并联电容器装置的不同电抗率配置分析

1) 对 3 次谐波 k < 4 %时 ,不会出现谐波严重 放大的情况 ,仅在系统电抗率 s (系统等值基波感 抗 XS与并联电容器基波容抗 XC之比) 值较高 ,且 k 取 2 %、3 %时稍有放大 ;
2) 对 7 次和 11 次谐波 , k > 1 %时也不存在 严重放大的危险 。k < 1 %时 ,存在较大的放大 ,此 时 s 的值一般较小 ( s < 3 %) 。
3) 对 5 次谐波 , k = 4 %时电容器支路形成 5 次串联谐振 (完全滤波状态) ,电容器组将可能出 现严重的谐波过负荷现象 , k < 4 %时总会存在使 得谐波电流严重放大的 s 区段 。因此只有在严格 保证电容器组安装容量与系统母线短路容量比值 避开出现 5 次谐波放大较严重的危险区段 ,才能 采用 k < 4 %。
Analysis of the Various Reactance Ratio’s Conf iguration of Installation of Shunt Capacitors
Z HOU S hen g j un1 , L I N H ai x ue1 , Yu W enhui2 (1. China Elect ric Power Research Instit ute , Beijing 100192 ,Beijing China ; 2. Mao ming Power Supply of Guangdong Power Grid Co mpany , Maoming 525000 , Guangdo ng China)
对 5 次谐波而言 ,电抗率 k > 4 %时 ,不会出 现谐波电流放大的情况 ; 而 k < 4 %时 ,在 s 的某 些区段内总有对应的 k 取值使得谐波电流严重放 大 ,因此可以将变参数电抗器在危险的 s 区段上 增加 k 值 ,使 k > 4 % ,而在其余 s 区段上使用较小 的电抗值 。即 :当出现下列情况 : ①电容器组实际 投入组数发生变化 (安装容量变化) ; ②谐波源变 化 ; ③电网短路容量改变 ,可相应地对电抗率作调 节 ,以避开危险 ,保证安全运行 。
m1 + 1
N0 <
m2
m1 m2
k2
+ k1
(2)
由式 (1) 可以得 :
m2 m1
=
N
2 0
k2
-
1
1-
k1
N
2 0
(3)
或
m2 m1 + m2
=
N
2 0
k2
-
1
N
2 0
(Biblioteka Baidu
k2
-
k1 )
(4)
因 k2 > k1 , 要 使 N0 表 达 式 有 意 义 , 须 有
(
N
2 0
k0
-
1)
> 0 。当
3 退出电抗器运行的可能性分析
1989 年河南省先后对汤阴等 5 个 220 kV 变 电所中的并联电容器装置作了退出电抗器运行的 试验研究[3] ,总体情况良好 ,解决了因谐波和电容 器额定电压影响电容器组不能投运的问题 ,提高 了投运率 。但退出电抗器运行是否会存在危险还 应具体研究 。
当 k = 0 ,流入系统的谐波电流被放大了 。这 对 3 次谐波放大并不严重 ,最大不超过 2 倍 ,电容 器谐波电流不放大 ;对 5 次谐波 , s = 2 %～8 %时 谐波电流严重放大 ;对 7 次 、11 次谐波也会出现 谐波电流放大 ,且出现放大时的 s 值很小 ,但在背 景谐波中该两种谐波一般较小时 ,放大的谐波电 流是可以承受的 。因此 ,电抗器退出运行时 ,危险 主要在于 5 次谐波的放大 ,对 5 次谐波含量较大 的系统应慎重运用 。
供 用 电
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2 电网有谐波时采用电抗率小于 4 %的可 能性分析
通常认为 ,当电网中谐波量很小 ,装设电抗器 的目的仅为限制多组电容器追加投入时的合闸涌 流 ,电抗率 k 可选得比较小 ,一般在 0. 1 %～1 % , 此时对于一般谐波的综合电抗为容性 ,会导致谐 波放大 。根据文献 6 分析 ,在电网有谐波的情况 下 ,对电抗率有以下分析 。
Abstract :Capacito r banks wit h vario us reactance ratio have different f unctions to harmonic. This paper int ro2 duces t he related p rescriptio ns about t he reactance ratio’s configuratio n of installation of shunt capacito rs , and analyses t he po ssibility of configuring wit h vario us reactance ratio fo r installatio n of shunt capacitors , including t he reactance ratio less t han 4 percent , p ut off t he reacto r , using t he reactor wit h variable parameters and t he co mpounding mode of capacitor banks wit h different reactance ratio . Key words :installation of shunt capacitors ; series reactor ; harmo nic ; reactance ratio
5 采用不同电抗率的电容器组组合
用 12 %、4. 5 %两种电抗率的电容器组可以 抑制 3 次和 5 次两个主要谐波 ,而且比单独采用 12 %电抗率经济 。文献 9 中曾对一具体变电站电 容器采用不同电抗率前后的谐波放大情况进行了 比较 ,采用 4. 5 %和 12 %电抗率的电容器组对 3 、 5 次谐波均不产生放大 ,这种组合对电网中 3 次 和 5 次谐波电压偏高而采用单一电抗率不能解决 问题时有效 ,且可以节省工程投资 ,减少电抗器消 耗的容性无功 。
