浅析煤矿变电站并联电容器装置减容运行的危害

2020-03-23丁刚刚

煤 2020年3期

丁刚刚

(潞安矿业集团公司电力中心，山西长治 046204)

并联电容器装置对于改善煤矿电网的电压质量、降低线损、确保煤矿电网安全稳定运行等方面起着至关重要的作用。目前，对于煤矿电网来说，在变电站投运初期，难免会出现负荷未达到预期值的情况，此时若将全站的并联电容器装置全部投入运行，就会出现无功功率过补、倒输的现象，若将并联电容器装置采用减容运行的方案，就不可避免的造成电容器异常、故障。

本文以某煤矿110 kV变电站并联电容器装置的减容运行的实例，从设计参数、涌流、放大谐波三方面对减容运行的危害进行了讨论，并给出了并联电容器装置在运行中如何避免谐波和谐振的建议。

1 实例分析

变电站初期运行时，负荷并未达到预期值，将电容器装置投入两组运行时，出现了无功功率倒送的现象。随即退出一组装置，采用只投入一组装置运行的方案，功率因数又较低，不满足煤矿电网的运行要求。经核算，该站应投入无功补偿7 000 kVar左右时，功率因数即可满足要求。于是采用将两组电容器装置每相各拆除一台，实际安装容量调整为每组3 600 kVar的减容运行方式。该站随后便以减容后的容量运行，持续近一年左右的时间。在此期间，并联电容器多次出现单台电容器鼓肚、过热等异常现象。对该站出现异常的电容器进行电容值测量，发现电容值都有大幅度下降，已不能使用，只能予以返厂维修或直接予以更换。随着该站负荷的不断增加，对无功功率的需求也随之增加，将该站并联电容器调整为额定容量运行后，两组电容器再未出现过减容运行时遇到的单台电容器异常或故障。

2 并联电容器装置减容运行的危害

2.1 减容运行会造成电容器装置设计参数的改变

本例中该站并联电容器装置按额定容量运行时：

每相电容器电容值C=87.75×4=351μF

容抗XC=1/ωC=1/((314×351)≈9.07 Ω

减容运行时每相电容器电容值C=87.75×3=263.25 μF

容抗XC=1/ωC=1/(314×263.25)≈12.1 Ω

减容运行后容抗值较额定运行时增加了33.4%，并联电容器容抗值增大，对工频电流的阻碍增大，与此同时，电容器装置容量与铭牌相比，也会有所下降，就造成了电容器设计参数的改变，给变电站的运行埋下了隐患。

2.2 减容运行会引起并联电容器装置投入时涌流的改变

同一电抗率的电容器组单组投入或追加投入时，涌流应按下列公式计算：

(1)

(2)

Q=Q'+Q0

(3)

式中：Iym为涌流峰值的标幺值(以投入的电容器组额定电流峰值为基准值)；Q0为同一母线上装设的电容器组总容量，MVar；Q'为所有正在运行的电容器组容量，MVar；Sd为并联电容器装置安装处的母线短路容量，MVA，该站6 kV短路容量约为157 MVA；K为电抗率；β为电源影响系数。

通过计算可得减容及额定运行方式下，并联电容器装置分别进行单组投入和追加投入时涌流峰值和流过单台电容器的峰值电流，具体计算结果如下表所示。

表1 不同情况下涌流峰值对比

对计算结果进行分析可知，无论是单组投入时，还是追加投入时，流过单台电容器的涌流在额定容量运行时都偏小，也就是说，减容运行情况下，投入电容器装置时，涌流对单台电容器的冲击更大。

2.3 减容运行会对系统某次谐波造成放大，甚至引起谐振

当并联电容器装置投入到存在谐波的煤矿电网上，如果电容器容抗和系统感抗接近谐振频率运行，就存在谐振的危险。n次谐波的谐振条件计算式为：

nωL= 1/(nωC)

(4)

(5)

减容运行后，由于电容值C减小，容抗增大，电抗率由6%变为4.48%。如果电容器容量偏小，电抗率还将下降，发生谐振的谐波次数将增大，即谐振频率增大，谐振点降低。对于煤矿电网而言，电网对谐波电流的允许值随着谐波次数增大而减小。减容运行时，要求谐波电流小于额定容量运行的谐波电流，在其它条件不变时，更易发生谐振。