10KV投切并联电容器组的过电压分析与抑制

10KV投切并联电容器组的过电压分析与抑制

【摘要】随着经济社会的发展，大量的并联电容器组在配电网被用来提高电能质量，这些并联电容器组通常要求频繁操作，承受着各种过电压。本文针对10KV投切并联电容器组产生的过电压，提出了应用阻尼装置来进行限制的措施，并得出了相应结论。

【关键词】电容器；并联；阻尼装置

1 概述

投切并联无功补偿装置时产生的过电压主要有两种：一种是合闸时产生的过电压；另一种是切除时，由于开关发生重燃产生的过电压。第二种过电压对并联无功补偿装置的危害更为严重。操作过电压成为电容器运行中的一个危险因素，对并联电容器组操作过电压的抑制，是并联电容器组运行的一个重要课题。

本文以某10kV 系统真空开关投切并联电容器组为例，对可能产生的操作过电压进行分析研究。对投切并联电容器组产生的操作过电压利用阻尼装置进行限制，对阻尼限流器的参数进行了选取。

2 阻尼装置及其参数选取

如图1所示，用于并联电容器的过电压阻尼装置由火花间隙G 与阻尼电阻R 串联组成，该装置并联在并联电容器C 的串联电抗器L 两端。

阻尼装置中的阻尼电阻，在过电压发生时接入电路，对过电压和过电流产生阻尼作用，抑制过电压和过电流的发展。当阻尼电阻过大时，它流过的电流很小，对回路的影响也很小，相当于未接入阻尼电阻，不能产生阻尼作用；当阻尼电阻过小时，又相当于将电感短路，也不能起到阻尼作用。

因此，在一定的回路条件下，必定有一个最佳电阻值，在此阻值下可将电容器组的过电压或过电流降到可能的最低值，确保系统的稳定正常运行阻尼电阻阻值的选取对过电压、过电流的抑制及阻尼装置都是相当重要的。

本文借鉴上述方法，将图1中的过电压阻尼装置用于某10kV 变电站电容器组中，用以限制操作过电压和合闸涌流，利用EMTP对间隙、阻尼电阻等参数的选取进行了研究，确定了最佳的阻尼电阻值和串联间隙的动作电压，使用最佳的保护参数进行加装与不加装保护装置时过电压的对比计算及现场对比测量。

3 系统接线及相关参数

某变电站10kV并联补偿电容器的接线如图2所示。

真空开关采用ZN63A（VSI），合闸不同期性为2m s；电缆型号Y JV22- 8.7/15-3 *240，长度为40m；避雷器型号为Y5WR-17/45；空心串联电抗器型号为CKGKL-60/10-6；集合式并联电容器型号为电容器型号为电容器型号为BAMH11-1500-3W。

4 操作过电压

主要考虑两种操作过电压，包括合闸时的涌流和过电压；分闸时的两相重燃过电压。

合闸涌流的理论计算如下式所示。

幅值=（1+）；

频率=f

式中为电容器额定电流；XC 为电容器组的容抗；为回路中总的感抗；f 为50Hz。

系统合闸涌流的理论分析结果：

幅值=1024.7A；频率=180.2Hz。

图3所示为张滩变电站大方式下运行时非同期合闸，电抗器支路的电压频数直方图。从图中可以看出90% 的电抗器支路电压在4000V 以上，张滩变电站小方式以及江北、汉阴变电站的合闸过程中也均有90% 以上的电抗器支路电压在4000V 以上。同时，分闸过程中发生重

燃时，重燃过电压的数值远大于合闸过电压。因此，选择4000V 作为阻尼电阻间隙击穿电压。

其中N为电压出现频数；U为电抗器支路电压。

为了考察阻尼电阻对合闸、单相重燃时过电压和电流的影响，进行了EMTP 仿真。下面为张滩变电站在采用阻尼装置后，非同期2% 合闸过电压，1pu= 8.57kV。

不妨取间隙动作电压取4000V。选取阻尼电阻值分别为R0 的1/3、1/2、2/3、1倍、1.5倍、2倍作为研究对象，不同阻尼电阻阻值对电容器支路过电压的影响如图4所示

不同阻尼电阻阻值对电容器支路电流的影响如图5所示。

电磁暂态程序的合闸过电压和分闸重燃过电压仿真结果显示，在阻尼电阻

等于R0的1/2时，电抗器支路电压、电容器支路电压、母线电压、中性点电压等最小；随着阻尼电阻增加，电容器电流、阻尼电阻电流变小，电流有一最小值，达到最小值后，随着阻尼电阻增加，电容器电流、阻尼电阻电流又增大。可见，对于具体的并联电容器组，阻尼电阻的选取需要具体分析，综合考虑限制过电压、过电流以及阻尼电阻在暂态过程中吸收的能量来加以选择。

5 结论

（1）计算与试验结果表明，断路器合闸时，过电压保护装置消耗了电磁振荡能量，明显加速了涌流的衰减速度。当开关发生重燃时，采用过电压保护装置后，过电压倍数大为降低。

（2）现有避雷器的位置对并联电容器操作过电压和合闸涌流的影响很小。在正常合分闸过程中，避雷器几乎不动作，难以起到限制操作过电压的作用。当发生开关重燃时避雷器可以用来限制操作过电压。

（3）计算表明，选用合适的过电压保护装置参数后，可以有效地限制并联电容器操作过电压和降低合闸涌流，有利于并联电容器的安全运行。