高壓并聯電容器的過電壓及避雷防護措施

電網中裝設高壓并聯電容器以改善功率因數，維持運行電壓，提高輸變電設備輸送容量和降低線路損耗。但如運行電壓過高，會危及設備和安全運行。有多種因素引起穩態電壓升高，下面將進行分析。
　　
1　穩態電壓的升高
　　(1) 電容器裝置接入電網后引起電網電壓升高。設升高的系數為K1，其值按下面方法計算：　　

ΔU≈UZM.Qc/Sd
　　K1=(UCG+ΔU)/UCG

ΔU為電壓升高值(kV)；Uzm為電容器裝置未投入時母線電壓(kV)；Qc為接入母線的電容器總容量(Mvar)；Sd為電容器裝置安裝處母線短路容量(MVA)；UCG為電容器正常工作電壓。
　　例如某220 kV變電站，10 kV母線短路容量350 MVA，每組串聯600 kvar，6%電抗器1臺，裝4組電容器，每組7 800 kvar,則：

　　(2) 電容器組接入電抗器后，電容器端電壓升高。設升高的系數為K2，其值按下面方法計算。
　　三相電容器回路一般不存在偶次諧波，由于電源變壓器有一側為三角形結線，三次諧波在這個低阻抗線圈中循環流動，不流入電網，只要電容器母線上沒有諧波源，很少有三次諧波，電容器組投入運行后應測試一下以便驗證。
　　電容器組串聯電抗器可消除諧振、改善諧波電壓、降低合閘涌流。電容器的選擇主要是對占份量最大的5次諧波，設經串聯電抗器后恰能消諧，即　　

5ωL-1/(5ωC)=0

解得感、容阻抗比為

XL=ωL=1/(52ωC)=0.04Xc。

　　為了在所有高次諧波出現時，串聯電抗器應足以消諧，使感抗值大于容抗值，可引用可靠系數1.5，則XL=1.5×0.04XC=0.06Xc。
　　電容器端子上電壓：

　　即K2=UC/U=1.064U/U=1.064,電容器端子上電壓高出母線電壓6.4%。
　　(3) 電容器組如不裝串聯電抗器，則諧波引起電容器端子電壓升高的系數為K3，計算式可從傅里葉級數得知，非正弦電壓有效值計算如下：　　

式中　U1為基波電壓分量的有效值；UM為第M次諧波電壓分量的有效值。
　　設U1的數值等于額定電壓UN，5次諧波電壓U5的數值為26.45%UN。那么

　　(4) 電容器組相間電容差值引起過電壓的系數K4可按下面的分析計算。
　　中性點不接地的星形結線電容器組由于三相電容不平衡引起中性點位移，使電壓升高。為此應盡量縮小差值，在安裝前，應抄錄每臺電容器電容量并編號，將其分成電容量差不大于5%的三個組。對于單星形或雙星形的電容器組，每組如有兩個臂，應使對應臂電容接近相等。經仔細操作可以做到三相電容差值小于2%。此時
　　K4=1+ΔC/(3C+ΔC)=0.05C/(3C+0.05C)+1=1+0.05/(3+0.05)=1.016
式中　C為每相電容值；ΔC為相電容差值。
　　(5) 并聯電容器組在運行過程中，由于電容器內部故障被熔斷切除后，故障段中剩余的健全電容器端子所承受電壓也將升高。設升高的系數為K5，可按下面分析計算。
　　電容器組無論采用三角形結線或星形結線，每相都可以由一段或多段電容器串聯為相當的電壓等級，各段又由若干臺電容器并聯，組成所需容量的電容器組。例如35 kV系統可用兩段10.5 kV的電容器串聯后，接成星形；66 kV系統可用兩段19 kV的電容器或三段12.7 kV的電容器串聯后接成星形。
　　電容器使用臺數應大于允許使用的最小并聯臺數，最小并聯臺數的計算公式見表1。不同安全系數K時，應小于最大并聯臺數。每段中電容器最大并聯臺數Mmax見表2。
　　故障段健全電容器端子上承受的工頻過電壓計算公式見表1。例如某220 kV變電站裝設4組每組

表1　升壓系數K5及最小并聯臺數的計算公式表