并联电容器组故障原因分析及对策_赵智民

1、第4期（总第193期）2015年8月山西电力POWERNo.4（Ser.193）Aug.2015SHANXIELECTRIC并联电容器组故障原因分析及对策赵智民1，柳兰泳2，杜（1.国网山西省电力公司运城供电公司，山西运城昭1041000）044000；2.国网山西省电力公司临汾供电公司，山西临汾摘要：针对某220kV变电站35kV并联电容器在运行中发生故障，通过分析电容器装置和主变压器故障录波图，利用等效电路图对谐波源位于系统侧情况进行了推导，并用该方法对本次电容器故障进行计算分析，证实了电容器组与系统发生了4次串联谐振，谐振过电压、过电流导致电容器故障。通过将第1组电容器电抗率提高到12%

2、，并再次对低压侧各次谐波阻抗进行计算分析，证明改变电容器组电抗率可以抑制4次谐波放大，避免再次出现电容器故障。关键词：并联电容器；谐波；串联谐振；电抗率中图分类号：TM53文献标志码：B文章编号：1671-0320（2015）04-0043-041.2故障设备简况故障前，220kV和110kV侧双母并列运行，35kV侧为双母分裂运行，35kV侧无其他负荷。故障时，站内无任何操作。35kVI母电容器配置如下：电容器装置型号为TBB35-10008/417-ACW，11号电容器配置电抗器电抗率为5%（电抗器型号为CKDGKL-35-167/1100-5W），12、13号电容器配置电抗器电抗率为12

3、%。35kVII母电容器配置与I母相同。1.3故障简况1.1故障经过220kV某站35kV11号电容器于2015年1月6日10时21分限时电流速断保护动作。现场检查发现该组电容器B、C相共6个电容单元爆裂燃烧。1.3.1一次设备试验11号电容器A相检查试验合格。B相一只爆裂，一只鼓肚，试验电容值为0，其余6只电容值测试。C相电容器6只损坏，如图1所示。电抗器外表熏黑，试验合格。避雷器检查试验合格。油浸全密封放电线圈外观正常，试验合格。断路器试验收稿日期：2015-05-22，修回日期：2015-06-10（1982）作者简介：赵智民，男，山西运城人，2009年毕业于太原理工工程师，从事变电设备

4、运大学电力系统及其自动化专业，维检修管理工作；（1990）柳兰泳，女，山西运城人，2012年毕业于太原科技助理工程师，大学电力系统及其自动化专业，从事电力安全生产工作;杜昭（1987），女，山西运城人，2013年毕业于华北电力从事电力营销工作。大学计算机应用专业，工程师，0引言并联电容器装置作为目前应用最广泛的无功补偿方式，在降低变压器和线路损耗、提高功率因数方面发挥了重要作用。然而由于谐波的存在，电1容器在补偿感性无功的同时可能导致谐波放大，甚至会发生系统谐振，导致电容器组的损坏。本文2通过对某220kV站电容器组故障进行了深入分析，并提出了相应建议。1故障情况合格。图1C相电容器故障情况&

5、#183;43·山西电力2015年第4期1.3.2二次设备检查保护动作情况：1月6日10时21分9秒，11号电容器组ISA359GD保护限时电流速断保护动作。保护检查情况：检查11号电容组保护定值与定值单一致，保护动作正确。对11号保护装置动作进行试验，限时电流速断、定时限过流、差压保护动作逻辑正确，出口时间正确。电流；Xch为h次谐波下并联电容器容抗；Xlh为h次谐波下串联电抗器感抗。在基波频率下系统电抗、并联电容器容抗和串联电抗器感抗幅值分别表示为Xs1、Xc1和Xl1，则有关系式如下2Xsh=jhXsl，Xch=-jXc1/h，Xlh=jhXl1Ush=即Uhs1c1l1（1）

6、2录波图分析通过对11号电容器保护装置录波图和主变故障录波图进行分析，故障过程分析结论如下。a）电容器故障前，电压发生畸变，电容器组流过4次谐波电流，B相电流值等于A、C相电流之和，相位相反。由变压器星三角转换关系可知，220kV侧、110kV侧应该是B、C相有4次谐波电流。在主变故障录波图中1号和2号变高、中压侧B、C相确有4次谐波电流，且大小相等，相位相反。因此，分析电容器组与系统发生串联谐振。b）谐振导致B、C相差压大幅增加，B相差压），C相达到167V（最高达到170.1V（二次值二次值）。谐振导致B、C相电容器故障。c）B、C相故障后，谐振条件破坏，B、C相发生相间短路。B相电流最高

