摘要：为查找配电网无功补偿电容器的损坏原因，在对电容器补偿系统充分调研的基础上，建立了用于仿真计算的等值模型，并研究合闸操作无功补偿电容器组产生的过电流、过电压及其影响因素，研究串联电抗对过电压、过电流以及系统谐波放大的影响、系统谐波对无功补偿电容器组的影响，提出能限制无功补偿电容器组产生过电压与过电流的措施。
关键词：配电网；无功补偿；电容器损坏；抑制措施
前言
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于负荷的不断增加，以及电源的大幅增加，不但改变了电力系统的网络结构，也改变了系统的电源分布，造成系统的无功分布不尽合理，因此，无功补偿已经成为供电企业和电力客户共同关心的课题。
1 无功补偿概述
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率[1]。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少、收效快的降损节能措施。电力系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。这在与用户直接相关的配电网中显得同样的重要。若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日俱增。此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。
2 配电线路无功补偿的注意事项及设计原则
2.1 配电线路无功补偿的注意事项
（1）当线路分散补偿电容器组与配电变压器同台架调时，极易发生铁磁谐振，从而导致过电压及过电流的产生，导致电容器和变电压受到不同程度的损坏，所以电容器组在架设时要与配电变压器分开，同时也不能使用同一组熔断器。（2）电容器容抗和系统感抗如果相互匹配的情况下则会形成谐振，从而导致高次谐波电流的产生，为了避免这一情况发生，则需要在无功补偿的电容器回路上装上串联电抗器或阻尼式限流器，同时要保证参数的适宜，这样可以有效的抑制高次谐波的作用。（3）线路分散补偿电容器组容量在150kvar及以下时，可采用跌落式熔断器作控制和保护，其熔断器的额定电流按电容器组额定电流的1.43～1.55倍选取；150kvar以上时应采用柱上断路器或负荷开关自动控制。（4）无功补偿装置应采用自动投切装置，防止过补偿和电压升高损坏电容器及其他设备。（5）在进行补偿电容器组接地安装时，不能让中性占直接接地，从而避免线路相间短路问题的发生。
2.2 要做好配电线路无功补偿工程设计和运行管理
遵照无功电力分层分区就地平衡原则，在10kv配电线路上宜配置高压并联电容器装置，或者在配电变压器低压侧配置低压并联电容器装置。
进行并联电容器装置的选择时，需要考虑到其容量的问题，以接近于线路配电变压器总容量的一增为宜，不能过大。如果容量过大，则当线路处于最小负荷时，其会进行倒送无功，在这种情况下，则要进行自动投切装置的安装。
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3无功补偿电容器组操作过电压与过电流的仿真计算
（1）单组电容器组补偿容量为3000～12000kvar，为了限制电容器组合闸涌流，各电容器组串联了限流电抗器。（2）合闸操作无功补偿电容器组产生过电流、过电压的分析。仿真计算的结果表明：①当合闸相角为90°时，流过电容器的合闸涌流及过电压最大；当合闸相角为0°时，流过电容器的合闸涌流及过电压也最小；②合闸过程在电容器上产生的最大过电压随串联电抗器的电抗值增加而增大；③对于串联有一定比例的电抗的电容器组而言，合闸涌流随电容器容量的增大而增加，基本呈线性关系增长；④对于追加投的电容器组的情况，由于有串联电抗器的限流作用，不会产生过大的涌流，其最大值与单组电容器组投入时略有增大。追加投入的电容器组将影响正常工作的电容器组，使其出现暂态振荡电流。
4 限制无功补偿电容器组过电压与过电流的新方法
4.1 降低断路器断口恢复电压对限流电抗器的配置要求
分闸操作无功补偿电容器组时，当断路器断口恢复电压大于断路器介质恢复强度时，就会发生断路器重燃[2]。因此，降低断路器恢复电压，可以减少断路器发生重燃的概率。断路器恢复电压最大值，由断路器开断后电容器组的电压和电源电压幅值决定。若断路器在电弧过零时开断，则电容器组电压为其稳态运行电压的幅值，该值随串联电抗器的电抗值增加而增大。为了降低断路器恢复电压应降低电容器组电压，这就要求串联电抗器取小电抗值。
4.2 新型可调制串联电抗器
目前，无功补偿电容器组主要采用固定电抗值的电抗器，但这不能同时满足以上各种情况对电抗器的要求。例如：串联12%电抗器虽然能抑制谐波电流放大，但会引起电容器组投入时出现较高极间过电压，提高电容器组稳态运行电压，降低无功补偿效果，并使分闸操作电容器组时，断路器的恢复电压升高，增大发生重燃过电压的概率；若串联较小电抗值的电抗器，虽可以避免上述问题的发生，但不能较好的限制合闸涌流，而且可能引起谐波电流放大。如果采用可调电抗器，根据不同情况调节限流电抗器的电抗值，就能满足不同情况下保证电容器安全运行的要求，既能限制合闸涌流，又能抑制谐波放大，亦可减少断路器发生重燃的概率，减小电容器组的工作电压，降低过电压。
4.3 限制合闸涌流对限流电抗器的配置要求
为了限制电容器合闸涌流，现场目前主要采用串联限流电抗器[3]。从仿真计算结果可知，合闸涌流随串联电抗器的电抗值增加而减小。无电抗器时，涌流为电容器组额定电流的10多倍，串联3%～9%电抗器时可以将合闸涌流限制到额定电流5倍左右；串联12%以上电抗器时，合闸涌流的大小与串联9%电抗器时的涌流大小相差不多，其限制涌流的效果并未随电抗器电抗值的增加而提高，而呈现饱和效应。串联电抗器的电抗值越大，合闸操作电容器组时的过电压越高，稳态运行的电压也将升高，这将加速电容器组的绝缘老化，缩短使用寿命。而且串联电抗器电抗值越大，补偿电容器组实际提供的补偿容量减小，使电容器组无功补偿效率降低。从降低合闸涌流的角度看，限流电抗器的电抗值应取较大值；从降低合闸过电压的角度看，限流电抗器电抗值应取较小值，综合考虑限制合闸涌流及过电压的要求，取5%～7%电感较为合适，系统中主要采用6%电抗器，可以将合闸涌流限制到电容器组安全运行的范围内。
总结
本文在分析电网无功负荷的基础上，对配电网的各种无功补偿方式及其特点进行了系统的讨论，并阐述了无功优化的数学模型和求解方法。总的来说，配电网的无功补偿是一项比较复杂的系统工程，为了达到满意的效果，应当针对具体问题进行分析，综合采用多种无功补偿方式，同时建立相应的数学模型并求解，从而确定出最佳的补偿位置和补偿容量。
参考文献：
[1]李朝顺.配电网沿线路分散无功补偿的实例分析与计算[J].电力勘测设计.2012（04）
[2]孟苹苹，王洪诚，赵波，应凯.并网变流器三相谐波检测方法的研究[J].中国测试.2012（03）
[3]孙娟，罗安，帅智康，张久林.一种35kV大容量无功补偿与谐波抑制综合系统[J].电工电能新技术.2012（02）
论文作者:许化冰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/30
标签：电容器论文; 过电压论文; 电抗论文; 电压论文; 断路器论文; 电抗器论文; 流电论文; 《电力设备》2017年第25期论文;