并聯(lián)電容器過(guò)電壓和過(guò)電流的判斷條件分析
1 前言
并聯(lián)電容器是電力系統(tǒng)的重要無(wú)功電源，具有成本低、便于維護(hù)和運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)。電容器在系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生以下現(xiàn)象：①與電力系統(tǒng)的感性設(shè)備發(fā)生諧振；②因絕緣老化和發(fā)熱等，造成系統(tǒng)短路；③投入系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生無(wú)功沖擊，出現(xiàn)較大的涌流等。其中諧振和絕緣問(wèn)題是電容器組設(shè)計(jì)、投運(yùn)和運(yùn)行中所要考慮的首要問(wèn)題。本文結(jié)合電容器組的設(shè)計(jì)論證和對(duì)河南電網(wǎng)部分變電站的諧波測(cè)試，對(duì)電容器的過(guò)電壓和過(guò)電流問(wèn)題進(jìn)行討論。
2 并聯(lián)電容器組諧波過(guò)載能力的四條要求
2．1 反映電容器耐壓性能的指標(biāo)：過(guò)電壓倍數(shù)
國(guó)標(biāo)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50227－1995）規(guī)定：α≤1．1，表示電容器所承受的基波電壓與諧波電壓的幾何和（電壓有效值）不超過(guò)額定電壓的1．1倍。作為算法上的對(duì)比，計(jì)算基波和諧波電壓的算術(shù)和時(shí)：
2．2 反映電容器耐熱性能的指標(biāo)：過(guò)電流倍數(shù)
國(guó)標(biāo)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50227－1995）規(guī)定：β≤1．3，表示流過(guò)電容器的基波電流和諧波電流的幾何和（有效值）不應(yīng)超過(guò)額定電流的1．3倍。作為算法上的對(duì)比，計(jì)算基波和諧波電流的算術(shù)和時(shí)：
2．3 反映電暈現(xiàn)象的指標(biāo)：峰值電壓過(guò)電壓倍數(shù)
IEEE規(guī)定：γ≤1．2。顯然γ＝α′。
2．4 考慮過(guò)載容量的指標(biāo)：過(guò)載容量倍數(shù)
IEEE規(guī)定η≤1．3，即過(guò)載容量不超過(guò)額定容量的1．3倍。根據(jù)過(guò)壓倍數(shù)、過(guò)流倍數(shù)計(jì)算方法的不同，η值可以是αβ、αβ′、α′β和α′β′。
3 河南電網(wǎng)部分變電站實(shí)測(cè)結(jié)果和計(jì)算
3．1 駐馬店220kV變電站的電容器過(guò)電壓過(guò)電流的計(jì)算
首先，將10kV母線的電壓諧波數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）轉(zhuǎn)化為電容器端電壓的諧波。電容器串聯(lián)電抗器，電抗器基波電抗為XL，電容器基波容抗為XC，母線基波電壓為U1，諧波次數(shù)為n，n次諧波百分含量為DFVn，母線n次諧波電壓為DFVn·U1，n次諧波電抗為nXL，n次諧波容抗為XC／n。那么，電容器n次諧波電壓百分含量為：
由表2知，采用算術(shù)和的計(jì)算方法表明電容器已過(guò)電壓，最大峰值過(guò)壓倍數(shù)接近1．2，符合峰值電壓校驗(yàn)。實(shí)際運(yùn)行情況是電容器接近過(guò)電壓的限值。因?yàn)槟妇€電壓沒(méi)有達(dá)到母線保護(hù)的定值（平均電壓的1．1倍），電容器電壓的有效值也沒(méi)有達(dá)到額定電壓的1．1倍，所以母線過(guò)電壓保護(hù)和電容器分支過(guò)電壓保護(hù)不動(dòng)作。