7、达4.52kA（一次值），C相电流最高达达4.312kA（一次值）。限时速断电流保护动作，断路器分开，故障切除。即即即即s1Ush=Uhs1l1c1Ugh=Ugh=Uch=Uch=UhjhXs1-jXc1/h+jhXl12Uh2s12l1c1Uhs1c1l1Uhs1l1c1（2）（3）Ulh=Ulh=-jhXUhs1c1l1（4）2Uhjh2s12l1-Xc1Uhs1c1l1Uhs1l1c1Ish=Ich=Ish=Ich=（5）3谐波机理分析该站35kV侧无其他负荷，考虑谐波源位于电源侧进行分析3，其等效电路图如图2所示。IshXsh由式（1）至（5）可以得出如下结论。a）当h2Xl1-Xc1

8、=0时，并联电容器装置谐波电压Ugh=0，并联电容器和串联电抗器分别承受幅值相等、相位相反的谐波电压，此时电容器相当于理想的滤波装置。b）当h2Xl1-Xc1>0时，有Ush<Uh，Ugh<Uh，此时谐波得到抑制。c）当h2Xl1-Xc1<0时，有Ush>Uh，Ugh>Uh，在这种情况下h次谐波被放大。当h2Xs1+h2Xl1-Xc1=0时，系统、并联电容器和串联电抗器承受的h次谐波电压趋于无穷大，流过系统和并联电容器装置的h次谐波电流也趋于无穷大，在这种情况下系统和并联UlhUhUghUch图2等效电路图电容器装置发生了串联谐振2。图2中，Uh为第h次谐波

9、电压源；Ush为系统承受的h次谐波电压；Ish为本线路流经系统的h次谐波电流；Xsh为h次谐波下系统电抗；Ugh为并联电容器装置承受的h次谐波电压；Uch为并联电容器承受的h次谐波电压；Ulh为串联电抗器承受的h次谐波电压；Ich为流过并联电容器装置的h次谐波·44·4并联电容器谐波放大分析a）该站35kV母线分裂运行时三相短路容量，465.8MVA（最为916.57MVA（最大运行方式）小运行方式）。根据系统短路容量近似估算系统短）为Xs1=1.413（最大运路阻抗（系统等效阻抗2015年8月赵智民，等：并联电容器组故障原因分析及对策），Xs1=2.78（最小运行方式）。

10、行方式系统在35kV母线处等效阻抗，如表1所示。表135kV母线处等效阻抗谐波次数基波234567最大运行方式j1.413j2.826j4.239j5.652j7.065j8.478j9.891最小运行方式j2.78j5.56j8.34j11.12j13.9j16.68j19.46上述可知，此时4次谐波被放大。c）系统最大运行方式与电容器的等效阻抗，如表4所示。表4系统最大运行方式与电容器的等效阻抗谐波次数投第1组电容器第1、2组（第1、3组）-j70.855-j22.478j9.880-j3.274j13.593j24.530j33.9043组电容器全投基波234567-j136.422-j

11、55.224-j22.386-j1.638j14.274j27.768j39.880-j47.560-j13.352j6.789-j5.856j13.030j22.223j29.913b）35kVI母母线3组电容器参数，如表2所示。表235kV母母线3组电容器参数参数第1组第2组第3组电容/F21.95118.4418.44电感/mH23.07566.03866.038系统最小运行方式与电容器的等效阻抗，如表5所示。表5系统最小运行方式与电容器的等效阻抗第1、2组（第1、3组）-j69.488-j19.744j13.981j2.194j20.428j32.732j43.4733组电容器不同投退

12、方式下，35kV侧的等效阻抗，如表3所示。表3电容器组不同投退方式时低压侧等效阻抗谐波次数基波234567第1组第2组（第3组）第2、3组-j75.962-j22.429j2.327j19.890j34.574j47.820j60.243谐波次数投第1组电容器3组电容器全投基波23-j135.055-j52.490-j18.285j3.830j21.109j35.970j49.449-j46.193-j10.618j10.890-j0.388j19.865j30.425j39.482第1、2组3组全投（第1、3组）-j72.268-j25.304j5.641-j8.926j6.528j16.0

13、52j24.013-j48.973-j137.835-j151.9244-j58.050-j26.625-j7.290j7.209j19.290j29.989-j44.858j4.655j39.779j69.148j95.639j120.486-j16.178j2.550-j11.508j5.965j13.745j20.022567由表4、表5可知，对4次谐波，在最大运行方式下，投第1组、第1、2组（第1、3组）、3组全投时的阻抗分别为-j1.638、-j3.274、-j5.856，呈容性。对4次谐波，在最小运行方式下，投第1第1、3组组、第1、2组（）、3组全投时的阻抗分别为j3.830、j

