淺析煤礦變電站并聯(lián)電容器裝置減容運(yùn)行的危害

丁剛剛

(潞安礦業(yè)集團(tuán)公司 電力中心，山西 長治 046204)

并聯(lián)電容器裝置對于改善煤礦電網(wǎng)的電壓質(zhì)量、降低線損、確保煤礦電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面起著至關(guān)重要的作用。目前，對于煤礦電網(wǎng)來說，在變電站投運(yùn)初期，難免會出現(xiàn)負(fù)荷未達(dá)到預(yù)期值的情況，此時若將全站的并聯(lián)電容器裝置全部投入運(yùn)行，就會出現(xiàn)無功功率過補(bǔ)、倒輸?shù)默F(xiàn)象，若將并聯(lián)電容器裝置采用減容運(yùn)行的方案，就不可避免的造成電容器異常、故障。

本文以某煤礦110 kV變電站并聯(lián)電容器裝置的減容運(yùn)行的實(shí)例，從設(shè)計(jì)參數(shù)、涌流、放大諧波三方面對減容運(yùn)行的危害進(jìn)行了討論，并給出了并聯(lián)電容器裝置在運(yùn)行中如何避免諧波和諧振的建議。

1 實(shí)例分析

變電站初期運(yùn)行時，負(fù)荷并未達(dá)到預(yù)期值，將電容器裝置投入兩組運(yùn)行時，出現(xiàn)了無功功率倒送的現(xiàn)象。隨即退出一組裝置，采用只投入一組裝置運(yùn)行的方案，功率因數(shù)又較低，不滿足煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行要求。經(jīng)核算，該站應(yīng)投入無功補(bǔ)償7 000 kVar左右時，功率因數(shù)即可滿足要求。于是采用將兩組電容器裝置每相各拆除一臺，實(shí)際安裝容量調(diào)整為每組3 600 kVar的減容運(yùn)行方式。該站隨后便以減容后的容量運(yùn)行，持續(xù)近一年左右的時間。在此期間，并聯(lián)電容器多次出現(xiàn)單臺電容器鼓肚、過熱等異常現(xiàn)象。對該站出現(xiàn)異常的電容器進(jìn)行電容值測量，發(fā)現(xiàn)電容值都有大幅度下降，已不能使用，只能予以返廠維修或直接予以更換。隨著該站負(fù)荷的不斷增加，對無功功率的需求也隨之增加，將該站并聯(lián)電容器調(diào)整為額定容量運(yùn)行后，兩組電容器再未出現(xiàn)過減容運(yùn)行時遇到的單臺電容器異常或故障。

2 并聯(lián)電容器裝置減容運(yùn)行的危害

2.1 減容運(yùn)行會造成電容器裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的改變

本例中該站并聯(lián)電容器裝置按額定容量運(yùn)行時：

每相電容器電容值C=87.75×4=351μF

容抗XC=1/ωC=1/((314×351)≈9.07 Ω

減容運(yùn)行時每相電容器電容值C=87.75×3=263.25 μF

容抗XC=1/ωC=1/(314×263.25)≈12.1 Ω

減容運(yùn)行后容抗值較額定運(yùn)行時增加了33.4%，并聯(lián)電容器容抗值增大，對工頻電流的阻礙增大，與此同時，電容器裝置容量與銘牌相比，也會有所下降，就造成了電容器設(shè)計(jì)參數(shù)的改變，給變電站的運(yùn)行埋下了隱患。

2.2 減容運(yùn)行會引起并聯(lián)電容器裝置投入時涌流的改變

同一電抗率的電容器組單組投入或追加投入時，涌流應(yīng)按下列公式計(jì)算：

(1)

(2)

Q=Q'+Q0

(3)

式中：Iym為涌流峰值的標(biāo)幺值(以投入的電容器組額定電流峰值為基準(zhǔn)值)；Q0為同一母線上裝設(shè)的電容器組總?cè)萘浚琈Var；Q'為所有正在運(yùn)行的電容器組容量，MVar；Sd為并聯(lián)電容器裝置安裝處的母線短路容量，MVA，該站6 kV短路容量約為157 MVA；K為電抗率；β為電源影響系數(shù)。

通過計(jì)算可得減容及額定運(yùn)行方式下，并聯(lián)電容器裝置分別進(jìn)行單組投入和追加投入時涌流峰值和流過單臺電容器的峰值電流，具體計(jì)算結(jié)果如下表所示。

表1 不同情況下涌流峰值對比

對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析可知，無論是單組投入時，還是追加投入時，流過單臺電容器的涌流在額定容量運(yùn)行時都偏小，也就是說，減容運(yùn)行情況下，投入電容器裝置時，涌流對單臺電容器的沖擊更大。

2.3 減容運(yùn)行會對系統(tǒng)某次諧波造成放大，甚至引起諧振

當(dāng)并聯(lián)電容器裝置投入到存在諧波的煤礦電網(wǎng)上，如果電容器容抗和系統(tǒng)感抗接近諧振頻率運(yùn)行，就存在諧振的危險(xiǎn)。n次諧波的諧振條件計(jì)算式為：

nωL= 1/(nωC)

(4)

(5)

減容運(yùn)行后，由于電容值C減小，容抗增大，電抗率由6%變?yōu)?.48%。如果電容器容量偏小，電抗率還將下降，發(fā)生諧振的諧波次數(shù)將增大，即諧振頻率增大，諧振點(diǎn)降低。對于煤礦電網(wǎng)而言，電網(wǎng)對諧波電流的允許值隨著諧波次數(shù)增大而減小。減容運(yùn)行時，要求諧波電流小于額定容量運(yùn)行的諧波電流，在其它條件不變時，更易發(fā)生諧振。

3 結(jié) 語

綜上所述，并聯(lián)電容器裝置減容運(yùn)行時，不管是對電容器本體，還是對整個變電站，都有一定的危害。因此，并聯(lián)電容器裝置應(yīng)按額定容量運(yùn)行，盡量避免減容運(yùn)行。

此外，在煤礦電網(wǎng)中，對于并聯(lián)電容器裝置來說，運(yùn)行中應(yīng)避免高次諧波諧振，還應(yīng)避免將有害諧波放大。為此，對于并聯(lián)電容器組的分組應(yīng)充分考慮所在電網(wǎng)的諧波分量，還需要考慮并聯(lián)電容器組的等效電抗率是否匹配，以及并聯(lián)電容器組所接母線電壓的波動情況，最大程度地減少諧波對并聯(lián)電容器組造成的損害。