并联电容器过电压和过电流的判断条件

关键词：并联电容器、谐波、过电压、过电流、校核计算 1、前言

并联电容器是电力系统的重要无功电源，具有成本低、便于维护和运行、经济效益好等特点。电容器在系统中会产生以下现象：①与电力系统的感性设备发生谐振；②因绝缘老化和发热等，造成系统短路；③投入系统时产生无功冲击，出现较大的涌流等。其中谐振和绝缘问题是电容器组设计、投运和运行中所要考虑的首要问题。本文结合电容器组的设计论证和对河南电网部分变电站的谐波测试，对电容器的过电压和过电流问题进行讨论。 2、并联电容器组谐波过载能力的四条要求

2．1、反映电容器耐压性能的指标：过电压倍数

国标《并联电容器装置设计规范》（GB50227－1995）规定：α≤1．1，表示电容器所承受的基波电压与谐波电压的几何和（电压有效值）不超过额定电压的1．1倍。作为算法上的对比，计算基波和谐波电压的算术和时：

2．2、反映电容器耐热性能的指标：过电流倍数

国标《并联电容器装置设计规范》（GB50227－1995）规定：β≤1．3，表示流过电容器的基波电流和谐波电流的几何和（有效值）不应超过额定电流的1．3倍。作为算法上的对比，计算基波和谐波电流的算术和时：

2．3、反映电晕现象的指标：峰值电压过电压倍数

IEEE规定：γ≤1．2。显然γ＝α′。

2．4、考虑过载容量的指标：过载容量倍数

IEEE规定η≤1．3，即过载容量不超过额定容量的1．3倍。根据过压倍数、过流倍数计算方法的不同，η值可以是αβ、αβ′、α′β和α′β′。 3、河南电网部分变电站实测结果和计算

3．1、驻马店220kV变电站的电容器过电压过电流的计算

首先，将10kV母线的电压谐波数据（见表1）转化为电容器端电压的谐波。电容器串联电抗器，电抗器基波电抗为XL，电容器基波容抗为XC，母线基波电压为U1，谐波次数为n，n次谐波百分含量为DFVn，母线n次谐波电压为DFVn·U1，n次谐波电抗为nXL，n次谐波容抗为XC／n。那么，电容器n次谐波电压百分含量为：

由表2知，采用算术和的计算方法表明电容器已过电压，最大峰值过压倍数接近1．2，符合峰值电压校验。实际运行情况是电容器接近过电压的限值。因为母线电压没有达到母线保护的定值（平均电压的1．1倍），电容器电压的有效值也没有达到额定电压的1．1倍，所以母线过电压保护和电容器分支过电压保护不动作。

表3，说明变压器低压侧电流没有超过《并联电容器装置设计规范》的定值。利用驻马店站的设备实际参数，计算得到投入电容器后，谐振频率在230Hz附近，大电流并非谐振造成，10kV母线运行电压过高才是电容器的运行电流过大的原因。 表4说明在利用算术和算法求电压电流时，才判断电容器容量过载。事实上容量不过载。 3.2、薛坡220kV变电站过电流过电压的计算

薛坡220kV变电站是许昌供电区的枢纽站，带有电铁负荷。1998年以前，该站电容器组不能正常投运，串联电抗器严重发热。1999年1月12日，测试了薛坡站的谐波。

现场观察和测试都表明，电容器的运行电流过大，β>β'更大，见表5。电容器不能安全运行，电流已超过保护整定值（额定电流的1.6倍），所以保护运作。

根据测试和计算，谐振频率接近5次谐波而产生谐波电流的放大。这直接导致10kV侧的5次谐波电压和总畸变率超标，见表6。

表7是电容器端电压的谐波值和过电压倍数。α达到和接近1．1，α′＞1．1，最大值为1．48，电流谐振造成过电压，γ＞1．2，峰值过电压。 表8说明电容器容量过载，与实际相符合。（这是薛坡站1998年的情况。河南省电业局和许昌电业局于1999年对电容器组改造后，运行良好。）

3．3、通过以上实例，并联电容器组谐波过载能力的四条要求中，前三条（耐压、耐热、峰值电压校核）是关键，如果耐压、耐热、峰值电压校核合格，第四条容量校核也合格。由于峰值电压校核实际上是计算电压算术和，所以只要耐压、耐热校核合格，峰值电压和容量的校核也合格。 4、结论

通过讨论，结合驻马店和薛坡两站的实例分析，总结如下。

4．1、引起电容器过压和过流的因素是复杂的，谐波谐振或运行电压过高都可以使电容器过载，应具体问题具体分析。

4．2、电容器过载的四点规定是相互联系的，其中（1）、（2）、（3）是最重要的，满足前3条，往往满足了（4）条。（3）条由于与电压算术和的算法等效，所以实际工作中只要验证（1）、（2）就可以了。

4．3、综合考虑谐波电压和电流的作用，可以有两种算法：几何和与算术和。与之对应的判断方法：电压（几何和）—电流（几何和）、电压（几何和）—电流（算术和）、电压（算术和）—电流（几何和）、电压（算术和）—电流（算术和）。这四种方法得到的结论有较大不同。其中几何和的算法，计算的结果是有效值，具有实际物理意义的，也是《并联电容器装置设计规范》要求的算法。所以在利用实测数据进行电容器过压过流的判断，宜利用电压（几何和）—电流（几何和）。

4．4、在进行电容器谐波论证时，从论证的裕度出发，采用电压（算术和）—电流（算术和）的方法，裕度最大。笔者赞成利用电压（算术和）—电流（几何和）及电压（算术和）—电流（算术和）的方法，其中后者的裕度最大，条件满足后，峰值电压和容量的校核也可满足。