并聯電容器組串聯電抗器的故障解決方案探究

林雄德

摘 要：并聯電容器組串聯電抗器是目前變電系統常見的一種電氣運行方式，然而這其中經常出現串聯電抗器燒毀現象。本文分析了并聯電容器組串聯電抗器故障的成因，并對串聯電抗器的電抗值進行反復地實驗、對比與分析，最終得出合理的電抗值，從而控制諧波故障的出現。

關鍵詞：并聯電容器組；串聯電抗器；故障成因；解決對策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.191

0 前言

并聯電容器組是整個電力系統中較為關鍵的無功補償裝置，特別是電力系統建設規模的逐漸拓展，系統內部的非線性負荷正在逐漸上升，使得添加到系統內部的諧波電流也正在逐漸上升，導致其諧波故障也逐漸復雜化，要想有效控制諧波電流，減少系統故障，并聯電容器中就要串聯電抗器，然而，這樣的搭配與設置可能導致電抗器的受損，也就是電抗器在諧波電流的干擾下發生故障和問題，甚至可能導致電抗器被燒毀，對此則有必要深入研究故障成因，深入分析了故障的解決方法。

1 電容器組的基本運行原理

對于配電系統來說，一般通過并聯電容器組來達到無功補償的目的。參照并聯電容器組的相關規范、規定，位于建筑物室內的配電設備通常為：鐵芯狀電抗器，不易泄漏磁場，而且要當其未連入前則要串聯一個電抗器，目標在于控制合閘涌流、控制諧波，具體的并聯電容器組接線如圖1所示：

對于一些大型城區，企業生產、加工必然需要較大的電量，對此就必須掌握好無功平衡，特別是在一年范圍內的用電高峰月份，更要做好無功補償。

但是，根據長時期的配電系統的運轉、工作等經驗，發現無功補償設備依然可能出現較多的故障、問題，其中并聯電容器組串聯的電抗器也成為故障的常發區，其中發熱故障、斷電、短路等屬于最為常見的故障，這些故障都將威脅到配網系統的高效工作和運轉。

2 并聯電容器諧波放大原理

對于供電系統來說，諧波多數來自于電流源，其內部電阻通常較大，如果發現外部阻抗出現浮動、調整，則其電流則趨向穩定。供電系統整體上要承受一定的諧波源，主要來自于供電系統主體以及相關電力設備，以下分別為：電容器接線原理圖、諧波等效電路圖。

In-------諧波電流源，Xs，Xc，XL----------基波感抗

如果電流型諧波源有n次諧波分量，則會形成以下諧波電流源和諧波電流之間的關系：

Icn=nXsIn/ nXs+ nXL- Xc/n ，同時，諧波母線的電壓可以用以下關系式表達：

對此可以總結出以下三個關系：

第一，如果XL-Xc/n2=0， 則有Icn=In，此時，電容器和串聯電抗器之間將出現諧振現象，對應的電抗器的電抗值則會上升，對應所導致的諧波次數也將下降，簡單說就是電抗率上升，對應的電抗器對諧波的控制程度就越低。

第二，如果Xs+XL-Xc/n2=0， 對應的電容器、電抗器等則可能出現并聯諧振現象，諧波電流也將上升為極值。

第三，如果2Xs+XL-Xc/n2=0，則能夠得出此點所對應的電容器組的諧波電流，為初始的放大點。

通過以上分析能夠看出，供電系統和并聯電容器與諧波之間的關系，也就是前兩者對諧波的影響。

并聯電容器組串聯電抗器最常見的故障體現為：電容器燒毀，通過對變電站運行系統的高度模擬，能夠從中發現故障成因。經過系統的仿真與模擬發現：如果變壓器的兩組電容器全部處于工作狀態，因為他們有著類似的配置，因此，這兩組電容器組如果并聯，在相同的電容器支路，則有：XL、=XL/2，Xc、=Xc/2。按照特定的公式能夠計算得出并聯諧波次數，其數值大致為3，正是由于3次并聯諧波的存在才導致諧波電流嚴重，從而導致電容器電流過大，甚至被燒毀。

3 并聯電容器組串聯電抗器的故障解決方案

3.1 科學選型串聯電抗器

電抗器的配設要本著可以確保其所處的網絡系統中占據較大比例的諧波分量的電抗值趨向于0，要盡量讓諧波分量的感抗同于容抗，也就是要達到以下關系：：XL>Xc/n2， 整個系統中選擇5次諧波，達到以下關系：XL>Xc/52=0.04Xc，現實的諧波控制中通常選擇5次，對此適合串聯電抗值達到6%Xc的電抗器，對于3次的諧波，則適合配置電抗值達到12%Xc。

其中需要重點關注的是，要區分開Xc與XL，二者不可相同，從而預防電磁諧振，控制過電壓的出現，通常來說為了穩妥起見，可以嘗試容抗更大的容抗，這樣不僅可以回避諧振點，也有利于控制諧波。

通過科學的仿真能夠得出，如果系統串聯一個電抗值為6%的電抗器，將兩個電容器組開啟，整個系統可能出現三次諧波變大，此時則將造成電抗器受損、毀壞，同時，因為諧波源中諧波超出了特定范圍，特別是5次諧波，此時如果依然串聯6%的電抗器則可能加劇諧波共振，對此應該嘗試提升電抗值，安裝12%的電抗器，達到高度仿真模擬的作用。

3.2 調整串聯電抗器的仿真

改變所串聯的電抗器的電阻值，使其從1歐姆上升到2.17歐姆，以此來達到仿真的效果。表1分別成仙了各種電抗值條件下，對應所產生的諧波大小，具體如表1所示。

通過觀察表1能夠得出，當所串聯的電抗器的電抗值達到13%時，則能夠有效抑制諧波的產生，只有二次諧波出現了上升趨勢，剩余的諧波值都相對穩定，這樣就有效控制了諧波，控制了故障。

所串聯的電抗器，其電抗值各自為6%，13%時，分別對比他們所產生的諧波電流，如果忽視3次諧波電流，則能夠看到6%的電抗器更能有效控制諧波的產生。然而，當串聯此電抗器以后，3次諧波卻有大幅度上升趨勢，從全方面進行分析考慮，最理想的電抗值為13%。

表2則為電阻值分別為6%與13%時，串聯電抗器對應所產生的諧波大小，觀察圖表，憑借對比分析能夠看到：綜合對比，電阻值為13%時，諧波產生量更小，要稍好于電抗值為6%的電抗器。具體如表2所示。

綜合分析得出，電抗器的電抗值的選擇十分重要，通常13%的電抗值相對更具優勢，相對于其他電抗值，能夠最大程度地控制諧波，也能有效維護電抗器，保護其安全。

4 總結

經過以上實驗可以總結出，要想有效地抑制諧波，控制電抗器故障，所串聯的電抗器的電抗值十分重要，為了控制3次諧波，減少諧波電流，更適合選擇電抗值為13%的電抗器，同電抗值為6%的電抗器相比，更具優勢，可以有效控制諧波電流，從而維護系統的安全運行。在并聯電容器組時，需要正確地配設電抗器。第一步則要掌握系統的諧波源、系統的相關參數等，再對系統進行仿真，憑借仿真結果來得出結論，最終實現對諧波的控制，減少故障的發生，維護電抗器的安全。

參考文獻：

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