3低压电容器串联电抗器烧毁原因分析
4低压并联电容器装置中串联电抗器的选用
电容器组串联电抗器烧毁的原因分析与建议
安装并联电容补偿装置是提高电网功率因素、改善电压质量、提高电网安全运行的重要手段。但
是，如果无功补偿装置的安装背景有谐波注入，而电容器组参数匹配不当或同时投入运行的电容器组组
合不当，就会引起通过电容器组的谐波电流放大或是引起系统阻抗和电容器组发生并联谐振，致使电
容器或电抗器过流、异常发热、损坏，影响电网的安全运行。本文通过对yi起电容器组串联电抗器烧毁
的故障情况进行定量分析，提出几点建议，以改善该变电站电容器、电抗器经常毁坏的状况。进线电抗器
1事故概况
某220 kV变电站35 kV系统主要是为矿区供电，其主接线如图1所示。近几年来，该站35 kV系
统安装的无功补偿装置经常出现电容器、电抗器毁坏事故。2006年12月15日，该站1台运行的2号
电容器组串联电抗器着火并烧毁，烧毁前后无保护动作信息。着火时该站的运行方式为2台主变运
行，35 kV双母线并列运行;2号和3号电容器组投入运行，1号和4号电容器组备用，当时系统运行方
式简图见图l0 2台主变并列运行时，35 kV系统zui大方式的短路阻抗为1. 81 }，zui小方式的短路阻抗
为2. O1几单台主变运行时，35 kV系统zui大方式的短路阻抗为2. 95几zui小方式的短路阻抗为3. 2 }o
根据广西电力试验研究院有限公司(简称试研院)2006年8月到该站进行谐波测试的报告，该站
存在3次、5次、7次、11次、13次等多种谐波源，且某条出线中还存在较为少见的有较大突变值的4次
谐波和某间次谐波源，谐波背景较为复杂。因此，该起事故的原因初步判定为谐波引起，可能是注入该
电容器组的谐波电流被放大或是某次谐波引起电容器组谐振致使电抗器过流、过热，且在过流过热初期
保护装置又不能迅速动作切除电容器组，导致电抗器着火。进线电抗器
2谐波引起电容器组过流或谐振的定量计
算分析
当时运行的2组电容器中，2号电容器组每相额定容量4 000 kvar，实测容抗117. 09几电抗器每
相额定容量200 kvar，实测感抗6. 216几实际串抗率K2=5.31 0o0 3号电容器组每相额定容量5 000
kvar，实测容抗96. 42几电抗器每相额定容量300kvar，实测感抗5. 93 };实际串抗率K3=6. 1500}
3电容器组继电保护装置不动作的原因平波电抗器
分析
该站电抗器的毁坏，除了谐波引起过流或过压导致过热之外，保护装置在过流过压时不能及时动
作，也是电抗器毁坏的间接原因[‘]。目前，本地电网的电容器组多为单星形接线的并联电容器组，其
保护配置大致有速断保护、过流保护、压差保护、电压不平衡保护、过压及低压保护等，经分析，这些保
护对电抗器故障(除对地故障外)都不起什么保护作用。
3. 1电压压差保护
电压差动保护只是从电容器shou尾两端取信号，只有当电容器有故障时，才会有电压信号出现。因
此，只要电容器不发生故障，即使串联电抗器全部短路，电压差动保护也不会动作。
3. 2不平衡电压保护
在单星形接线的电容器组中，当某相电抗器发生故障时，串联电抗器就会引起三相回路阻抗的不平衡，从而
中性点电位发生偏移，三相开口三角出现不平衡电压。但由于每组电容器容抗远大于电抗器感抗，根
据每台电容器组内部不同的小电容元件的并联个数CM)和串联个数(N)，不平衡电压保护整定值取值
范围yi般为0. 08yi0. 15倍的相电压。通常，如果1台电容器组内部有1个或几个小电容元件出故障
后，三相所出现的不平衡电压对于电抗率为6%及以下的电抗器故障所出现的不平衡电压要大得多，
