高压并联电容器的过电压及避雷防护措施

电网中装设高压并联电容器以改善功率因数，维持运行电压，提高输变电设备输送容量和降低线路损耗。但如运行电压过高，会危及设备和安全运行。有多种因素引起稳态电压升高，下面将进行分析。
　　
1　稳态电压的升高
　　(1) 电容器装置接入电网后引起电网电压升高。设升高的系数为K1，其值按下面方法计算：　　

ΔU≈UZM.Qc/Sd
　　K1=(UCG+ΔU)/UCG

ΔU为电压升高值(kV)；Uzm为电容器装置未投入时母线电压(kV)；Qc为接入母线的电容器总容量(Mvar)；Sd为电容器装置安装处母线短路容量(MVA)；UCG为电容器正常工作电压。
　　例如某220 kV变电站，10 kV母线短路容量350 MVA，每组串联600 kvar，6%电抗器1台，装4组电容器，每组7 800 kvar,则：

　　(2) 电容器组接入电抗器后，电容器端电压升高。设升高的系数为K2，其值按下面方法计算。
　　三相电容器回路一般不存在偶次谐波，由于电源变压器有一侧为三角形结线，三次谐波在这个低阻抗线圈中循环流动，不流入电网，只要电容器母线上没有谐波源，很少有三次谐波，电容器组投入运行后应测试一下以便验证。
　　电容器组串联电抗器可消除谐振、改善谐波电压、降低合闸涌流。电容器的选择主要是对占份量最大的5次谐波，设经串联电抗器后恰能消谐，即　　

5ωL-1/(5ωC)=0

解得感、容阻抗比为

XL=ωL=1/(52ωC)=0.04Xc。

　　为了在所有高次谐波出现时，串联电抗器应足以消谐，使感抗值大于容抗值，可引用可靠系数1.5，则XL=1.5×0.04XC=0.06Xc。
　　电容器端子上电压：

　　即K2=UC/U=1.064U/U=1.064,电容器端子上电压高出母线电压6.4%。
　　(3) 电容器组如不装串联电抗器，则谐波引起电容器端子电压升高的系数为K3，计算式可从傅里叶级数得知，非正弦电压有效值计算如下：　　

式中　U1为基波电压分量的有效值；UM为第M次谐波电压分量的有效值。
　　设U1的数值等于额定电压UN，5次谐波电压U5的数值为26.45%UN。那么

　　(4) 电容器组相间电容差值引起过电压的系数K4可按下面的分析计算。
　　中性点不接地的星形结线电容器组由于三相电容不平衡引起中性点位移，使电压升高。为此应尽量缩小差值，在安装前，应抄录每台电容器电容量并编号，将其分成电容量差不大于5%的三个组。对于单星形或双星形的电容器组，每组如有两个臂，应使对应臂电容接近相等。经仔细操作可以做到三相电容差值小于2%。此时
　　K4=1+ΔC/(3C+ΔC)=0.05C/(3C+0.05C)+1=1+0.05/(3+0.05)=1.016
式中　C为每相电容值；ΔC为相电容差值。
　　(5) 并联电容器组在运行过程中，由于电容器内部故障被熔断切除后，故障段中剩余的健全电容器端子所承受电压也将升高。设升高的系数为K5，可按下面分析计算。
　　电容器组无论采用三角形结线或星形结线，每相都可以由一段或多段电容器串联为相当的电压等级，各段又由若干台电容器并联，组成所需容量的电容器组。例如35 kV系统可用两段10.5 kV的电容器串联后，接成星形；66 kV系统可用两段19 kV的电容器或三段12.7 kV的电容器串联后接成星形。
　　电容器使用台数应大于允许使用的最小并联台数，最小并联台数的计算公式见表1。不同安全系数K时，应小于最大并联台数。每段中电容器最大并联台数Mmax见表2。
　　故障段健全电容器端子上承受的工频过电压计算公式见表1。例如某220 kV变电站装设4组每组

表1　升压系数K5及最小并联台数的计算公式表