电容器保护中电抗器的选择计算

电容器保护中电抗器的选择计算

作者：李辉娄林毅李燕杨涛

来源：《电子技术与软件工程》2015年第07期

摘要为了限制电容器组的合闸涌流、操作过电压和电网中高次谐波对电容器的影响，需要在电容器组一次回路中串联电抗器。根据安装电抗器目的的不同，电抗器的选择方式也不相同，本文根据一起电气改造中的实例对电容器保护中电抗器的选择和计算进行了探讨和分析。

【关键词】电容器保护电抗器谐波合闸涌流

电力电容器是重要的无功功率补偿设备，它在减少能量损耗和压降、改善电能质量和提高设备利用率方面发挥了重要作用。在电力电容器的各项保护中，除了电容器的电压保护和电流保护之外，在电容器组中串联电抗器可以限制电容器组的合闸涌流、操作过电压和电网中高次谐波对电容器的影响。这是保证电力电容器长期稳定运行必不可少的措施。根据安装电抗器目的的不同，电抗器的选择方式也不相同，本文根据一起电气改造中的实例对电容器保护中电抗器的选择和计算进行了探讨和分析。

1 串联电抗器的作用

合闸涌流是电容器或电容器组在投入运行的瞬间，由于暂态过程的特性，将会产生很大的冲击涌流。单独一组电容器的合闸涌流约为额定电流的5～15倍，其频率约为250～4000HZ，同时伴随产生的过电压可达到额定相电压的2～3倍。主机投入电容器组时还将会产生追加合闸涌流。过大电流将会产生很大的机械应力，这对电容器和断路器等可能造成很大破坏，限制合闸涌流的方法主要是安装串联电抗器。

电力系统中有些电气设备是高次谐波源，它将产生高次谐波引起系统电压波形的畸变，从而污染电网。谐波电流，特别是3、5、7等奇次谐波对电容器的危害很大，畸变电流通过电容器会使电压波形畸变程度更加严重，造成恶性循环。同时，电压波形的畸变会使其他电气设备效率降低、绝缘老化、使用寿命减少。为了抑制高次谐波的危害，必须采取装设滤波装置或串联电抗器的措施。

2 串联电抗器的选择

根据安装电抗器目的的不同，电抗器的选择方式也不相同。

一般单纯为限制合闸涌流所安装的串联电抗器，一般选用空心电抗器其电抗值可取为电容器组容抗值的0.1%～2%，；为限制高次谐波的电抗器，一般选用带铁心的电抗器，其电抗值可取为电容器组容抗值的4.5%～6%，这样不仅可以抑制谐波，同时也可以起到限制合闸涌流的作用。

3 实例计算分析

本人在我厂曾参加了一起电气改造，主要工作内容是更换某配电室0.4kV部分电容器与电抗器。在电容器组和电抗器已经到货，厂家没有发送电容器与电抗器的匹配方案情况下，为了确认电容器与电抗器的匹配情况，尽早落实电气设备现场的安装方案，本人查阅了一些资料，计算得出了相关匹配方式，并据此制定了施工方案。最后确认与自己的计算和选择和厂家传真的匹配方案是一致的，以下是部分计算实例。

其中一组电容器数据为：C=42.0µF Q=323kvar U=4215V（单相，三个电容器采用Y型接线）

3.1 按照限制合闸涌流串联电抗器计算：

由公式QC=I2XC=UI=U2/XC推出XC=U2/QC可以计算出电容器的电抗值XC。

式中，U---相电压，QC---每一相电容器提供的无功功率。

限制合闸涌流所安装的串联空心电抗器，其电抗器电抗值为电容器组容抗值的0.1%～2%，由此可以得出电容器组所需串联电抗值XL=（0.1%～2%） XC。

由公式XL=2πfL推出L=XL/2πf可以计算出电容器串联电抗器的电感值范围是（0.24～0.48）mH

3.2 按照限制高次谐波串联电抗器计算：

同4.1中的公式，由公式XC=U2/QC，XL=（4.5%～6%） XC，L=XL/2πf可以计算出电容器串联电抗器的电感值范围是（10.97～14.63）mH

3.3 计算电感值与实际值对比：

将两种计算方式得出的电容器串联电抗器的电感值与电抗器本体铭牌上的电感值对比，我们发现电抗器本体铭牌上的电感值（14.6 mH）符合按照限制高次谐波所安装电抗器的计算方法，其电抗值在电容器组容抗值的4.5%～6%的范围内。

4 结论

将我们的计算结果厂家的匹配方案对比后，我们得知厂家是按照电抗值取为电容器组容抗值的4.5%～6%来计算的，这样不仅可以抑制谐波，同时也可以起到限制合闸涌流的作用。我们在查看电抗器本体时也确认电抗器是有铁心的电抗器，这与限制高次谐波一般选用带铁心的电抗器也是相符合的。

以上就是我厂一起电气改造中电容器与电抗器匹配计算和选择的实例，希望能为其他电容器与电抗器的匹配计算提供一定的参考作用。

参考文献

[1]刘介才.工厂供电（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2000（05）.

[2]进网作业电工培训教材编委会编，进网作业电工培训教材：高压电工篇[M].北京：中国水利水电出版社，2000

[3]GB50050-94.10kV及以下变电所设计规范[Z].中华人民共和国机械工业部，1994.

[4]GB50227-95.并联电容器装置设计规范[Z].中华人民共和国电力工业部，1996.

作者简介

李辉，男，大学本科学历。现为新疆独山子石化公司乙烯厂电气车间电气工程师，主要从事工厂电气设备维护工作

作者单位

新疆独山子石化公司乙烯厂电气车间新疆维吾尔自治区克拉玛依市 833699