交流滤波器电容器桥臂不平衡电流的调节装置及方法

国网湖北省电力有限公司直流运检公司 陈 飞 杨振东 徐志刚 饶 磊 谭 静 王 枫 李佳伟 陈 波 刘瑞勇 龚 旸

1 研究背景

在更换或对调电容器时需要拆装电容器引线，若操作不当会导致瓷瓶漏油或接触不良发热等问题。

2 电容器不平衡电流的调节装置及方法

为了能够快速提供电容器调整方案，有效降低交流滤波器投运后不平衡电流值。本文对一种电容器不平衡电流的调节装置及方法进行深入分析。与此同时为了更加了解电容器不平衡电流的调节装置及方法，借助实例进行清楚、完整地描述。具体内容如下。

2.1 电容器不平衡电流的调节装置

图2为装置连接图，如图2所示，电容器不平衡电流的调节装置应用于一种H 型接线的电容器组，具体包括：电流探测模块1，用于获取所述电容器组的不平衡电流的试验目标值。电容模块2，分别与所述电流探测模块1和所述电容器组连接，用于将第一调节电容并联在所述电容器组的任意一个桥臂的任意一只电容上，并对所述电容器组进行加压。

图1 电容器组示意图

图2 装置连接图

第一动作模块3，与所述电容模块2连接，用于判断所述不平衡电流的当前电流值是否降低，若是，则在所述第一调节电容上并联第二调节电容，若否，则在所述任意一个桥臂的对称桥臂的任意一只电容上并联所述第二调节电容。

第二动作模块4，分别与所述第一动作模块3和所述电容模块2连接，用于判断所述当前电流值是否小于所述试验目标值，若否，则增加所述第二调节电容的数量，直到所述当前电流值大于或等于所述试验目标值[1]。

目标计算单元，分别与电流电压探测单元和所述加压单元连接，用于根据所述初始电流值、所述交流滤波器所在母线电压、所述不平衡电流标准值、所述加压试验值和所述试验电压确定所述试验目标值。具体来说加压单元可输出不同频率及不同电压的试验电压，若在不同频率及不同电压下的不平衡电流差别很大，则初步判断电容器塔中存在某些电容器频率特性异常。

所述目标计算单元包括：第一计算子单元，用于根据所述交流滤波器所在母线电压和所述试验电压计算第一比例系数。第二计算子单元，与所述第一计算子单元连接，用于根据所述初始电流值和所述加压试验值计算第二比例系数。第三计算子单元，分别与所述第一计算子单元和所述第二计算子单元连接，用于选择所述第一比例系数和所述第二比例系数中的最大值作为标准系数。第四计算子单元，分别与所述第三计算子单元和所述电流电压探测单元连接，用于根据所述标准系数和所述不平衡电流标准值计算所述试验目标值。

2.2 电容器不平衡电流的调节方法

图3为方法流程图，如图3所示，电容器不平衡电流的调节方法应用于一种H 型接线的电容器组，具体包括：步骤100，获取所述电容器组的不平衡电流的试验目标值。步骤200，将第一调节电容并联在所述电容器组的任意一个桥臂的任意一只电容上，并对所述电容器组进行加压。步骤300，判断所述不平衡电流的当前电流值是否降低，若是，则在所述第一调节电容上并联第二调节电容，若否，则在所述任意一个桥臂的对称桥臂的任意一只电容上并联所述第二调节电容。步骤400，判断所述当前电流值是否小于所述试验目标值，若否，则增加所述第二调节电容的数量，直到所述当前电流值大于或等于所述试验目标值。步骤500，计算并联的所述第二调节电容和所述第一调节电容的总电容值。步骤600，根据所述总电容值对所述电容器组的电容进行调整。

图3 方法流程图

所述步骤100，包括记录检修前的不平衡电流的初始电流值、交流滤波器所在母线电压和不平衡电流标准值。对所述电容器组进行加压测量，得到不平衡电流的加压试验值，并记录所述加压测量的试验电压。根据所述初始电流值、交流滤波器所在母线电压、不平衡电流标准值、加压试验值和所述试验电压确定所述试验目标值。在所述记录检修前的不平衡电流的初始电流值、交流滤波器所在母线电压和不平衡电流标准值之前，还包括对所述电容器组进行放电，拆除电容器塔高、低压侧与其他设备相连的引线。具体的，所述第一调节电容和第二调节电容的电容值均为0.1uf[2]。

根据所述初始电流值、交流滤波器所在母线电压、不平衡电流标准值、加压试验值和所述试验电压确定所述试验目标值，包括根据所述交流滤波器所在母线电压和所述试验电压计算第一比例系数。根据所述初始电流值和所述加压试验值计算第二比例系数。选择所述第一比例系数和所述第二比例系数中的最大值作为标准系数。根据所述标准系数和所述不平衡电流标准值计算所述试验目标值。

所述第一比例系数的计算方法为：

K1=〔Um/sqrt(3)〕/Usy

其中，K1为所述第一比例系数，Um为所述交流滤波器所在母线电压，Usy为所述试验电压。

所述第二比例系数的计算方法为：

K2=Ibph.ht.0/Ibph.sy0

其中，K2为所述第二比例系数，Ibph.ht.0为所述初始电流值，Ibph.sy0为所述加压试验值。

计算所述试验目标值的方法为：

Ibph.sy.bz=Ibph.ht.bz/K

其中，Ibph.sy.bz为所述试验目标值，Ibph.ht.bz为所述不平衡电流标准值，K 为所述标准系数。

本实例首先检修前记录后台不平衡电流值Ibph.ht.0，交流滤波器所在母线电压Um，不平衡电流标准值为Ibph.ht.bz。其次在不进行任何检修前使用加压试验装置进行加压试验测得不平衡电流值Ibph.sy.0，试验电压为Usy。然后以电压为参考计算得比例系数K1=〔Um/sqrt(3)〕/Usy；以电流为参考计算得比例系数K2=Ibph.ht.0/Ibph.sy0。然后比较K1与K2的大小，选择值较大的作为比例系数，即K=max(K1,K2)。最终确定试验条件下不平衡电流标准值Ibph.sy.bz=Ibph.ht.bz/K。

