课程结业论文
高压并联电容器的过电压及
防护
中国·大庆 2011 年 11 月
摘要
讨论电容器，电容器各种稳态过电压，过电压系数的计算并提出防止电容器，电容器
过电压，过电压的对策，包括避雷器的多种结线方式，结线方式的选择。（Abstract： All kinds of steady-state over voltage coefficient of capacitor bank are calculated, and the countermeasures for prevention of capacitor over voltage, including the selection of arrester connection modes ,are also proposed. It can be used to reference for designe in mode selection and performance improvement.）
关键词： 电容器； 稳态过电压系数； 结线方式；结线方式（Keywords： capacitor; steady-state over voltage-coefficient; mode of connection）
目录
摘要 .................................................................... - 1 - 1绪论 ................................................................. - 3 -
1.1 内部过电压的概念 ............................................. - 3 - 1.2 内部过电压现象分析 .......................................... - 4 - 1.3 过电压的倍数及防止措施 ...................................... - 4 - 2稳态电压升高的分析 ................................................. - 4 -
2.1 稳态电压的升高 .................................................. - 4 - 3 电容器组过电压及避雷器 ............................................... - 7 -
- 2 -
3.1 电弧重燃过电压 .............................................. - 7 - 3.2 避雷器的选择 ................................................ - 8 - 3.3 电容器组断开时的过电压及避雷器的配置 ........................... - 8 - 4 总结 ..................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................... - 10 -
高压并联电容器的过电压及防护
1绪论
1.1 内部过电压的概念
内部过电压是由于操作（合闸、拉闸）、事故（接地、断线）或其它原因引起电力系统的状态发生突然变化，将出现从一种稳态转变为另一种稳态的过渡过程，在这个过程
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中可能产生对系统有危险的过电压。这些过电压是系统内部电磁能的振荡和积聚引起的，所以叫做内部过电压。
内部过电压可分为操作过电压和谐振过电压。操作过电压出现在系统操作或故障情况下; 谐振过电压是由于电力网中的电容元件和电感元件（特别是带铁芯的铁磁电感元件）参数的不利组合谐振而产生的。内部过电压的幅值约与额定电压成正比，出现内部过电压时，三相电压表有规律快速大幅度摆动，使电压互感器激磁电流增加到几十倍，造成高压保险器熔断，甚至导致电压互感器烧毁。它区别于外部过电压之处，在于外部过电压是一种对设备的直击雷过电压，或是雷击于设备附近在设备上产生的感应过电压。两者过电压均是较高的，都可能引起绝缘弱点的闪络，引起设备绝缘损坏，甚至烧毁。
1.2 内部过电压现象分析
谐振过电压
当谐振过电压出现在中性点不接地系统中时，根据相电压的特征，可分为以下三种情况:
（1） 相电压特征是一相电压低，但不为零，两相电压升高，超过线电压，表针打到头（不超过3倍相电压）或两相电压低但不为零，一相电压高，表针打到头。这种特征的出现是由于存在基波谐振，产生谐振过电压，电压最低相为接地相。 （2） 相电压特征是三相依次轮流升高，并超过线电压（不超过2倍相电压），表针打到头，三相电压表指针在相同范围内低频摆动。此种情况属于有分频谐振的谐振过电压。
（3） 相电压特征是三相同时升高，有的相超过线电压，表针打到头，结果可判断为: 产生高频过电压。 操作过电压
操作过电压一般产生在下列情况: 合空载线路、切断空载变压器或电抗器、空载变压器突然合闸、开关非全相拉合闸（包括非同期动作）或刀闸、熔断器非全相动作等。
1.3 过电压的倍数及防止措施
根据不同类型的内部过电压，可采取不同的限制措施。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，进步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。
2稳态电压升高的分析
2.1 稳态电压的升高
(1) 电容器装置接进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 Kl=( Ucg +ΔU)/Ucg
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ΔU为电压升高值(kV)；Uzm为电容器装置未投进时母线电压(kV)；Qc为接进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) 电容器组接进电抗器后，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活动，不流进电网，只要电容器母线上没有谐波源，很少有三次谐波，电容器组投进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=1.5×0.04X?C=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，计算式要从傅里叶级数得知，然后计算非正弦电压有效值。
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U的数值为2*5%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
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