唐山八里庄变电站电容器组运行分析

作者：王淑慧　来源：不详　时间：06-06-16　加入收藏

摘　要　通过对唐山八里庄变电站电容器组在运行中过电压保护频繁动作进行分析，提出设计时电容器与串联电抗器参数不匹配，是造成电容器不能正常投运的原因，为此按要求更换了串联电抗器，确保电容器组运行良好。
关键词　电容器组　运行分析　电容器与串联电抗器匹配

1　问题的提出
唐山110kV八里庄变电站于1994年3月18日投运，110kV接有一台31500kVA变压器，10kV单母线运行，接有一组5000kvar容量的电容器组。电容器组投运后，过电压保持经常动作，仅1995年7月至9月，电容器组因过电压保护动作掉闸6次。
在此期间，运行单位检查了电容器组的一、二次设备，电容器亦返厂检查，均未发现问题。为此，从设计及串联电抗器(以下简称串抗)参数等方面进行了分析计算，从而对串抗重新进行了合理的选择。
2　分析计算
2.1　电容器组接线与参数
电容器组的接线如图1所示；
电容器型号为BFF11/-5000-1×3W;
串抗型号为CKSQ-600/10.5，容量600kvar，电流275A，电抗率12%；
电容器组过压保护定值为110V、0.5s；
保护用电压取自放电线圈二次电压，其变比为11/kV/0.1kV。

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图1　电容器接线图

2.2　电容器与串抗设计参数的复核
根据《并联电容器装置设计规范》以下简称《规范》中5.2.2.3条规定：电容器端子运行电压应计入接入串联电抗器引起的电容器运行电压升高，其电压升高值按下式计算：

式中：U_C—电容器端子运行电压(kV);
U_S—并联电容器装置的母线电压(kV);
S—电容器每相的串联段数；
K—串抗的电抗率(%)。
按《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，变电站10kV母线电压合格范围应为(10～10.7)kV，若母线电压以10.5kV计算，该电容器组考虑抑制三次谐波，串抗应选12%的电抗率，得出电容器端子运行电压为11.93kV()，电容器额定电压应选择12/kV的。而该电容器组额定电压设计选为11/kV，那么，串抗的电抗率应选为：
5%(K=()×100%)，而该组串抗是12%的电抗率，从而得出该组电容器与串抗参数不匹配。
2.3　厂家提供的串抗参数复核
(1)由2.1可知电容器组额定电压为11/kV，而串抗厂家计算串抗端电压时，以10.5/kV计算，因而计算出的串抗端电压为727V，而不是762V。

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　　(2)电容器组额定电流为262.4A(I_C=Q_C/U_C=5000/(11/)，因为串抗与电容器串联连接，其额定电流不应小于电容器电流，即262.4A。而厂家提供的串抗额定电流为275A，从而计算出的串抗电抗值为2.644Ω(X′_L=U′_L/I′_L=727/275)，而不是2.904Ω(X_L=U_L/I_C=762/262.4)。
(3)厂家对串抗端电压，额定电流参数不正确的选择，使电抗值由2.904Ω变成了2.644Ω，电抗率由12%偏移到10.9%，接近三次谐波谐振点，造成电容器组因接近谐振的过电流现象。

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表1　按设计串抗参数计算过电压值

[FS:Page]

I_C(A)	U_C(V)	U_L(V)	U_S(kV)	U_CX(kV)	U_dz(V)
262.4	6350	762	9.68	11.00	100
270	6534	784	9.96	11.32	103
280	6776	813	10.33	11.74	107
285	6897	828	10.51	11.95	109
289	6994	839	10.66	12.11	110
290	7018	842	10.70	12.16	111

　　可以看出，电容器线电压为12.11kV时，放电线圈二次电压达到110V，过电压保护动作，电容器掉闸。而此时母线电压为10.66kV，在合格范围(变电站10kV母线电压波动范围10～10.7kV)。这就是说，按设计参数选择串抗，电容器组过电压保护会频繁动作，电容器开关掉闸，不能正常运行。
2.5　选择参数正确的串抗
在选择八里庄变电站电容器组串抗之前，对该处背景谐波进行了测试。测试结果表明，主要是5次及以上谐波。《规范》5.2.2.2条规定，当串抗用于抑制谐波，其并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，宜取4.5%～6%，并计入接入串抗引起的电容器运行电压的升高。根据前面2.2分析，电容器额定电压为11/

kV，其背景谐波为5次及以上，为此串抗的电抗率选5%即可。只有这样选择，串抗才与电容器匹配。计算出的电容器组各处电压见表2。

表2　选择正确串抗时的过电压值

I_C(A)	U_C(V)	U_L(V)	U_S(kV)	U_CX(kV)	U_dz(V)
262.4	6350	318	10.45	11.00	100
270	6534	327	10.75	11.32	103
280	6776	339	11.15	11.74	107
285	6897	345	11.35	11.95	109
289	6994	350	11.51	12.11	110
290	7018	351	11.55	12.16	111

　　由表2可以看出，若串抗的电抗率等于5%，母线电压即使达到11kV，过压保护也不会动作，而只有母线电压达到11.51kV时，放电线圈二次电压达到110V，这时电容器电压达到1.1倍额定电压，过压保护动作，电容器开关掉闸。而正常运行母线电压是控制在10.7kV以内的，电容器组不会因母线电压高而掉闸，从而避免了电容器组的频繁动作。可见，选择正确参数的串抗，才能避免电容器组频繁掉闸，保证电容器组正常运行。
为此，提出让厂家更换串抗的请求，并提供了串抗参数：电抗率5%，额定容量250kvar(三相油浸)，额定电流262.4A，额定电抗值1.21Ω。
在物资部门的协助下，厂家更换了串抗，电容器组于1997年9月17日重新投入，至今运行良好，未出现任何问题。
3　结论
从唐山八里庄变电站电容器组事例，我们得出以下结论：
(1)为保证电容器组正常运行，必须合理选择串抗的电抗率，电抗值、额定电流等参数，从而防止在某次谐波的谐振及过电压保护频繁动作。
(2)充分利用有载调压变压器分接头调节作用，与电容器组配合，保持母线电压在合格范围，不致因母线电压的过高，造成电容器保护动作。
(3)变电站中电容器不超过3组，且背景谐波主要是5次及以上时，可以不考虑抑制3次谐波的12%串抗。
(4)电容器组的正常运行，保证了母线电压及无功潮流合理流动，降低了线损，提高了经济效益。按无功经济当量1∶3计算，从1997年9月17日投入到1998年10月31日，每天按12小时投入，售电均价按0.35元/(kW^.h)计算，唐山供电公司相当于减少损失286万元。

作者单位：唐山供电公司(唐山　063000)

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