1 引言
1994年9月2日杨柳变220 kV变电站10 kV C1，C2，C3，C4电容器组投运后，该站10 kV Ⅱ段母线电压发生畸变，致使杨柳变电站1号、2号主变压器经常发出10 kV侧负序闭锁信号，并曾引起4组电容器过流保护同时跳闸(过流定值为1.5倍额定电流)，每组电容器实际运行电流达366 A左右，约比额定电流315 A增大51 A。因此，4组电容器仅能投人2组，即每段母线仅能投运1组电容器。为了查清原因，我们于1994年9月23日对该站10 kV母线进行谐 波测量，测量结果见表1、表2。从表中结果看出，电容器3次谐波电流异常偏大，这就是杨柳变电站10 kV母线电压畸变的主要原因。
表1 杨柳变电站母线电压谐波测量结果
| 方式 | 母线 | 相别 | 基波电压 /kV |
谐波电压含有率 及总畸变率/% | ||
| 3次 | 5次 | 总畸变率 | ||||
| 不 投 入 电 容 器 |
Ⅰ段 | A | 5.6 | 0.9 | 0.8 | 1.3 |
| B | 5.8 | 0.3 | 0.3 | 0.7 | ||
| C | 5.8 | 0.3 | 0.3 | 0.7 | ||
| Ⅱ段 | A | 5.6 | 1.3 | 0.9 | 1.6 | |
| B | 5.8 | 0.9 | 0.6 | 1.2 | ||
| C | 5.8 | 0.5 | 0.6 | 0.8 | ||
| 投 入 4 组 电 容 器 |
Ⅰ段 | A | 5.9 | 4.6 | 0.2 | 4.6 |
| B | 6.0 | 3.6 | 0.2 | 3.6 | ||
| C | 6.1 | 2.0 | 0.1 | 2.0 | ||
| Ⅱ段 | A | 6.0 | 7.2 | 0.3 | 7.2 | |
| B | 6.1 | 8.5 | 0.2 | 8.5 | ||
| C | 6.1 | 1.9 | 0.2 | 1.9 | ||
| 表2 杨柳变4组电容器投入后谐波电流测量结果 |
| 电容器 | 相别 | 基波电流 /A |
谐波电流含有率 及总畸变率/% | ||
| 3次 | 5次 | 总畸变率 | |||
| Ⅰ段 | A | 341.4 | 42.5 | 2.0 | 43.8 |
| B | 342.7 | 22.3 | 1.3 | 22.4 | |
| C | 342.2 | 12.1 | 1.5 | 12.3 | |
| Ⅱ段 | A | 348.9 | 43.9 | 3.0 | 44.0 |
| B | 337.3 | 53.5 | 1.3 | 53.3 | |
| C | 349.0 | 11.5 | 2.4 | 11.8 | |
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2 电容器组谐波放大原因分析 在电力网内，对于任何一个用电设备而言，可以近似地把电力网看成一个理想电压源，同时可以把用电设备变成等效电路。图1为柳杨变10 kV Ⅰ段母线结线方式简图(Ⅱ段结线方式与Ⅰ段相同)。有关设备参数见下。 |
图1 杨柳变电站10 kV I段母线结线方式
空芯干式限流电抗器：IN=1 000 A；实测电抗X′L=0.367 Ω。
油浸式半串联电抗器：额定电流IN=315 A；额定电抗XL=1.24 Ω。
电力电容器：额定电流IN=315 A；实测容抗Xc=19.8 Ω。
我们把杨柳变电站10 kV Ⅰ段母线电容器和电抗器电路化成等效电路，见图2所示，其中空心限流电抗器可看成是由电阻R′L和电感X′L串联而成；油浸串联电抗器可看成是由电阻RL和电感XL串联组成；“n”表示n次谐波。
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图2 电容器和电抗器串联的等效电路 根据电路原理，将图2简化成图3，由等值电路得： XLn=nX′L+nXL/2 (1) Xcn=Xc/2n (2) 式中 XLn——回路等效感抗； |
图3 简化的电容器和电抗器串联等效电路
将杨柳变电站10 kV母线有关参数代入(1)、(2)式得各次谐波的等效电抗和等效容抗值，见表3。[FS:Page]
表3 回路等效容抗、感抗 Ω
| 谐波 次数 |
回路等 效容抗 |
回路等 效感抗 |
| 1 | 9.90 | 0.98 |
| 3 | 3.30 | 2.96 |
| 5 | 1.98 | 4.94 |
| 7 | 1.41 | 6.91 |
该站电容器对3次谐波电流明显放大的原因是：电容器回路3次谐波感抗值与容抗值接近，构成串联谐振，故只要改变回路参数，使谐振点偏移，就能抑制谐波的放大。经过计算、分析、比较，我们决定取消C1或C2(C3或C4)的串联电抗器，以达到抑制该站谐波放大的目的。图4为改变参数后的电路简图，表4为各支路的谐波阻抗值。
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图4 改变参数后的电路简图
表4 n次谐波等效阻抗 Ω |
| 谐波 次数 |
限流电 抗器 |
C1 支路 |
C3 支路 |
C1与 C3并联 |
| 1 | 0.37 | 19.80 | 18.56 | 9.58 |
| 3 | 1.11 | 3.60 | 2.88 | 2.01 |
| 5 | 1.85 | 3.90 | -2.30 | -5.15 |
表4计算结果表明：取消C1电抗器后，单投C1或C3，或者C1，C3同时投入，电路参数偏离3次、5次谐波的谐振点，避免了3次、5次谐波的放大。为此我们作了短接该站C1电抗器的现场试验，其试验结果如表5、表6。因其它高次谐波含量比3次谐波小得多，故未列出。
表5 C1电抗器短接前后谐波电压比较
| 相别 | 未短接电抗器 | 短接电抗器 | ||
| 基波电 压/kV |
3次谐波所 占比例/% |
基波电压 /kV |
3次谐波 所占比例/% | |
| A | 6.3 | 6.0 | 6.2 | 2.0 |
| B | 6.3 | 4.2 | 6.2 | 2.1 |
| C | 6.3 | 1.9 | 6.2 | 0.9 |
表6 C1电抗器短接前后谐波电流比较
| 相别 | 未短接电抗器 | 短接电抗器 | ||
| 基波电 流/A |
3次谐波所 占比例/% |
基波电 流/A |
3次谐波 所占比例/% | |
| A | 343 | 43.3 | 312 | 10.3 |
| C | 342 | 12.7 | 310 | 2.5 |