??? 表3，說(shuō)明變壓器低壓側(cè)電流沒(méi)有超過(guò)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的定值。利用駐馬店站的設(shè)備實(shí)際參數(shù)，計(jì)算得到投入電容器后，諧振頻率在230Hz附近，大電流并非諧振造成，10kV母線運(yùn)行電壓過(guò)高才是電容器的運(yùn)行電流過(guò)大的原因。
??? 表4說(shuō)明在利用算術(shù)和算法求電壓電流時(shí)，才判斷電容器容量過(guò)載。事實(shí)上容量不過(guò)載。
3.2? 薛坡220kV變電站過(guò)電流過(guò)電壓的計(jì)算
??? 薛坡220kV變電站是許昌供電區(qū)的樞紐站，帶有電鐵負(fù)荷。1998年以前，該站電容器組不能正常投運(yùn)，串聯(lián)電抗器嚴(yán)重發(fā)熱。1999年1月12日，測(cè)試了薛坡站的諧波。
??? 現(xiàn)場(chǎng)觀察和測(cè)試都表明，電容器的運(yùn)行電流過(guò)大，β>β'更大，見(jiàn)表5。電容器不能安全運(yùn)行，電流已超過(guò)保護(hù)整定值（額定電流的1.6倍），所以保護(hù)運(yùn)作。
根據(jù)測(cè)試和計(jì)算，諧振頻率接近5次諧波而產(chǎn)生諧波電流的放大。這直接導(dǎo)致10kV側(cè)的5次諧波電壓和總畸變率超標(biāo)，見(jiàn)表6。
表7是電容器端電壓的諧波值和過(guò)電壓倍數(shù)。α達(dá)到和接近1．1，α′＞1．1，最大值為1．48，電流諧振造成過(guò)電壓，γ＞1．2，峰值過(guò)電壓。
表8說(shuō)明電容器容量過(guò)載，與實(shí)際相符合。（這是薛坡站1998年的情況。河南省電業(yè)局和許昌電業(yè)局于1999年對(duì)電容器組改造后，運(yùn)行良好。）
3．3 通過(guò)以上實(shí)例，并聯(lián)電容器組諧波過(guò)載能力的四條要求中，前三條（耐壓、耐熱、峰值
電壓校核）是關(guān)鍵，如果耐壓、耐熱、峰值電壓校核合格，第四條容量校核也合格。由于峰值電壓校核實(shí)際上是計(jì)算電壓算術(shù)和，所以只要耐壓、耐熱校核合格，峰值電壓和容量的校核也合格。
4 結(jié)論
通過(guò)討論，結(jié)合駐馬店和薛坡兩站的實(shí)例分析，總結(jié)如下。
4．1 引起電容器過(guò)壓和過(guò)流的因素是復(fù)雜的，諧波諧振或運(yùn)行電壓過(guò)高都可以使電容器過(guò)載，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析。
4．2 電容器過(guò)載的四點(diǎn)規(guī)定是相互聯(lián)系的，其中（1）、（2）、（3）是最重要的，滿足前3條，往往滿足了（4）條。（3）條由于與電壓算術(shù)和的算法等效，所以實(shí)際工作中只要驗(yàn)證（1）、（2）就可以了。
4．3 綜合考慮諧波電壓和電流的作用，可以有兩種算法：幾何和與算術(shù)和。與之對(duì)應(yīng)的判斷方法：電壓（幾何和）—電流（幾何和）、電壓（幾何和）—電流（算術(shù)和）、電壓（算術(shù)和）—電流（幾何和）、電壓（算術(shù)和）—電流（算術(shù)和）。這四種方法得到的結(jié)論有較大不同。其中幾何和的算法，計(jì)算的結(jié)果是有效值，具有實(shí)際物理意義的，也是《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的算法。所以在利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行電容器過(guò)壓過(guò)流的判斷，宜利用電壓（幾何
和）—電流（幾何和）。
4．4 在進(jìn)行電容器諧波論證時(shí)，從論證的裕度出發(fā)，采用電壓（算術(shù)和）—電流（算術(shù)和）
的方法，裕度最大。筆者贊成利用電壓（算術(shù)和）—電流（幾何和）及電壓（算術(shù)和）—電流
（算術(shù)和）的方法，其中后者的裕度最大，條件滿足后，峰值電壓和容量的校核也可滿足。