并联电容器装置的不同电抗率配置分析.pdf

1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/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

2、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)02-4Analysis of the Various Reactance Ratios Configuration of Installation of Shunt CapacitorsZ HOU Shengjun1,L IN Haixue1,Yu Wenhui2(1.China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,Beijing China;2.Maoming Power Suppl

3、y of Guangdong Power Grid Company,Maoming 525000,Guangdong China)Abstract:Capacitor banks with various reactance ratio have different functions to harmonic.This paper intro2duces the related prescriptions about the reactance ratios configuration of installation of shunt capacitors,andanalyses the po

4、ssibility of configuring with various reactance ratio for installation of shunt capacitors,includingthe reactance ratio less than 4 percent,put off the reactor,using the reactor with variable parameters and thecompounding mode of capacitor banks with different reactance ratio.Key words:installation

5、of shunt capacitors;series reactor;harmonic;reactance ratio1 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

6、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13。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011%2%的串联电抗器,主要用以限制合闸涌流。GB 502271995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。根据最近的调查可知:在500 kV变电站中35 kV电容器组的电抗率有5%、6%、12%3

7、种,66 kV电容器组的电抗率只有6%这一种;330 kV变电站与500 kV变电站类似;220kV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。GB502271995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。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。61 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/2009年第2期供 用 电2 电网有谐

8、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。1)对3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

9、5次谐波放大较严重的危险区段,才能采用k 4%时,不会出现谐波电流放大的情况;而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:电容器组实际投入组数发生变化(安装容量变化);谐波源变化;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。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

10、加工程投资。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。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

11、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。71 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/供 用 电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N1、N2,则N1=1/k1,N2=1/k2。设并联谐振点为N0,则

12、N0=m1/m2+1k2m1/m2+k1(1)对3、5次及以上次数谐波,如使N1 4%,N2 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N0k1,要使N0表达式有意义,须有(N20k0-1)0。当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m2m1+m2=mp,对于N0=3,取k1,k2不同值组合时,可得的mp值如表1所示。表1 两种电抗率不同组合的mp值k1k2mp0.0450.1200.1190.0500.1200.1270.0600.1200.1480.0450.1300.2220.0500

13、.1300.2360.0600.1300.270 在不引起3、5次谐波放大的条件下,从表1可以查得电抗率较大(k2=12%、13%)的电容器组数占总组数的最小比例mp,这个结论的前提条件是各电容器组有相同的基波容抗值。工程上往往习惯于用容量比值作估计。令电抗率为k1的m1组电容器安装容量为QC1:QC1=U2C1XC1=U2N(1-k1)2XC1=m1U2N(1-k1)2XC(5)同理QC2=m2U2N(1-k2)2XC(6)则QC2QC1=m2(1-k1)2m1(1-k2)2(N20k2-1)(1-k1)2(1-k1N20)(1-k2)2(7)由式(7)可得电抗率较大(k2=12%、13%)

14、的电容器组容量占总容量最小比例P的计算式:P=QC2QC1+QC2=(N20k2-1)(1-k1)2(1-k1N20)(1-k2)2+(N20k2-1)(1-k1)2(8)对于N0=3,取k1、k2不同值组合时,由式(8)求得的P值如表2所示。表2 两种电抗率不同组合的P值k1k2P0.0450.1200.1370.0500.1200.1450.0600.1200.1660.0450.1300.2560.0500.1300.2690.0600.1300.301 文献1还根据不同谐波情况推荐了8种不同电抗率组合方式(包括和滤波器的组合),如表3所示,表中电抗率的顺序也代表其串接的电容器组容量大小

15、顺序。表3 采用不同电抗率组合方式抑制谐波方案谐波情况 方案号组合方式抑制效果应用情况3、5次谐波均较大1(4.5%6%)+(12%13%)可抑制3次及以上谐波已应用2(4.5%6%)+3次滤波器可抑制3次及以上谐波未应用30.5%+3、5次滤波器可抑制3、5次谐波未应用40.5%+(12%13%)+5次滤波器可抑制3、5次谐波未应用3次谐波较大、5次及以上谐波较小50.5%+(12%13%)可抑制3次谐波未应用6(0.1%0.5%)+3次滤波器可抑制3次谐波已应用5次谐波较大、3次谐波较小70.5%+(4.5%6%)可抑制5次谐波未应用80.5%+5次滤波器可抑制5次谐波未应用81 1994

