关于如何选择并联电容器组电抗率

关于如何选择并联电容器组的电抗率的探讨摘要：本文主要探讨并联电容器组中的串联电抗器具有限制涌流的作用，同时也有抑制谐波的功能，但并联电容器不能随意与电抗器串联，只有电抗率配置合理，才能避免并联谐振，控制系统谐波电流的放大。

关键词：并联电容器组；串联电抗器；电抗率；谐波

0前言

目前，随着电力电子技术的广泛应用与发展，电力系统中的非线性负载大量增加，由于它们多以开关方式工作，会很容易引起电网内电流、电压的波形发生畸变，从而引起电网谐波“污染”；另外，随着各级各类用户的不断增加，为了提高电压质量，减少无功损耗，提高电网的安全、经济运行，从而需要增加大量的无功电源来提高电网的功率因数，因此，通过加装并联电容器组来进行无功补偿，这是最为经济和有效的措施。

由于电容器组是容性负荷，其很容易与系统中的感性负荷形成一个振荡回路，从而在电容器组投入时会产生一个高倍的合闸涌流，对电容器组造成很大的冲击；另外，由于电容器组的容抗与频率成反比，其谐波容抗和系统的谐波感抗配合，将造成并联谐振和谐波成倍放大，从而严重损坏电网中的电气设备，破坏电网的正常运行。因此，在并联电容器组的设计中应考虑限制涌流和抑制谐波的问题，而合理地配置串联电抗器就能较好地解决这些问题。

1 限制涌流

电网是一个很复杂的系统，其由很多设备元件组成，但我们可以通过等效电路的方法，将其简化为如下图的回路。

图1 并联电容器组与串联电抗回路图

如图1所示，ls可忽略不计，ls、l分别为系统的感抗和串联电抗器的电抗。

1.1 根据国标gb/11024.1-2001“附录d”中的规定，电容器合闸涌流的计算方法为：

is=in√(2s/q)

式中：is---电容器组涌流的峰值，单位（a）

in---电容器组的额定电流（方均根值，a）

s----电容器安装处短路容量，单位（mva）

q----电容器组的容量，单位（mvar）

将电容器组中已投入运行的电容器并联：

is=(u√z)/( √xc*xl)

其中xc=3u2(1/q1+q2)*10-6

按上面的计算办法是在没有串联电抗器的情况下，如补偿装置的接入处短路容量很大，而电容器组的容量很小，那么电容器的合闸涌流可达几十倍的额定电流都有可能的。

1.2 限制合闸涌流电抗率的计算：

根据电容器装置的设计标准要求，电容器组的合闸涌流必须限制在额定电流的20倍以内。根据资料在工程上这样计算的：λ=1+√（xc/xl）

式中：λ---合闸涌流的倍数

xc ---合闸回路中容抗

xl ---合闸回路中感抗

从式中可以看出λ≤20就可满足要求。那么电抗率k= xl /xc 将k代入上式得：λ=1+√（xc/xl），设λ≤20，即得k≥0.3% 由此可见，并联补偿电容器组中串联一定电抗值的电抗器，就可以把涌流限制在一定的倍数内，而且只要串联较小的电抗值的电抗器，补偿支路的合闸涌流就已经有限了。

2 抑制谐波

在并联电容器组接入谐波“污染”的系统前，如果不采取必要的措施，并联电容器组的容性负荷性质，就会很容易与系统中的感性负荷形成振荡回路，将电网的谐波放大。谐波电流叠加在电容器组的基波电流上，使电容器组的运行电流有效值增大，温度升高，甚至引起过热而降低电容器组的使用寿命或使电容器损坏。叠加在电容器组基波电压上的谐波电压，不仅使电容器组运行电压的有效值增大，而且可能使峰值电压增大很多，导致电容器组在运行中发生局部放电而不能熄灭，造成电容器组的损坏。解决这一问题的有效措施是在并联电容器组回路中串联电抗器。但是串联的电抗器绝不能与电容器组随意组合，更不能不考虑系统的谐波。

因此，在探讨谐波与电容器的相互影响时，要认识谐波对电容器组、电抗器的影响及电容器组、电抗器承受谐波的能力；更重要的，是要认识电容器组对谐波电流的放大作用。合理地配置电容器

组和电抗器，才能避免谐振，控制其谐波电流放大。

图2 串联电抗器计算电路图

如图2所示。in为谐波源电流，相对于n次谐波，系统感抗、电抗器感抗、电容器组容抗分别为nxs、nxl、xc/n,由此可得：isn=in(nxl-xc/n)/(nxs+nxl-xc/n) (1)

icn=in*nxs/(nxs+nxl-xc/n) (2)

由公式（1）、（2）可知：

a：当nxl-xc/n=0时，即nxl=xc/n，电容器组支路的阻抗为0时，电容器组支路发生串联谐振，其支路为滤波回路。

b：当nxl-xc/n＞0时，即nxl＞xc/n，电容器组支路呈现感性时，不会和系统的感性负荷产生谐振而造成谐波放大。

c：当nxl-xc/n<0时，即nxl

当电容器组电抗率a= xl / xc *100%, nxl-xc/n=0时，n=√

xc/xl=1/√a得出a=1/n2

对于电容器在支路而言，要抑制n次谐波，其支路的电抗率需满足条件：a＞1/n2，因此，在变电站设计中，为抑制3次谐波，我们通常串联a=12%的电抗器，为抑制5次谐波，我们通常串联a=6%的电抗器。

2.1以下数据为某变电站35kv系统并联电容器组在投运前后，

对系统的谐波变化情况的测试，其中1号电容器组串联a=12%的电抗器，2号电容器组串联a=6%的电抗器。

谐波次数 3 5 7 11 13 总畸变率（%）

未投电容器组前 a 0.63 0.37 0.56 0.05 0.15 0.94

b 0.77 0.27 0.51 0.07 0.12 0.98

c 0.53 0.36 0.56 0.06 0.12 0.86

投1号电容器组 a 0.22 0.58 0.36 0.04 0.12 0.73

b 0.21 0.38 0.36 0.04 0.10 0.59

c 0.16 0.60 0.41 0.04 0.11 0.75

投2号电容器组 a 2.47 0.09 0.25 0.04 0.06 2.49

b 3.03 0.15 0.24 0.05 0.06 3.05

c 2.75 0.12 0.29 0.04 0.06 2.83

上表中的测试结果表明，当电抗率a=12%的电容器组投入运行时，系统的3次谐波明显减少；当电抗率a=6%的电容器组投入运行时，系统的5次谐波明显减少，但是引起了3次谐波的放大，从而导致系统的电压总畸变率变大。因此，在安装电容器组前，应先对系统谐波进行测试，然后对主要“污染”谐波有针对性地进行串联电抗器的配置。

在变电站进行投切并联电容器组时，考虑抑制高次谐波原因，在允许的情况下应优先投入串抗电抗值大的电容器组（a=12%），退出时相反。

2.2 500kvxx变电站的35kv并联电容器组电抗率的配置情况：