因此，电抗率为6%及以下的电抗器故障保护不会动作。对于电抗率为12 0 o -' 13%的电抗器故障，保
护即使动作时电抗器也已濒临短路，甚至处于保护死区。进线电抗器
3. 3过电压保护及低电压保护
过电压保护和低电压保护所取的电压是从系统母线上取的，并根据母线电压的升降情况做出反应。
电抗器烧毁对母线电压没有影响，因此这两种保护也不会动作。平波电抗器
4结语
根据2006年8月份试研院到该站进行谐波实测的结果，该站35 kV系统3次、5次、7次谐波较为
严重，同时在yi条用户线路电流中还发现有4次谐波的突变值以及某次间谐波源，说明该站的谐波背
景较为复杂。同时，由于试研院测到的谐波值只是某yi个时段的谐波，有些用户还没正常生产，因此该
结果还不能全面反映该站的谐波源情况。为了使该站的谐波能得到有效的治理，以避免本文类似事故
的再次发生，在此提出以下建议:
①尽快在该站安装谐波在线监测的装置，以便更好地掌握该站的谐波情况，有利于拿出yi个较好
的谐波治理方案。进线电抗器
②该站4组电容器的串抗率是yi个值得注意的问题，所串联的电抗器如果和电容器匹配不当，很容
易引起谐波放大或谐振，如3号电容器组的实际串抗率为6. 1500，该组电容器本身就很容易引起4
谐波串联电抗器谐振。根据实测结果，该站35 kV系统用户线路电流中确实存在4次谐波源，并且4次谐波
还出现突变现象。还有，yi般认为不会存在或少量存在的3次谐波，在该站的某条用户线路中也出现
了超标现象。因此，本文认为，早几年电容器组的参数设计有可能已不适合现在用户负荷的发展情况，
在此请相关专家或单位根据实际情况重新校核或设计相关参数，必要时应进行电抗率的偏差计算。
③鉴于该站这几年来经常出现电抗器和电容器毁坏的情况，在该站的谐波问题得到较好治理之前，
应注意综合考虑该站4台电容器组的组合投退问题和该站主变的运行方式，应尽量避免同时投运的电
容器组本身产生并联谐振以及和系统产生并联谐振，避免谐波放大系数过大，如2台主变分列运行
时，应避免2号和3号电容器组同时投运，因为此时的谐波放大系数很大。平波电抗器
①注意电抗器的保护。据以上分析，目前的串联电抗器几乎处于无保护状态。背景谐波较严重的
变电站，在谐波得到较好的治理之前，值班员应将电抗器作为巡视的重点设备，特别是在负荷高峰期，应
增加电抗器巡视和红外测温的次数，以便及早发现电抗器故障并及时切除电容器装置，避免事故扩
大。不过，要从根本上解决问题，就应对该站进行谐波治理，给串联电抗器安装如高温报警、端电压保护等保
护装置。
电容器装置中串联电抗器的作用及其选择
电力系统中很多串联电抗器电气设备是高次谐波的发生源，其产生的高次谐波往往引起系统电压波形的畸变，污染电
网。谐波电压如果作用于电容器组上，危害更大。其解决办法yi般是在电容器组上加装串联电抗器。其作用
是抑制高次谐波和限制合闸涌流，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。但是串联电抗
器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。本文着重就串联电抗器抑制
谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法C1 ?71串联电抗器的功能与作用平波电抗器进线电抗器
1. 1高次谐波对电容器组的危害
由于容抗与电源频率成反比，当高次谐波电压作用于电容器组时，高频率谐波使电容器容抗减小，通过电
容器内的电流增大;换言之，在基波电流的基础上又增添了电流谐波分量，这样波形势必发生畸变，使系统阻