16、-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/2009年第2期供 用 电5.2 应用效果分析在系统3、5次谐波电压含量均较大的情况下,华北电力设计院对330500 kV变电所的并联电容器组采取表3中第14号方案,以及全部串接13%电抗率等5种方式进行经济比较,以“0.5%+3、5次滤波器”方案为最经济,以“全部13%”方案为最不经济。华北500 kV房山变电所的35 kV、180 Mvar电容装置采用1号方案(具体为55%+312%)后,取得抑制谐波的良好效果,表4列出了该变

17、电所电容装置投入前后的谐波实测数据。河南220 kV信阳变电所等的10 kV电容装置采用6号方案(0.1%+3次滤波)后也取得较好效果。由于滤波器一般只涉及谐波较严重(超标)场合下使用,其设备的标准化和使用上与普通并联电容器组有差别,本文不作进一步讨论。以下推荐工程上最多使用两种电抗率的电容器的组合。表4 房山变电所35 kV母线电压谐波含量实测序号电容器组投入方式3次谐波含量/%5次谐波含量/%7次谐波含量/%总畸变率/%1电容器组未投1.110.170.141.132112%0.830.180.190.873112%+15%0.910.130.140.944112%+25%0.970.13

18、0.110.995212%+25%0.730.120.150.716212%+35%0.740.070.100.767312%+35%0.610.090.090.638312%+45%0.650.060.110.679312%+55%0.730.070.100.756 结语1)采用两种不同电抗率的电容器组通常可抑制两个以上的主要谐波,且可节省工程投资,减少电抗器消耗的容性无功,为防止发生并联谐振,应用时需考虑不同电抗率的电容器组数或容量的匹配,但采用两种电抗率会引起运行操作不便。这种方法在抑制3次谐波放大上宜采用。2)为适应电容器实际投运组数发生变化、谐波源变化或电网短路容量改变时,采用变参数

19、电抗器相应地对电抗率作调节,以避开危险、保证安全运行是可能的,但要增加相应的投资。这种方法可以参与技术经济比较,择优选用,但不推荐作为普遍推行的方法。3)电抗率为零即退出电抗器运行时对3次谐波不会产生明显放大,但对5、7、11次谐波均可能出现谐波电流严重放大。考虑到实际电网中一般5次谐波含量大于7、11次,可以认为电抗器退出运行时危险主要在于对5次谐波的放大。由于退出电抗器造成电容器组的合闸冲击涌流加大,频率增高,危及其安全,一般不予推荐。4)当电网背景谐波较大时,可以考虑并联电容器组和滤波器混装的方式;当电网线路对地电容较大(例如110 kV长线,220 kV及以上电压等级线路),或附近有其

20、他较大的并联电容器组时,在分析电网中存在的较大且频次较高(h13)的谐波时,电网的等值谐波阻抗不能用hXS近似表达,此时应通过专门的谐波潮流计算程序来分析、校验并联电容器的分组和电抗率的选择。参考文献1 杨昌兴.并联电容器装置的谐波响应及其抑制对策(一)J.浙江电力,1994,(1):22230.2 杨昌兴.并联电容器装置的谐波响应及其抑制对策(二)J.浙江电力,1994,(2):27232.3 李向荣,何南强.河南电网220 kV变电站并联电容器组接线方式的试验研究J.河南电力,1991,(2):7225.4 张化良,胡 晓,钟 山.关于并联电容器装置设计若干问题J.电力设备,2007,8(

21、10):53256.5 周胜军,林海雪.并联电容器装置的谐波响应与抑制对策研究R.北京:中国电力科学研究院,2001.6 周胜军,林海雪.并联电容器装置的谐波简化分析与计算J.供用电,2009,26(1):429.7 蒋 冬,唐寅生.天顶变电站电容器三次谐波放大的治理J.湖南电力技术,1994,14(6).8 唐寅生,顾振琴.电容器组变参数串联电抗器的运用J.江苏电机工程,1993,12(2).9 卢本平.不同电抗率下电容器组对谐波的影响J.河北电力技术,1992(6).收稿日期:2008年12月周胜军 高级工程师,长期从事电能质量和动态无功补偿等方面的研究和应用工作林海雪 教授级高工,全国电压电流等级和频率标准化技术委员会顾问,从事电能质量标准及补偿措施的研究、开发和工程应用91