关于GB 50227《并联电容器装置设计规范》的专题研究

关于GB50227-1995《并联电容器装置设计规范》的专题研究为了给修订国家标准GB50227--1995《并联电容器装置设计规范》提供依据，有关单位先后对谐波抑制对策、操作过电压保护、电客器和电客器组保护3项专题进行了课题研究，文章对3项专题研究的概况、主要内客、研究结论，以及研究成果在工程中的推广应用等作了简要介绍，并对此3项专题进行的深入研究提出了建议。西南电力设计院是国家标准GB50227-1995《并联电容器装置设计规范》的主编单位，为了解决该标准送审稿审查时遗留的抑制谐波措施、操作过电压保护、电客器和电客器组故障保护3个问题，并为标准修订时补充和完善标准条文，由西南电力设计院牵头组织了专题研究，并分别委托3个科研单位进行专题研究。第一个专题“并联电容器装置的谐波响应与抑制对策研究”由中国电力科学研究院承担；第二个专题“并联电容器组操作过电压及其保护研究”由武汉高压研究所承担；第三个专题“并联电容器内部故障保护的研究”由浙江省电力试验研究所承担。现分别对3个专题的研究情况作一介绍。1谐波抑制对策1.1专题概况该专题研究从国家现行标准和现有研究成果着手，对电容器组谐波电压、谐波电流进行了计算和校验，对电容器组投入引起的电源侧谐波电压放大和谐振容量进行了计算，对不同电抗率配置抑制谐波放大效果进行了计算，同时，对一些特殊情况（可变电抗率串联电抗器、电抗器退出运行、电容器组缺台运行）进行了计算分析。1.2主要内容电容器组的谐波电压的谐波电流计算、电源侧的谐波电压放大和谐振容量计算，都是为了合理地配置电抗器，达到有效地抑制刘东淑放大，使电容器组安全运行。计算分析主要考虑3、5、7、11次含量较高的谐波，将谐波电流放大等于2时的轻度放大作为安全线，电抗率K取值为0%、0.1%、0.5%、1%、4.5%、5%、6%、12%、13%，电容器组投入运行后反映的是s=QC/Sd的变化，其中Qc为投入运行的电容器组总容量；Sd为电容器组母线短路容量。s值的变化范围为0.5%~5%。分析计算结果可以看出：（1）对于3次谐波。当电抗率K为2%、3%、4%、4.5%、5%、6%时的放大更为严重。当s逐渐变大时，谐波电流的放大倍数也逐渐变大。当K为6%，s接近5%时，放大倍数已经大于25；而当K为0%、0.1%、0.5%、1%、12%、13%时，则不会出现3次谐波电流的严重放大。（2）对于5次谐波。当电抗率K≥4%时，不会出现谐波电流严重放大的情况；当K＜4%且s变化时，下列范围内会出现谐波电流严重放大现象：①K=0，s在2%~8%时；②K=0.5%，s在1.75%~7%时；③K=2%，s在1%~4%时；④K=3%，s在0.5%~2%时。（3）对于7次、11次幅值较小的谐波。当电抗率K值很小时会发生谐波电流放大，危险区如下:①7次谐波，K=0，s在1.02%~4.08%时；K=0.5%，s在0.77%~3.08%时。②11次谐波，K=0，s在0.5%~1.65%时。对几种特殊情况的分析如下:①退出电抗器运行。这种情况相当于K=0，流入系统的谐波电流被放大了，对于3次谐波放大不严重；对7次、11次谐波虽然也被放大了，但一般都能够被接受；对于5次谐波放大严重，必须注意。在5次谐波含量较大的系统，电抗器不能退出运行。②具有可变电抗率的电抗器（有中间抽头）。采用这种电抗器的可能性是存在的，但具体情况要具体分析，如查明电网的背景谐波次数、s值范围。总之，调节电抗器抽头，改变K值，应基于对电网背景谐波含量和系统阻抗的分析测试，改变后也要对安全性进行测试。增加电抗器抽头，会增加设备投资，而可用率并不高，实施时应慎重。③电容器组的缺台运行。电容器组缺台运行的可能性是存在的，也要具体情况具体分析，因类缺台运行引起缺台相的谐波放大，谐波放大的影响因素与电抗率值、电网背景谐波含量、缺台数量有关，应避开谐波放大的危险范围。1.3主要结论（1）电网背景谐波含量有加大趋势：①当3次谐波含量超过国家标准规定40%的限值时，电抗率K宜选取12%或12%与4.5%~5%2种电抗率混装的方式。采用2种电抗率混装的方式可抑制2个以上的主谐波。其好处是可节约工程投资、减少电抗器自身消耗的容性无功；其缺点是设备和零配件多1个品种、不同电抗率的电容器组有投切顺序要求。采用这种方式时，在准备电容顺备品和熔丝备品，以及运行操作时均较麻烦。②当3次谐波含量小于40%限值时，K值可选取0.1%~1%，但对5次谐波放大应在允许范围之内。（2）电网背景谐波为5次及以上时。当5次谐波含量超过国家标准规定的40%限值时，电抗率推荐值为4.5%~5%，不采用K为6%的电抗器。当谐波源来自电容器侧时，则采用K=5%；当谐波源来自变压器高压侧时，则采用K=4.5%。（3）在电网有谐波的情况下，电抗率K≤4%时，对于5次谐波存在谐波电流严重放大的s区段应于避免；5次谐波含量较大时，采用K≤4%的电抗率应特别慎重。（4）由于集肤效应的作用，电网有谐波时电容器的实际过载能力会下降。影响过载能力的因素包括电容器结构和谐波参数。建议：过电流能力按额定电流的1.15倍（未考虑电容值偏差），过电压能力按基波电压和各次