抗产生谐波过电压叠加于原电压上，造成电压波形畸变放大叫。同时，通过电容器组的电流还与其电容量有
关，容量愈大，容抗愈小，进而使电流更大，故在投入大容量电容器组时，上述畸变过电压更为严重。谐波过电
压不仅会使系统电流、电压的波形发生畸变，还会造成电能质量变坏、电气设备损耗增加、电气设备出力降低
等危害。特别是因高次谐波激发引起谐振的情况，极易导致电容器过负荷、发热、振动及异常噪声直至zui终被
烧毁，同时还可能引起过流保护误动作、熔断器熔丝熔平波电抗器断、串联电抗器电容器组无法合闸等川。
纯电容回路在投入切换瞬间，电容电压不能突变，有可能出现非常大的涌流，从而损坏电容和该回路中的
断路器、接触器等电器设备川。而电抗器在回路投入切换瞬间电流不能突变，人们有意识地在电容回路中适当
串入电抗器，可以限制电流的突然增大，保护电器。
1. 3电容回路中串入电抗器可防止谐波放大进线电抗器
通常认为负载电路是感性电路，补偿电容并联在负载电路上有可能出现并联谐振。理想状态下使并联谐
振点在基波频率上，实现完全补偿，此时功率因数为1,但实际由于负载及线路经常变化，做不到完全补偿。过
补偿会使整个电路显容性，对电网产生不利影响，因此yi般都是欠补偿，功率因数大于U. 9而小于1Co7。这样
并联谐振点大于基波频率。电路中谐波电流的频率若与谐振点yi致，就会被放大。串入电抗器的补偿电容支
路，虽然与负载电路并联，也有可能出现并联谐振，但可以通过改变电感量，控制串联支路的谐振点，对大于该
谐振点频率的谐波该回路呈感性，就不会与负载电路形成并联谐振，从而避免谐波放大现象发生。串联支路谐
振点不随负载变化，易于控制川。2串联电抗器的选择平波电抗器
2. 1电抗率的选择
电容器装置侧有谐波源时的电路模型及参数在同yi条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时(略去电
阻)，并联电容器
2.2电抗器安装位置的选择
如果电容器组为三角形接线，串联电抗器yi般皆须安装在电容器组的电源侧，该接线必须要求电抗器具
有较高的机械强度，因为在母线短路或者在电容器击穿短路时，电抗器将要承受很大短路电流的冲击;如果电
容器组为星形接线，串联电抗器yi般皆安装在电容器组的中性点处，那么对其机械强度的要求可以些许放宽
yi些，因为此时在任意处发生短路故障，都不至于危急到串联电抗器。另yi方而必须指出的是，如果变电所母
线安装有两组及以上并联电容器组，此时恰由于某种原因仅在yi组电容器上加装了串联电抗器时，就必须要进
行审慎的核算，以防比在产生并联谐振时，过大的谐波电流使电容器及电抗器烧毁，〕。
4结语进线电抗器
电容器装置中串联电抗器的选择必须慎重，不能与电容器任意组合，更不能不考虑电容器装置接入处的谐
波背景。对于己经投运的电容器装置，其串联电抗器选择是否合理需进yi步验算，并组织现场实测，了解电网
谐波背景的变化。对于电抗率选择合理的电容器装置不得随意增大或减小电容器组的容量;对于电抗率选择
不合理的电容器装置必须更换匹配的串联电抗器叫。电能质量的综合治理是系统工程，必须遵循谁污染谁治
理、多层治理分级协调的原则yak
低压电容器串联电抗器烧毁原因分析
问题的提出
在无功补偿装置中，yi般都装有串联电抗器。其作用是限制合闸涌流，抑制供电系统的谐波的过
度放大和发生谐振，从而保护电容器。电抗器在无功补偿装置中的作用是非常重要的，若电容器与电
抗器的配置不当，则会烧毁设备，威肋、系统安全。因此，正确选择串联电抗器与电容器器的参数，才能
