电容器组过电压阻尼装置的运行分析

阳 靖， 魏梅芳

（1.国网长沙供电分公司， 湖南 长沙 410002；2.国网湖南省电力有限公司技术技能培训中心， 湖南 长沙 410131）

引言

电容器组作为无功补偿设备被广泛地应用于电网中，用以满足用户对电能质量的要求，保证电力系统的安全经济运行。对电能质量要求越来越高的同时需要根据系统电压和无功功率的变化，对电容器组进行投切。电容电感在电路中起能量存储和转换的作用，当断路器断开或重燃、故障等因素导致运行状态发生变化时，线路中电场能与磁场能相互转化，在能量转化的过渡过程结束之前改变储能元件的工作状态，将可能在元件两端积累大量电荷，产生过电压。接通大容量电容器组时，易在电容器上产生过电压和涌流，断开电容器组时，其两端电压无法突变，电容器存储的电压同电源电压一起加在断路器两端，容易造成断路器重燃，电容器组上将产生更大的过电压。

并联电容器组操作过电压对电力系统安全运行影响很大，过电压不仅影响系统中其他设备的稳定运行，长期过电压会消耗电容器，减少其使用寿命，导致电容器不能正常投入使用，严重过电压将导致电容器极间击穿，短路故障严重时甚至发生爆炸，对保证电能质量和电网的正常稳定运行造成影响，造成经济损失的同时，也会危及电力运行维护人员的人身安全，因此必须采取措施来抑制过电压。

1 电容器组过电压阻尼装置的工作原理

电容器组主要应用在系统母线上，作为系统的无功补偿装置，吸收容性无功功率，提供感性无功功率。由于系统的无功负载经常发生变化，需要补偿的无功功率也会相应变化，投入电容器的容量随之改变，电力系统中有很多电容电感等储能装置。频繁投切电容器组容易形成振荡，造成能量在电容器组两端积累，进而产生过电压。电容器组过电压阻尼装置主要应用在三相运行的并联电容器组上，对于三相对称的系统，各相运行状态可以等效为三个单相运行，现在以单相为例说明电容器组过电压阻尼装置的原理和抑制过电压效果。

电压阻尼装置实质上是由阻尼电阻与真空间隙组成，图1所示为过电压阻尼装置结构原理图。

图1 过电压阻尼装置原理图

其中：Ls为电源短路电感，CB为断路器，L为串联电抗器，起滤波和无功补偿及避免并联谐振的作用，C为并联电容器组。阻尼电阻R与真空间隙G串联后并联在串联电抗器两端，投切电容器组时如果电容器组两端电压过高，串联电抗器两端电压也相应变大，此时L两端电压加在阻尼电阻及真空间隙两端，当该电压达到真空间隙的击穿电压后间隙击穿，阻尼电阻R联入电路，相当于给原来的电感电容回路增加一个放电支路，利用阻尼电阻消耗能量来降低线路电流从而降低电压，当并联电容器组C两端电压降到正常运行范围时，L两端电压也随之降低，流过真空间隙的电流到达一定程度后（通常为零），电弧熄灭，阻尼电阻与真空间隙组成的串联支路从回路中断开，系统恢复正常运行状态，防止电阻长时间投入运行过度消耗，也减少因电阻引起的能量损耗。过电压时开通，电流大小减少时关断，真空间隙起到开关功能。

并联电容器组C与串联电抗器L成一定比例关系，才使得电容器组C的电压变化直接反应到串联电抗器L上来，根据GB 50227—2008《并联电容器装置设计规范》可知并联电容器组的电抗率选取如下表1所示。

表1 并联电容器组电抗率取值范围的选取原则

2 过电压阻尼装置运行分析

投入电容器组过电压阻尼装置运行时，系统简化电路及其拉氏变换电路如图2所示。

图2 投入电容器组过电压阻尼装置运行时的电路图

根据KCL、KVL得到：

联立（1）、（2）式解得：

上式可看出在首次合闸电流初值为0的情况下，电容器组两端电压UC（t）与电容器组两端初始电压UC（0）、合闸角φ及阻尼电阻值R有关。

3 结语

过电压阻尼装置的适用情况，对电源漏感Ls与串联电抗器L的大小有一定的要求。当电源漏抗远大于串联电抗器，即Ls>>L时，此时串联电抗器L的作用很小，几乎可以忽略，在L两端并联阻尼装置时，阻尼电阻的过渡过程无法起到很大的效果，整个装置对电路则不太适用；当L>Ls时，L在回路中作用明显，在串联电抗器两端并联阻尼装置时，阻尼电阻R可以充分发挥其阻尼作用，增大电压衰减系数，降低投切电容器组过电压。通常将远大于取一个数量级，即L=10%Ls。