E书联盟www.book118.com\n涌流最大值出现在 sinωt=1,sinω0t=1 时,即\n\n设电网的额定电压为 UN,电容器组安装处母线的三相短路容量 SdL 为\n\n三相电容器的额定容量 QN 为\n\n将式(5-10),式(5-11)代人式(5-9)可以得到便于计算的公式\n\n式中 Xc-电容器组的容抗; XL-短路处的短路感抗. 【例 2】某 10kV 电网中装有并联电容器组,其容量 QN-10000kvar,电容器组安装处的短路 容量从.为 500MVA,试计算投入电容器时的涌流倍数 K 及频率| 0. 解:由式(5-12)得 K=Icm/Im=[1+√(SdL/QN)]=1+√(500/10)=8.1(倍)\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\n由式(5-11)得 Im=√2I=√2QN/√3UN=810 Icm=KIm=6600(A) 由式(5-10)得 fo=f(K-1)=7.1f=355(Hz) 由计算可知, 对断路器而言, 单相电容器投入时的涌流并不大, 一般不会给断路器造成危害. (2)并联电容器组投入时的涌流. 并联电容器组投入时的涌流. 在电网中,为了调节无功功率的方便,有时将电容器分成几组,每组电容器由一台断路器来 控制,其接线如图 5-5 所示.由于各组间为并联,故称为并联电容器组.\n\n图 5-5 并联电容器组接线图 并联电容器组第一组电容器投入时的涌流与单组电容器投入时的情况相同, 主要决定于母线 的短路容量 SdL 与电容器组的容量 QN,可由式(5-12)计算. 第一组电容器投入后,第二级电容器再投入时,除由电源对电容器产生涌流外,已充电的第 一组电容器也要向第二组电容器充电,形成涌流.由于两组电容器的安装位置相距很近,其 间电感很小,通常只有几个微亨,因此,投入第二组电容器时,由于第一组电容器向第二组 电容器充电会产生很大的涌流,比投入第一组时要严重得多.若有更多级电容器,同理,后 投入者的涌流将更大. 现没有 n 组电容器, 计算最后一组即第 n 组投入时的涌流. 因在电源电压为最大值几时投入 涌流最大,所以取 e(t)=Em.计算时进行下列简化: l)电源产生的涌流暂不考虑. 2)将母线电感 L1 合并到各电容器的接线电感 L2 内,总电感为 L,L=L1+L2.等值电路的简化 过程如图 5-6 所示,最后得到图 5-6(c)所示的电路.\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\n当断路器 QFn 投入时, 已充电的 (n-1) 组电容器要对第 n 组电容器充电. 根据图 5-6 (c) , 各级电容器上稳态电压 UC 为 Uc=Em(n-1)n (5-13) 由于充电电路中有电感,充电过程具有振荡形式,第 n 组电容器电压 μc 为 uc=Em(n-1)n(1-cosωot) ((5-14) ω0=1/(√LC) (5-15) 涌流 ic 为\n\n图 5-6 并联电容器组涌流的计算 (a)等值电路图; (b)简化电路图; (c)最终简化电路图 电压 μc 与涌流 ic 的波形如图 5-7 所示.\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\n图 5-7 μc 与 ic 的波形图 当 sinω0t=1 时,涌流达最大值 Icm,即 Icm=Em/√(L/C)[(n-1)/n] (5-17) 式中 n-并联电容器组数,n=2,3,4…. 涌流频率 f0 为 f0=ω0/2π=1/(2π√LC) (5-18) 【例 3】有两组 10kV 电容器,容量各为 10000kvar,线间导线长度为 20m,试计算其投入时 的涌流. 解:由式(5-17)知 Icm=Em/√(L/C)[(n-1)/n] Em=(√2/√3))N=√2/√3)×10=8.17(kV) 若母线电感按 1μH/m 考虑,则每组的电感 L 为 L=10×1×10 =10×10-6(μH) 每组每相的电容量 C 为 C=318×10 -6(F) 将有关数据代入式 (5-17)可得 Icm=23100(A) 由式 (5-18)得 f0=1/(2π√LC) 将该例计算结果与上例计算结果比较可知,多组电容器投入时,涌流问题要严重得多.