并联电容器组串联电抗器的故障解决方案探究

林雄德

摘 要：并联电容器组串联电抗器是目前变电系统常见的一种电气运行方式，然而这其中经常出现串联电抗器烧毁现象。本文分析了并联电容器组串联电抗器故障的成因，并对串联电抗器的电抗值进行反复地实验、对比与分析，最终得出合理的电抗值，从而控制谐波故障的出现。

关键词：并联电容器组；串联电抗器；故障成因；解决对策

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

0 前言

并联电容器组是整个电力系统中较为关键的无功补偿装置，特别是电力系统建设规模的逐渐拓展，系统内部的非线性负荷正在逐渐上升，使得添加到系统内部的谐波电流也正在逐渐上升，导致其谐波故障也逐渐复杂化，要想有效控制谐波电流，减少系统故障，并联电容器中就要串联电抗器，然而，这样的搭配与设置可能导致电抗器的受损，也就是电抗器在谐波电流的干扰下发生故障和问题，甚至可能导致电抗器被烧毁，对此则有必要深入研究故障成因，深入分析了故障的解决方法。

1 电容器组的基本运行原理

对于配电系统来说，一般通过并联电容器组来达到无功补偿的目的。参照并联电容器组的相关规范、规定，位于建筑物室内的配电设备通常为：铁芯状电抗器，不易泄漏磁场，而且要当其未连入前则要串联一个电抗器，目标在于控制合闸涌流、控制谐波，具体的并联电容器组接线如图1所示：

对于一些大型城区，企业生产、加工必然需要较大的电量，对此就必须掌握好无功平衡，特别是在一年范围内的用电高峰月份，更要做好无功补偿。

但是，根据长时期的配电系统的运转、工作等经验，发现无功补偿设备依然可能出现较多的故障、问题，其中并联电容器组串联的电抗器也成为故障的常发区，其中发热故障、断电、短路等属于最为常见的故障，这些故障都将威胁到配网系统的高效工作和运转。

2 并联电容器谐波放大原理

对于供电系统来说，谐波多数来自于电流源，其内部电阻通常较大，如果发现外部阻抗出现浮动、调整，则其电流则趋向稳定。供电系统整体上要承受一定的谐波源，主要来自于供电系统主体以及相关电力设备，以下分别为：电容器接线原理图、谐波等效电路图。

In-------谐波电流源，Xs，Xc，XL----------基波感抗

如果电流型谐波源有n次谐波分量，则会形成以下谐波电流源和谐波电流之间的关系：

Icn=nXsIn/ nXs+ nXL- Xc/n ，同时，谐波母线的电压可以用以下关系式表达：

对此可以总结出以下三个关系：

第一，如果XL-Xc/n2=0， 则有Icn=In，此时，电容器和串联电抗器之间将出现谐振现象，对应的电抗器的电抗值则会上升，对应所导致的谐波次数也将下降，简单说就是电抗率上升，对应的电抗器对谐波的控制程度就越低。

第二，如果Xs+XL-Xc/n2=0， 对应的电容器、电抗器等则可能出现并联谐振现象，谐波电流也将上升为极值。

第三，如果2Xs+XL-Xc/n2=0，则能够得出此点所对应的电容器组的谐波电流，为初始的放大点。

通过以上分析能够看出，供电系统和并联电容器与谐波之间的关系，也就是前两者对谐波的影响。

并联电容器组串联电抗器最常见的故障体现为：电容器烧毁，通过对变电站运行系统的高度模拟，能够从中发现故障成因。经过系统的仿真与模拟发现：如果变压器的两组电容器全部处于工作状态，因为他们有着类似的配置，因此，这两组电容器组如果并联，在相同的电容器支路，则有：XL、=XL/2，Xc、=Xc/2。按照特定的公式能够计算得出并联谐波次数，其数值大致为3，正是由于3次并联谐波的存在才导致谐波电流严重，从而导致电容器电流过大，甚至被烧毁。

3 并联电容器组串联电抗器的故障解决方案

3.1 科学选型串联电抗器

电抗器的配设要本着可以确保其所处的网络系统中占据较大比例的谐波分量的电抗值趋向于0，要尽量让谐波分量的感抗同于容抗，也就是要达到以下关系：：XL>Xc/n2， 整个系统中选择5次谐波，达到以下关系：XL>Xc/52=0.04Xc，现实的谐波控制中通常选择5次，对此适合串联电抗值达到6%Xc的电抗器，对于3次的谐波，则适合配置电抗值达到12%Xc。

其中需要重点关注的是，要区分开Xc与XL，二者不可相同，从而预防电磁谐振，控制过电压的出现，通常来说为了稳妥起见，可以尝试容抗更大的容抗，这样不仅可以回避谐振点，也有利于控制谐波。

通过科学的仿真能够得出，如果系统串联一个电抗值为6%的电抗器，将两个电容器组开启，整个系统可能出现三次谐波变大，此时则将造成电抗器受损、毁坏，同时，因为谐波源中谐波超出了特定范围，特别是5次谐波，此时如果依然串联6%的电抗器则可能加剧谐波共振，对此应该尝试提升电抗值，安装12%的电抗器，达到高度仿真模拟的作用。

3.2 调整串联电抗器的仿真

改变所串联的电抗器的电阻值，使其从1欧姆上升到2.17欧姆，以此来达到仿真的效果。表1分别成仙了各种电抗值条件下，对应所产生的谐波大小，具体如表1所示。

通过观察表1能够得出，当所串联的电抗器的电抗值达到13%时，则能够有效抑制谐波的产生，只有二次谐波出现了上升趋势，剩余的谐波值都相对稳定，这样就有效控制了谐波，控制了故障。

所串联的电抗器，其电抗值各自为6%，13%时，分别对比他们所产生的谐波电流，如果忽视3次谐波电流，则能够看到6%的电抗器更能有效控制谐波的产生。然而，当串联此电抗器以后，3次谐波却有大幅度上升趋势，从全方面进行分析考虑，最理想的电抗值为13%。

表2则为电阻值分别为6%与13%时，串联电抗器对应所产生的谐波大小，观察图表，凭借对比分析能够看到：综合对比，电阻值为13%时，谐波产生量更小，要稍好于电抗值为6%的电抗器。具体如表2所示。

综合分析得出，电抗器的电抗值的选择十分重要，通常13%的电抗值相对更具优势，相对于其他电抗值，能够最大程度地控制谐波，也能有效维护电抗器，保护其安全。

4 总结

经过以上实验可以总结出，要想有效地抑制谐波，控制电抗器故障，所串联的电抗器的电抗值十分重要，为了控制3次谐波，减少谐波电流，更适合选择电抗值为13%的电抗器，同电抗值为6%的电抗器相比，更具优势，可以有效控制谐波电流，从而维护系统的安全运行。在并联电容器组时，需要正确地配设电抗器。第一步则要掌握系统的谐波源、系统的相关参数等，再对系统进行仿真，凭借仿真结果来得出结论，最终实现对谐波的控制，减少故障的发生，维护电抗器的安全。

参考文献：

[1]陈家斌.电气设备运行维护及故障处理[M].中国水利水电出版社，

2003.

[2]朱海貌，夏晓波，黄锐.串联电抗器抑制諧波的分析[J].电力电

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