10kV并联电容器分相合闸策略研究

10kV并联电容器分相合闸策略研究

1李新雷2宋菲

（1身份证号：37132119840216XXXX；2上海鲁研电力设备监理有限公司山东济南250001）

摘要：随着我国电力企业的不断发展，在低压配电网的建设过程中，应用的无功功率补偿的主要方式是并联电容器。通过对目前低压配电网中并联电容器的运行数据分析发现，一般情况下为了满足电力系统的无功及电压要求，需要电容器在一天内投切数次来满足系统的稳定。但是因为目前电容器的投切策略主要是三相同时合闸操作，从而导致每相合闸时都具有一定的随机性，而合闸操作发生的涌流和过电压是影响电容器可靠运行的最主要两大危险因素。针对这些问题，我们下面通过对智能型的相控断路器，采用分相合闸技术来抑制断路器合闸过程对电容器造成的合闸涌流和过电压试验，从而希望能够帮助我国电力事业的稳定发展。

关键词：分相投切，合闸涌流，并联电容器，过电压，过电流

通过对我国目前采用的无功补偿电容器的自身补偿特点，本文首先提出对其中一相进行合闸操作，在进行第二相与合闸相的相电压为零时进行第二相合闸造成，然后经过5ms后在进行第三相的合闸操作。通过对分相控制策略的研究发现，由于需要控制两相电压相等时刻进行同时合闸，需要我们对控制精度的范围进行扩大，并且将会对控制精度造成一定的影响。因此，本文采用三相依次合闸分相控制策略，这样能够提升控制精度，达到我们采用两相同时合闸分相控制策略的两倍以上。

1投切10kV并联电容器暂态过程分析和分相控制技术

1．1合闸暂态过程

为了能够使我们上述设计的合闸过程进行简化分析，将其单相等效电路设计如图1所示。

图1单相等效电路

当我们设计的合闸时刻时间为0时，则可以得出电路微分方程：

其中式中的R、L、C分别为电源内阻，通过串联电抗器电感值和并联电容器组电容值。将式中的K设为理想开关，Us设为电源电压。其正弦电压为：

为了方便我们对其进行的分析，将回路中产生的电源内阻进行忽略。从而当电源电压为峰值时刻合闸，即合闸相角θ0＝90°时，这时合闸的涌流Icm和电压Ucm的幅值分别为：

合闸涌流表达式中的f为涌流震荡频率，f0＝50Hz为标准工频。因此在合闸涌流Ism中我们将其代表为工频电流值，U0为电容器的初始状态电压幅值。因此，我们通过以上两个公式能够计算得知，电容器的合闸过电压不会超过稳态运行电压的2倍，但是当f＞500Hz时电容器两端过电流可以超过稳态运行电流幅值的10倍。另外，当电源电压过零点时进行合闸操作，这时合闸相角θ0＝0°时，此时的合闸电压幅值和涌流分别为：

从上述两公式得出，当合闸相角为零时电容器两端的合闸电压和电流的幅值均得到了一定的降低。并且，其中合闸涌流不会超过稳定状态下运行电流的2倍，而合闸电压的幅值也略高于稳定状态下运行的正常电压。因此，我们通过上述计算能够清楚的得到，当对其采用过零合闸，即分相制合闸策略，能够大大的减少合闸涌流的幅值和过电压值。

1．2分相制投切电容器策略

为了更加清楚的判定电容器的投切策略，我们针对某变电站实际并联电容器的运行情况进行分析。其运行系统为星型中性点不接地系统。并且，我们通过对其电路理论进行分析能够得知，当我们对其中的一相进行合闸后，不会造成闭合回路，并且此时对电容器将不存在过电压和过电流。其中断路器选相合闸表现为图2所示。

图2断路器选相合闸

当我们设t1＝0．205s时刻进行电容器的投切A相，而在t2＝0．207s时刻，C相与A相的相电压为零，那么此时我们投切到C相，经过5ms（工频系统中为90度）后，这时得知的t3＝0．212s时刻，而此时的B相母线电压刚好过零点，而中性点电压也刚好过零，此时操作其进行投切B相。因为合闸时刻的电容器端电压都为零，这样能够大大降低电容器合闸涌流和合闸过电压现象的发生。并且假设断路器的控制精度是相同的，那么我们对A－C－B三相依次进行合闸操作，则整体控制精度将会达到单相断路器的控制精度。

210kV并联电容器模型的建立

为了对上述研究中的变电器并联电容器的运行数据进行分析，通过以上述变电站为例进行仿真研究，并且建立仿真模型如图3：

图3变电站并联电容器组仿真模型

2.1断路器随机合闸过程

我们通过在普通断路器的实验中随机合闸了5次，并且测得这5组实验数据，因为电容器的过电压和过电流会受到合闸相角的影响，因此在不同时刻的合闸得到数据也是相同的，但是其发生的过电流和过电压的大小都非常相近。因此我们对其中的1组样本数据进行研究分析，当随机合闸后的20ms内流过电容器的过电流为稳定运行电流的5倍左右。由仿真结果在合闸后的20ms内电容器两端过电压为稳定运行电压的1．5倍左右。而随机合闸电容器两端的最大过电压为稳态过电压的1．5倍，过电流为稳态运行电流幅值的5倍左右。暂态过程总的持续时间约为125ms左右。

2.2分相合闸过程

在本次仿真实验中采用分相投切策略。进行分相合闸策略下的过电流操作为，在合闸后的25ms之内过电流为稳态运行过电流2．2倍左右，暂态过程总的持续时间约为110ms。为了清楚了解三相过电流的结果，我们在进行分相合闸后的30ms内电容器两端的过电压约为稳态运行电压的1．2倍左右，暂态过程总的持续时间约为110ms。而分相合闸最大过电压为稳态运行电压的1．2倍，最大过电流为稳态运行电流幅值的2．2倍左右。暂态持续时间约为110ms左右。通过我们进行仿真实验进行分析，然后记录下随机合闸与分相合闸策略的比较，见表1。我们能够从表中清楚的看出分相合闸策略的过电压和过电流均比随机合闸的过电压和过电流小。并且这两种的投切方式暂态持续时间几乎相等。

表1随机合闸与分相合闸策略比较

结论

综上所述，随着我国社会经济的不断发展，对于电力系统的稳定性要求也在不断的提高，而针对低压配电系统中的并联电容器进行分析得知，分相合闸策略可有效减少电容器过电流和过电压的大小，并且有效的证明了分相合闸策略的有效性和实用性，从而为我国的电力事业发展做出贡献。

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