避免某次谐波的严重放大甚至发生谐振，不至于危及装置与系统的安全。下面具体介绍串联电抗器的
作用，选用串联电抗器的正确方法，以及电容器与电抗器的配置不当造成电抗器烧毁事故实例，供同
行参考。
2串联电抗器的作用
2.1限制合闸涌流
当投入新的电容器组，使其与正在运行的电容器组并联运行时(通常称为追加投入)，可能产生
幅值很大和频率很高的瞬时过电流，即电容器组的合闸涌流。涌流的大小决定于回路的参数。应限制
涌流的峰值，使其不超过100倍电容器额定电流，合闸涌流计算如下。
2.2防止谐波放大
接入母线的无功补偿用电容器，串联电抗器电容与电力系统组成并联谐振回路。如果流过某次谐波，使电容
与系统达到电抗器谐振，电容会流过很大的谐振电流，可达数十倍原电网谐波电流，电容器端电压也将产生
很高的过电压。此种现象称为谐波放大。
低压并联电容器装置中串联电抗器的选用
愈来愈多的大功率可控硅整流装置作为拖动和电抗器直流电源，串联电抗器其产生的谐波对于系统的影响日益严
重。谐波电流叠加在电容器基波电流上，使电容器电流的有效值增大，温升增高，甚至引起过热而降
低电容器的使用寿命或使电容器损坏。谐波电压叠加在电容器基波电压上，不仅使电容器电压有效值
增大，并可能使电压峰值大大增加，使电容器运行中发生局部放电。然而，电容器能将谐波电流放
大，不仅危害电容器本身，而且会危及电网中的电器设备，严重时会造成损坏，甚至破坏电网的正常
运行。进线电抗器
为了限制合闸涌流及防止谐波放大，往往需要在电容器组中串联电抗器yi定电抗率的电抗器，若其参数
选择不当，电容器组会对系统的某次谐波电流起放大作用，从而使系统的运行环境造成严重的影响。
因此，合理配置电容器容量，正确选择电抗器，避免电路参数匹配不当而发生串联、并联谐振，才能
保证电容器、电抗器和整个电网的安全运行。
1无源滤波的原理
使用电抗器与电容器串联，组成yi个Zc串联谐振电路，把该电路并联在电网中，构成yi个zui基本
的无源滤波回路[1j，其等效电路如图1所示。
2串联电抗技术参数的选取
串联电抗器的参数选取必须根据电容器参数和系统谐波类型综合考虑、统yi安装，以免因配置不
当造成电容器容量万损和谐波放大。进线电抗器
2. 1额定电压认
电抗器与电容器串联，则有:价=X} " I, U:二XL·I, K=XL江〔，认二U}·Ko
式中:I为电抗器与电容器串联回路中的电流;h为电抗率。
从上式知:串联电电容器抗器的额定电压U:与串联电抗率K、电容器的额定电压U}有关。
2. 2额定容量S}
S,万U, I , U,yiUr·K, S,万U}KlyiS}Ko 由此可见，串联电抗器额定容量S:与并联电容器的额定容量S}及电抗率K有关。
2. 3电抗器的选取
对于铁芯电抗器，必须选择磁通密度较低的[[3]r若串联电抗器的铁心工作磁密选取过高，由于铁心
饱和，而使电抗器实际运行电抗值偏低。由于系统参数及谐波成分的变化，铁芯电抗器电抗值不稳定，
为了防止可能出现的铁磁谐振，yi般选用空心电抗器。干式空心电抗器和干式磁屏电抗器，是当前串
联电抗器的zui佳选择。平波电抗器
2. 4额定电流的选择
串联电抗器额定电流不应小于所连接的电容器组额定电流，其允许过电流值不应小于电容器
组zui大允许过电流[+}。电抗器与电容器组串联连接，应使电抗器额定电流不小于电容器组zui大允
许电流。进线电抗器
2. 5电抗率的选择
额定电抗率K为装置中串联电抗器的感抗与电容器组容抗的比值，即K=XL/X}o
由图1可知并联谐波阻抗Zn，当Zn-0，即从谐波源输入的阻抗为0，表示电容器装置与电
网在第。次谐波发生串联谐振，可得电容支路的串联谐振点。yi饵/仄=1/}。当电网中存在的
