1 前言
并聯電容器是電力系統的重要無功電源,具有成本低、便于維護和運行、經濟效益好等特點。電容器在系統中會產生以下現象:①與電力系統的感性設備發生諧振;②因絕緣老化和發熱等,造成系統短路;③投入系統時產生無功沖擊,出現較大的涌流等。其中諧振和絕緣問題是電容器組設計、投運和運行中所要考慮的首要問題。本文結合電容器組的設計論證和對河南電網部分變電站的諧波測試,對電容器的過電壓和過電流問題進行討論。
2 并聯電容器組諧波過載能力的四條要求
2.1 反映電容器耐壓性能的指標:過電壓倍數
國標《并聯電容器裝置設計規范》(GB50227-1995)規定:α≤1.1,表示電容器所承受的基波電壓與諧波電壓的幾何和(電壓有效值)不超過額定電壓的1.1倍。作為算法上的對比,計算基波和諧波電壓的算術和時:
2.2 反映電容器耐熱性能的指標:過電流倍數
國標《并聯電容器裝置設計規范》(GB50227-1995)規定:β≤1.3,表示流過電容器的基波電流和諧波電流的幾何和(有效值)不應超過額定電流的1.3倍。作為算法上的對比,計算基波和諧波電流的算術和時:
2.3 反映電暈現象的指標:峰值電壓過電壓倍數
IEEE規定:γ≤1.2。顯然γ=α′。
2.4 考慮過載容量的指標:過載容量倍數
IEEE規定η≤1.3,即過載容量不超過額定容量的1.3倍。根據過壓倍數、過流倍數計算方法的不同,η值可以是αβ、αβ′、α′β和α′β′。
3 河南電網部分變電站實測結果和計算
3.1 駐馬店220kV變電站的電容器過電壓過電流的計算
首先,將10kV母線的電壓諧波數據(見表1)轉化為電容器端電壓的諧波。電容器串聯電抗器,電抗器基波電抗為XL,電容器基波容抗為XC,母線基波電壓為U1,諧波次數為n,n次諧波百分含量為DFVn,母線n次諧波電壓為DFVn·U1,n次諧波電抗為nXL,n次諧波容抗為XC/n。那么,電容器n次諧波電壓百分含量為:
由表2知,采用算術和的計算方法表明電容器已過電壓,最大峰值過壓倍數接近1.2,符合峰值電壓校驗。實際運行情況是電容器接近過電壓的限值。因為母線電壓沒有達到母線保護的定值(平均電壓的1.1倍),電容器電壓的有效值也沒有達到額定電壓的1.1倍,所以母線過電壓保護和電容器分支過電壓保護不動作。
表3,說明變壓器低壓側電流沒有超過《并聯電容器裝置設計規范》的定值。利用駐馬店站的設備實際參數,計算得到投入電容器后,諧振頻率在230Hz附近,大電流并非諧振造成,10kV母線運行電壓過高才是電容器的運行電流過大的原因。
表4說明在利用算術和算法求電壓電