具体的，在所述根据所述标准系数和所述不平衡电流标准值计算所述试验目标值之后，包括检查电容器组外观有无明显异常，更换有明显异常的故障电容器。在所述根据所述标准系数和所述不平衡电流标准值计算所述试验目标值之后，还包括对电容器组上的电容器逐个测量，对电容值不合格的电容器进行更换。

根据所述总电容值对所述电容器组的电容进行调整包括：判断备品库中是否有替换电容；所述替换电容的电容值为所述总电容值与所述任意一个桥臂的任意一只电容的电容值之和；若是，则将所述任意一个桥臂的任意一只电容替换成所述替换电容；若否，则将所述任意一个桥臂的多只电容与所述任意一个桥臂的对称桥臂的多只电容进行对调。具体所述备品库中的所有电容器备品的保存位置、电容值、型号等录入数据库，若数据库中没有满足要求的电容器备品，则根据ΔC（所述总电容值）计算出该组对称桥臂中的电容器对调方案[3]。调节流程如图4所示。

图4 调节流程图

（1）对电容器进行放电，拆除电容器塔高、低压侧与其他设备相连的引线。

（2）设置试验条件下不平衡电流目标值。检修前记录后台不平衡电流值Ibph.ht.0，交流滤波器所在母线电压Um。在不进行任何检修前进行加压试验测得不平衡电流值Ibph.sy.0，试验电压为Usy。如图5所示，其中，C1和C2、C3和C4分别为电容支路，两两（例如C1和C2）分别形成对称桥臂，4个电容支路组成电容器组。V 为电压测量表，μA 为电流测量表，Ibph为通过的不平衡电流。以电压为参考计算得比例系数K1=〔Um/sqrt(3)〕/Usy；以电流为参考计算得比例系数K2=Ibph.ht/Ibph.sy0比较K1与K2的大小，选择值较大的作为比例系数，即K=max(K1,K2)。不平衡电流标准值为Ibph.ht.bz，设置试验条件下不平衡电流标准值Ibph.sy.bz=Ibph.ht.bz/K[4]。

图5 不平衡电流测量原理示意图

（3）检查电容器外观有无明显异常，更换有明显异常的故障电容器。

（4）对电容器塔上的电容器逐个测量，对电容值不合格的电容器进行更换。

（5）不平衡电流调节。计算C1、C2、C3、C4及不平衡电流Ibph；加压，测量不平衡电流Ibph.sy；在某桥臂的某支电容Cx 上并联0.1uf 小电容，观察不平衡电流是否有降低。如果不平衡电流降低，则进行下一步；如果不平衡电流增大，则在对称桥臂的某支电容上并联0.1uf 小电容，然后进行下一步。以在C3桥臂的某只电容器上并联小电容为例，如图6所示，其中ΔC 为并联的调节电容。逐渐增加并联小电容的个数，使不平衡电流减小至目标值Ibph.ht.bz，记下此时并联的总电容值ΔC；若库房有某只电容的电容值为Cx＋ΔC，则选用该只电容对现场的电容进行替换；若库房没有符合要求的电容，则在C3和C4电容器塔上选择若干值满足要求的电容进行对调。

图6 接线示意图

3 结语

电容器不平衡电流的调节装置及方法技术效果如下：

（1）比例系数选择方法可以有效地减小现场实验值和后台显示值不一致的问题。

（2）在某支电容器上并联01uf 的小电容，对该电容器桥臂电容量的改变非常小，可以实现高精度调节。

（3）数据库中存有电容器备品的保存位置、电容值、型号等，可以快速地找到电容值为Cx＋或与之相近可用的电容器。

（4）加压试验装置选用可调压调频的电源，可以有效减小现场电磁环境对不平衡电流测量的影响。电网无功功率要遵循分期原则，即实现分层和分区供应，除此之外还要遵循就地平衡的原则，尽量就地供应，减少使用长线路供应的情况。针对局部电网无功功率不足的问题，要第一时间进行就地调整，如果不能解决再通过电网解决。第二，发电机的运行功率因数不能随意调整，要在电网的要求下进行更改。第三，新调试的发电机应能以额定功率运行，功率因数为0.95。对已投运的发电机组，必须按计划进行先期运行检查。第四，试调而来的发电机组，尤其是具有进相运行能力的发电机组，需要按照值班调度员的命令进行运行模式转换。第五，无功补偿装置的优化配置要以电网无功优化的计算结果为基础，以提高无功补偿装置的可操作性。第六，没有超过220kV 的电网的总无功容量应大于最大自然无功负荷，通常情况下，可以多出0.15倍来计算。第七，200kV 及以下电网二次侧功率因数的正常范围，或主变压器最大负载时的无功与有功功率之比要保持在正常范围之内。第八，对于直接供电的变电站，供电线路近时，功率因数取表中的较低值，除此之外都要取较高值。第九，必要时应启用无功补偿装置，其原理是主变压器高压侧不向电网送回任何无功功率。而母线电压超出了正常电压的范围，并且已经没有办法对其进行调整时，才能停止运行。第十，各级部署要以电网负荷、潮流变化和设备技术条件为基础，在此技术上进行运行方式的调整，减少线损，促进电网的正常运行。