本文对各种电抗率 k 值及其组合的应用范 围进行分析 ,可供工程优化选择设计参考 。
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2009 年第 2 期
N0 =
m1 / m2 + 1 k2 m1 / m2 + k1
(1)
对 3 、5 次及以上次数谐波 ,如使 N1 < 5 即 k1
> 4 % , N2 < 3 即 k2 > 11. 1 % ,且使 N0 > 3 就可保
证并联电容器组对 3 、5 次及以上谐波呈感性 。
将式 (1) 改为不等式的表达形式 ,有
根据最近的调查可知 : ①在 500 kV 变电站 中 35 kV 电容器组的电抗率有 5 % 、6 % 、12 % 3 种 ,66 kV 电容器组的电抗率只有 6 %这一种 ; ②330 kV 变电站与 500 kV 变电站类似 ; ③220 kV 和 110 kV 变电站中电容器组的电抗率种类 比较 多 , 有 0 . 5 % 、1 % 、4 . 5 % 、5 % 、6 % 、12 % 、 13 %等 多 种[4 ] 。 GB50227 —1995 已 完 成 修 订 , 根据工程实践和专题研究[5] ,不再推荐采用电 抗率为 6 %的电抗器 。
湖南省电力试研所与有关单位协作 ,在长沙 地区 220 kV 天顶变电站[7] ,邵阳地区 220 kV 宝庆变电站进行了大量的试验研究 ,证明改变 电抗率 是 可 行 的 。这 比 更 换 串 联 电 抗 器 投 资 少 ,易实现 ,但调整电抗器抽头改变电抗率必须 进行分析 、测试 ,不得盲目进行 。文献 8 建议标 准的变参数串联电抗器采用电抗率为 1. 5 %、 4 . 5 % 、6 %这 3 个参数 。但这样 做要 增加 工程 投资 。
在同一个变电所里配置不同的电抗率 ,因设 备参数不同 ,要增加电容器备品 ,使电容器的容量 不同 ,分组不同 ,其电抗率的组合方式和操作顺序 也将分别设计 。一般操作顺序应遵循电抗率小的 电容器组先切后投的原则 ,这是推广不同电抗率 电抗器混装方式时遇到的问题 ,不但给安装设计 带来不便 ,也给运行人员带来麻烦 。
1 并联电容器装置电抗率配置现状和相 关规定
并联电容器组加装串联电抗器不仅有抑制高 次谐波的作用 ,同时还可限制合闸涌流 ,可减小电 容器侧的短路容量 (如果电抗器装在电容器的电 源侧) ;改善了断路器的工作条件 ;在电容器发生 短路故障时 ,限制了其他并联电容器组对其放电 的影响 。
国内电网在许多情况下还存在着 3 次谐波 (由电气化铁道 ,电弧炉以及电力变压器等产生 的) ,当用串联使电抗率 k 为 6 %的电抗器 (实际 电抗率为 4 . 5 %～6 %) 的电容器组时 ,由于该电 容器组对 3 次谐波呈容性 ,与系统的感抗并联 有可能严重放大 3 次谐波 ,导致电容器组不能 正常投运 ,这在国内屡有发生 ,已有大量的文献 资料报导[1～3 ] 。美国和欧洲一些发达国家 ,由于 电网谐波水平较低 ,电容器组一般只安装使电 抗率为 01 1 %～2 %的串联电抗器 ,主要用以限
容器混装时的组数匹配问题 。 两种串联电抗率的电容器组并联 。电抗器率
分别为 k1 、k2 ,且分别有 m1 、m2 组 , 每组容抗相等 ( XC1 = XC2 ) 。设电容器组的每组串联谐振点分
别为 N 1 、N2 ,则 N 1 = 1/ k1 , N 2 = 1/ k2 。设 并联谐振点为 N0 ,则
4 采用变参数电抗器的可能性与条件分析
根据计算结果[6] ,采用变参数电抗器的可能
性是存在的 。 对 3 次谐波而言 , k = 4. 5 %、5 %、6 %时均会
出现谐波电流放大 ,但多发生在 s 值较高的区段 , 因此在 s 较低的取值区段采用 k = 4. 5 %、5 %、 6 % ,而在 s 值较高区段采用 k = 0～0. 5 % ,使电 容器组和系统安全运行是可能的 。
制合闸涌流 。 GB 50227 —1995《并 联电容 器装 置设 计规
范》规定仅用于限制合闸涌流的电抗率取 0 . 1 % ～1 % ;当用于抑制谐波 、并联电容器装置接入 电网处的背景谐波为 5 次及以上时 ,电抗率宜 取 4 . 5 %～6 % ;当用于抑制谐波 、并联电容器装 置接入电网处的背景谐波为 3 次及以上时 ,电 抗率宜取 12 % ,亦可采用 4 . 5 %～6 %与 12 %两 种电抗率 。
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供 用 电
第 26 卷第 2 期 2009 年 4 月
并联电容器装置的不同电抗率配置分析
周胜军1 ,林海雪1 ,余文辉2 (1. 中国电力科学研究院 ,北京 100192 ; 2. 广东电网公司茂名供电局 ,广东 茂名 525000)
摘 要 :不同电抗率的电容器组对谐波有不同的作用 。介绍了并联电容器装置电抗率配置的有关规定 ,对并 联电容器装置配置不同电抗率的可能性进行分析 ,具体对电抗率小于 4 %、退出电抗器 、采用变参数电抗器以 及不同电抗率的电容器组组合方式等几种配置进行分析 。 关键词 :并联电容器装置 ;串联电抗器 ;谐波 ;电抗率 中图分类号 : TM531. 4 文献标识码 : B 文章编号 :1006 - 6357 (2009) 02 - 4
N0 增大时 , m2 增大 , 从经济考
虑 , m2 应尽量小 ,一般可取 N0 = 3 。
令式 (4) 中 m2
m1 + m2
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2009 年第 2 期
5. 1 不同电抗率的组合方式选择 下面讨论串联不同电抗率的电抗器的并联电