谐波不可忽视时，则应考虑使用调谐电抗器[}s 7其电抗率可选择得比较大，用以调节并联电路的参
数，使电容支路对于各次有威胁性谐波的zui低次谐波阻抗为感性，根据式。=1沥，可得K>1加z。对
于谐波次数zui低为5次的，应有K> 1/5z。这就是说选择大于4%电抗率的电抗器时，可以限制电容器
投入时的合闸涌流，而且能够有效防止电容器投入引起的5次及以上次谐波的放大。考虑到电抗值
应有yi定的裕度，故应引入可靠系数，yi般取值范
围:1. 2yi1. 50
通常情况下，电抗率在0. 1%^-1%之问的电抗器用于限制涌流;电抗率在4. 5%以上的电抗器用于
谐波抑制回路[[6]
电抗器电抗率的选择原则:平波电抗器
(1}系统中3次谐波含量已超过或接近于标准限值时，宜选用串联12 %^-13%的电抗器。
(2)系统中5次谐波含量已超过或接近于标准限值时，宜选用串联4. 5%^-6%的电抗器。
(3)系统中以3次、5次谐波成分为主，且两者含量均较大时，宜采用电抗率为12 %^-13%与电抗
率为4. 5%^-6%的电抗器混装方式或采用串联3%左右的电抗器。
(4)系统中以3次、5次谐波为主，且含量较小时，可不串联电抗器;也可选用0. 1%^-1%电抗器。
(5)当电网中含有多种谐波成分，且都具有较大含量时，串联电抗器的选用，应使电容器支路对
于在较大含量的各次谐波中的zui低次谐波总阻抗呈感性，此时该电容支路对于较大含量的各次谐波均
不会产生放大作用。平波电抗器
(6)当电网的背景谐波未知的情况下，电容装置选用阻尼式限流器，限流器中串联电抗器的额定
电流按电容器组的zui终容量考虑选择。谐波的防止应在谐波源就地治理。
结语
并联电容器组串联电抗器是抑制谐波电流放大的有效措施，其引起谐波放大的原因是电容器回路
在谐波频率范围内呈现出容性，若在电容器回路中串接电抗器，通过选择电抗值使电容器回路在zui低
次谐波频率下呈现出感性，就可消除谐波放大。
低压并联电容器装置中串联电抗器的选择必须慎重，串联电抗器根据接入处的谐波背景选择适当的电抗率，
再根据电容器组的额定电压、额定容量及电抗器的电抗率选择电抗器的型号、参数，选择不当会引起
电容器和电抗器的损坏。统报文传输的时延确定性，可以从以下儿个方面考
虑采取合理措施:
y当端节点的CPU利用率较高时，中断响应时问和通信处理任务执行出现较大时延，不能满足分
布式保护系统报文传输关键应用的报文传输时限要求。为此，端节点的硬件和软件运行环境必须仔细
选取，正确配置。例如，缓冲区大小、CPU处理能力、实时操作系统的中断处理能力以及任务调度算
法等。
(2)当网络轻载时，分布式保护系统报文传输通信采用传统的交换机能够满足时延确定性要求，
但是网络重载时，交换机内可能出现较大的排队时延。因此，在交换机内有必要引入相应机制来
处理来白不同源节点、有不同时延确定性要求的报文。
(3)当端节点处的突发通信流量较大时，节点内可能出现较大的排队时延。因此，有必要在端节
点的MAC层引入合理机制，提高端节点内报文传输时延的确定性。
4结语
DG接入配电网后，原有的按时问配合的保护系统在短路故障发生时会出现不正确动作。因此，基
于通信网络的分布式保护系统被提出来用以解决此种情况下的故障定位和隔离问题。这种分布式保护
系统中，保护工ED相互通信协作并利用全网多点电气信息，串联电抗器从而综合判断故障区域和动作隔离故障区
段，这样分布式保护系统需要yi个实时可靠的通信网络。
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