高壓并聯(lián)電容器的過電壓及避雷防護措施

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=1.5×0.04XC=0.06Xc。
　　電容器端子上電壓：

　　即K2=UC/U=1.064U/U=1.064,電容器端子上電壓高出母線電壓6.4%。
　　(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U5的數(shù)值為26.45%UN。那么

　　(4) 電容器組相間電容差值引起過電壓的系數(shù)K4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)Mmax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