电容器的电抗率选择 变电站电容器回路中的串联电抗率的选择
摘 要：介绍了变电站电容器回路的串联电抗器的作用和原理，结合工程实例，通过理论计算分析，为变电站电容器回路的串联电抗器参数设计提供参考。 关键词：电容器；电抗器；谐波；谐振
引言
在变电所10kV母线上接有广泛的电子、冶炼、变频、整流、换流等设备的用户，这些用户会大量产生谐波，这种谐波源将危害电力设备的安全运行；变电所为了电压调节和无功补偿的需要，变电站大量使用无功补偿装置-并联电容器组，同时它亦会产生谐波，这又是一个谐波源，两种谐波源的叠加，使谐波对电力设备的危害日益加剧。因此，变电站设计时，为了抑制谐波，电容器组普遍采用串6%电抗，但这样使三次谐波日趋严重，经常发生三次谐波超标现象，有的甚至影响到电容器组的正常运行。
电容器组接入系统后，其容抗与系统的感抗即构成具有某一固有频率的电容电感谐振回路，但系统运行方式或电网结构变化使系统感抗随之变化时，或当投切电容器组容抗随之变化时该固有频率也相应变化。如果以固有频率与高次谐波中的某次谐波中频率接近或吻合，则在电感（系统感抗）、电容（补偿装置）并联回路里引起该次谐波的电流电压放大，甚至谐振，使该次谐波在电力系统中的危害加剧，导致电气设备承受过电压和过过电流，直至设备损坏，造成停电事故。为了消除谐振，限制谐波电流的产生，就需要改变系统参数，以躲开谐振点。现在普遍采用的方法是在电容器组前串联电抗器。
1 变电站电容器组串联电抗器参数的选择依据
规程规定电容器组投切时，不得引起高次谐波发生谐振和谐波放大。电容器回路中的串联电抗值：
（1） 当考虑限制5次以上谐波时，电抗率为5%～6%；
（2） 当考虑限制3次以上谐波时，电抗率为12%。
实际上，按以上规定来选择电抗值是很粗略的。若不考虑系统的实际情况，采用这种方法虽然有时也能满足限制谐波的作用，但若不采取进一步措施，有时达不到预期效果。
2 工程实例
2.1串接5%～6%电抗，恰当选择分组容量
当变电站投入并联电容器装置后，防止了引起高次谐波放大和谐振，主要针对3、5、7次谐波而言，目前国内一般的防止谐振措施是在电容器中串接5%～6%的电抗器，使电容器支路对5次及以上谐波均呈感性，防止了5次及以上谐波的谐振放大，但却增加了3次谐波的放大倍率。
据调查，北京南苑变电站的62Mvar大容量电容器装置，等分成8组（均串接6%电抗）按电压自动投切。华北电力试验所研究的试验表明，当投入第二组电容器组时，电容回路的电压、电流的3次谐波分量分别达到11%和24.6%，电流波形严重畸变，电流表针快速摆动，出现谐振现象。后来把分组容量的配置给予改变，将其中一组容量由约8Mvar改为约7Mvar固定投入，其他各组容量和投切方式不变，从而破坏了谐振条件，保证了运行的稳定。还有张家口侯家庙变电站、保定高碑店变电站、天津陈塘庄变电站等均有出现过类似的谐振现象。经改变分组容量后，运行均正常。
引起高次谐波谐振容量Qx近似计算为：
Qx= Sd（ -A）(装有电抗器时) （2.1-1）
其中 A=XL/XC； （2.1-2）
Xc=1/2πfC （2.1-3）
不引起高次谐波谐振的条件：
Qx≠QfzN，N=1,2,3…，m （2.1-4）
其中 Qfz= Sd （2.1-5）
式中：Sd——低压电抗器和电容器所连接母线的三相短路容量；
n——谐波次数；
Qfz——电容器的分组容量；
N——分组数;
A——电容器装置每相感抗（XL）与容抗（XC）的比值。
上述解决谐振现象的方法是采用改变分组容量方法，即将其中一分组电容容量改小。解除谐振的原理是，根据上式，Sd和n值不变，但A值改变，因为电容器容量和容抗成反比，致使XC变大，A值变小，使谐振容量Qx变大，从而破坏了谐振参数条件。
2.2串接5%～6%和12%电抗率组合
当电网背景谐波为3次及以上时，电抗率配置有两种方案：全部配12%电抗率，或采用5%～6%与12%两种电抗率进行组合。采用这种措施一般都要经过理论计算，计算推导过程如下：
图2.2.1 n次谐波电流的等值电路图
In-谐波源的n次谐波电流；Icn-流入电容器回路的n次谐波电流；
Isn-流入系统的n次谐波电流；R-电容器回路电阻；nXL-电容器回路n
次谐波感抗；Xc/n-电容器回路n次谐波容抗；nXs-系统n次谐波感抗
n次谐波电流的等值电路如图2.2.1所示。
从n次谐波电流的等值电路图可得出：
(2.2-9)
例如，云南110kV天马变电站，规模为3台50MVA主变，经潮流及调压计算，在天马站装设30.06Mvar电容器进行无功补偿，均等分成6组 ( 5.01Mvar/组)，每台主变10kV侧母线带2组。
110kV天马变电站对装设并联电容器后谐波的放大情况，根据上式（2.2-9）计算结果如下表1和表2。
表1 并联电容器串5%电抗率3次谐波放大倍数
表2 并联电容器串12%电抗率3次谐波放大倍数
通过上述计算分析，当要求对3次谐波的放大倍数不大于2时，一组电容器采用串5%的电抗器，另一组电容器采用串接12%的电抗器，故该站电容器串接电抗器按5%和12%的电抗率进行组合配置，避免了3次谐波的放大，确保电网安全运行。
2.3串接0.1%～1%或不串电抗器
当电网中谐波含量甚少，如果电容器投入时涌流不致对回路设备造成损害，可以不装设串联电抗器，如果在变电站中电容器组追加投入时涌流比较大，为了限制涌流，则考虑串接0.1%～1%电抗器。