14、2.194、-j0.388。电容器在故障时，3组全投，有-5.856<h2Xs1+h2Xl1-Xc1<-0.388，说明系统和并联电容器装置接近于串联谐振状态。由式（3）和（5）可知，Uch、Ich被放大，意味着4次谐波被放大。第1、2、3组电容器并联，可以得出流过第1组电容器承受的电压为Uch，流过的电流为I=0.73Ich，谐振过电压、过电流导致电容器故障。·45·本站电容器组的电抗率配置按照1组5%和2组12%进行配置4。由表3可知，在投第2组、第3组、第2、3组、第1、2组或第1、3组、3组全投时的阻抗对3次谐波都呈感性且较小，能够很好地吸收系统中3次谐

15、波；在投第1组、第1、2组、第1、3组、3组全投时对5次谐波阻抗较小，能够很好地吸收5次谐波。在投第1组、第1、2组、第1、3组、3组全投时的阻抗分别为-j7.29、-j8.926、-j11.508，对4次谐波呈容性，即h2Xl1-Xc1<0。由山西电力2015年第4期5改变电容器组配置抑制谐波放大由于4次谐波电流在第1组电容器投时存在4次谐波电流放大现象5，因此第1组电容在4次谐波下的串联电抗率K=>=6.25%，当K取c12%，则3组电容器支路参数如表6所示。表6电抗率为12%时3组电容器支路参数表参数第1组第2组第3组电容/F18.4418.4418.44电感/mH66.03

16、866.03866.038避免电容器组与系统发生串联谐振现象。6结论a）该站电容器按常规配置，11号电容器按照5%额定阻抗来抑制3次及以上谐波，12号、13号电容按照12%额定阻抗来抑制5次及以上谐波。该配置在投入11号电容器时，若系统存在4次谐波源时，电容器组与系统发生了串联谐振，谐振过电压、过电流是导致本次装置故障的原因。建议：在电容器设计时一定要考虑本站的谐波背景；在投运后，需要根据电网参数及谐波变化情况，定期对并联电容器及串联电抗器参数进行验算校核，及时做出适当调整，使装置远离谐振点。b）对该站加装谐波在线监测装置，对本站的谐波情况进行实时监视，掌握该站的谐波数据，从而制定谐波治理方案

17、6。c）该站35kVII母电容器配置与I母相同，建议将II母所投5%电抗器的电容器停运。d）通过将电抗率为5%的电容器组更换为电抗率为12%的电容器组，可以避免电容器组与系统发生4次谐波串联谐振。参考文献：123倪学锋，盛国钊，林浩.我国电力电容器的运行与改进建议J.电力设备，2004（9）：10-13.付伟，韩翔宇.并联电容器装置在谐波环境中的应用J.电力电容器与无功补偿，2012,33（6）：17-21.王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制和无功功率补偿M.2.北京：机械工业出版社，2005.4中国电力企业联合会.GB502272008并联电容器装置设计规范S.北京：中国计划出版社，2009

18、.56刘同同，刘连光.变压器直流偏磁谐波对并联电容器的影响分析J.现代电力，2012,29（1）：29-32.何可敬.一起电容组群爆原因彻查与对策J.自动化应用，2013（9）：88-91.按照改变后的参数，再次计算3组电容器不同投退方式时，35kV侧的等效阻抗，如表7所示。表7改变电容器组配置后35kV低压侧等效阻抗第1组第1.2组谐波次数基波234567（第2组、第3组）（第1.3组、第2.3组）-j151.924-j44.858j4.655j39.779j69.148j95.639j120.486-j75.962-j22.429j2.327j19.890j34.574j47.820j60

19、.2433组全投-j50.641-j14.953j1.552j13.260j23.049j31.880j40.162由表7可知，改变参数后的3组电容器支路对系统中3次谐波仍具有较小阻抗，能够很好地吸收。对系统中4次谐波，3组电容器不同投退组合时4次谐波阻抗呈感性，不会发生谐波放大现象。因此，将11号电容器组电抗率调整为12%，能够CausalAnalysisandCountermeasureoftheShuntCapacitorsFaultZHAOZhimin1，LIULanyong2，DUZhao1（1.StateGridYunchengPowerSupplyCompanyofSEPC，Yuncheng,Shanxi044000，China；2.StateGridLinfenPowerSupplyCompanyofSEPC，Linfen，Shanxi041000，China）Abstract:Inthispaper,accordingtotheaccidentoftheshuntcapacitorsina220kVsubstation,throughoutanalysing