí),，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(xiàn)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(jì)算式可從傅里葉級(jí)數(shù)得知，非正弦電壓有效值計(jì)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(guò)電壓的系數(shù)K4可按下面的分析計(jì)算,。

中性點(diǎn)不接地的星形結(jié)線(xiàn)電容器組由于三相電容不平衡引起中性點(diǎn)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(tái)電容器電容量并編號(hào),，將其分成電容量差不大于5%的三個(gè)組,。對(duì)于單星形或雙星形的電容器組，每組如有兩個(gè)臂,，應(yīng)使對(duì)應(yīng)臂電容接近相等,。經(jīng)仔細(xì)操作可以做到三相電容差值小于2%。此時(shí)

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(yùn)行過(guò)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(jì)算,。

電容器組無(wú)論采用三角形結(jié)線(xiàn)或星形結(jié)線(xiàn),，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?jí)，各段又由若干臺(tái)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(tái)數(shù)應(yīng)大于允許使用的最小并聯(lián)臺(tái)數(shù)，最小并聯(lián)臺(tái)數(shù)的計(jì)算公式見(jiàn)表1,。不同安全系數(shù)K時(shí)，應(yīng)小于最大并聯(lián)臺(tái)數(shù)。每段中電容器最大并聯(lián)臺(tái)數(shù)Mmax見(jiàn)表2,。

故障段健全電容器端子上承受的工頻過(guò)電壓計(jì)算公式見(jiàn)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(tái)數(shù)的計(jì)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(gè)串聯(lián)段中電容器的并聯(lián)臺(tái)數(shù),；P為串聯(lián)段中切除故障電容器臺(tái)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(shí),，每段電容器的最大并聯(lián)臺(tái)數(shù)



7 800 kvar電容器,，采用中性點(diǎn)不平衡電流保護(hù)的中性點(diǎn)不接地雙星形結(jié)線(xiàn)。此時(shí)M=13,N=1,P=1,過(guò)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(jì)算機(jī)控制有載調(diào)壓變壓器的分節(jié)開(kāi)關(guān),，由于操作時(shí)間短，規(guī)程規(guī)定為1.15Ue,。對(duì)輕負(fù)荷時(shí)電壓升高,，規(guī)程也另有規(guī)定，即不超過(guò)1.2～1.3Ue,，此值超過(guò)過(guò)電保護(hù)定值,，可以自動(dòng)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(guò)電壓計(jì)算值內(nèi),。

上述各項(xiàng)綜合過(guò)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(jì)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(guò)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(guò)電壓及避雷器

2.1　電弧重燃過(guò)電壓

開(kāi)關(guān)分閘過(guò)程中，會(huì)形成電弧重燃過(guò)電壓,。設(shè)開(kāi)關(guān)在電壓最大值,，電流過(guò)零時(shí)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(shí)開(kāi)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(shí),，觸頭間的電壓為電源電壓的2倍。假如開(kāi)關(guān)彈跳或分閘速度慢且滅弧性能不好,，開(kāi)關(guān)弧隙絕緣恢復(fù)的速度低于恢復(fù)電壓增長(zhǎng)的速度,，則開(kāi)關(guān)弧隙將被擊穿，這時(shí)形成電弧重燃,，它的過(guò)電壓可達(dá)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(xiàn)路引入，保護(hù)電容器的避雷器最好采用氧化鋅避雷器,。因?yàn)槠胀ㄩy型避雷器在過(guò)電壓值低于避雷器的放電電壓時(shí),，沖擊過(guò)電壓使電容器充電。直到過(guò)電壓值達(dá)到避雷器的放電電壓時(shí),，閥型避雷器的間隙被擊穿,，這時(shí)電容器將對(duì)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(mǎn)足電容器的要求,。目前多采用具有殘壓低,、通流大、時(shí)間響應(yīng)快,、能連續(xù)動(dòng)作,、壽命又長(zhǎng)的氧化鋅避雷器。

2.3　電容器組斷開(kāi)時(shí)的過(guò)電壓及避雷器的配置

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

(1) 避雷器接在相—地間,，如圖1所示，接法簡(jiǎn)單,，使用率高,，但某種情況下滿(mǎn)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(diǎn)電容CN接通形成振蕩回路，出現(xiàn)過(guò)電壓,。由于中性點(diǎn)電容遠(yuǎn)較主電容C為小,，則CN阻抗大分壓也大,，過(guò)電壓將出現(xiàn)在中性點(diǎn)電容CN上，其值可達(dá)定值的4.5倍,。為此需要在中性點(diǎn)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(duì)地過(guò)電壓值的2/3,。比健全相上的電容器過(guò)電壓高得多，超過(guò)過(guò)電壓倍數(shù)不超過(guò)2倍的要求,。再者是兩相保護(hù)元件殘壓之和,，起不到限制相間過(guò)電壓的作用。



圖1　避雷器相—地間接線(xiàn)圖

(2) 避雷器接在相—中—地間,，如圖2所示,。其特點(diǎn)是保護(hù)元件直接并接在電容器極間，各相電容器過(guò)電壓由各自并聯(lián)的保護(hù)避雷器來(lái)限制,，保護(hù)配合直接,，不受其它因素影響。而且對(duì)串聯(lián)電抗器上的過(guò)電壓也可以起到限制作用,。這種接線(xiàn)的兩中性點(diǎn)的連接線(xiàn)要求對(duì)地絕緣,，否則電容器組變成中性點(diǎn)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(xiàn)圖

(3) 三角形接法的電容器組的避雷器接法采用4臺(tái)避雷器(如圖3),。



圖3　三角形接法的電容器組的避雷器接法