涌流 过大造成的危害是:①对断路器触头电磨损过大;②可能导致电流互感器匝问绝缘击穿,这 点将在下面叙述. (3)涌流的措施. 涌流的措施. 措施 l)串联电抗器.在电容器上申联电抗器可以涌流,一般使用的是带铁芯的电抗器,可 以看成是一个铁芯电感线圈.电容器上串联电机器的等值电路,如图 5-8 所示.\n-6\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\n\n图 5-9 装设并联电阻的断路器 图 5-8 有串联电抗器的电路图 由式(5-12)Icm=Im[1+√ (XC/XL)]可以看出,串联电抗器在涌流方面的作用.串联电 抗器后,XL 加大,Icm 减小. 由图 5-8 可知,XL=ω (L0+L)通常 L>>L0,则 XL=Ωl,若取 XL=6%XC,则 Icm=Im[1+√(100/6)]≈5Im 表 5-1 给出电容器组投入时,有无电抗器的涌流实测值. 表 5-1 有无电抗器的涌流实测值 变电站 序号 电容器组容量 (kvar) 1080 运行 10154 无 投入 1080 1 投入 5084 投入 10154 运行 5084 无 投入 5070 2 3 4 44 5040 5040 投入 80 运行 80 有 5%电抗 投入 80 运行 80×3 有 5%电抗 3.67 250 约 13.0 3.46 250 约 11.0 元 有 4%电抗 无 有 5%电抗 5 5 7 3.41 250 250 300 250 约 1.5 约 1.5 约 1.0 约 3.0 14.4 320～350 约 1.0 无 无 6.3 4 320～350 230 约 1.0 约 1.5 17.5 600 约 0.5 有无串联 电抗器 无 测得的最大 涌流倍数 14 涌流频率 (Hz) 600 涌流持续时间 (周波) 0.5\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\n投入 80 运行 80×6 有 5%电抗 投入 80 2)断路器加装并联电阻.图 5-9 给出了加装并联电阻的断路器示意图.这种断路器有两个 断口 QF1 和 QF2,在 QF2 上并有电阻 R.投入过程是先合 QF1,由于电阻的产生一个较小 的涌流.这时涌流的最大值 I1m 为 I1m=Em/R 然后再合 QF2,由于 R 起了联系电源和电容 C 的作用,使 e(t)和 Uc 的差值减小,因而也 只产生较小的涌流 I2m,且 4 250 约 18. 0\n\n式中 UR-并联电阻上的电压降; URm-并联电阻上电压降的最大值; XL-系统每相感抗值; XC-电容器组每相容抗值. 这样,有了并联电阻后,虽然会出现两次涌流,但两次涌流均较不用电阻时为小. 所以断路器并联电阻起了涌流的作用. 若令两次的涌流值 I1m 和 I2m 相同,则由式(5-19)和式(5-22)可得\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\n\n[例 4]某 10kV 变电所中母线的短路容量 SdL 为 500MVA,装设的电容器组容量 QN=10000kvar. 为了减小涌流值,需要在断路器上加装并联电阻,试确定其电阻值. 解:由式(5-10)得\n\n表 5-2 给出了在 DW1 一 60 多油断路器上加装并联电阻后, 投入电容器组时的涌流试验数据. 系统每相的感抗 XL=8.71Ω,断路器每相的并联电阻力 465Ω. 表 5-2 涌流试验数据 电压 (kV) 66 66 66 电容器组容量 (kvar) 75600 4860 2700 Xc R=√XLX (Ω) 576 6 1613 202 283 437 QF2 关合时 0.71 1.17 1. 27 QF1 关合时 1.57 2.0 1.27 涌流信教(实例值)\n\n2.由于充电电流在电流互感器二次侧引起的过电压\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\n在 200kvar 以下的小容量并联电容器组中, 在未接串联电抗器的情况下, 当投入并联电容器 的瞬间, 在电容器回路中及与之直接连接的电流互感器电路中将发生闪络, 从而使二次回路 中的仪表和继电器有烧损的可能.这就是由于并联电容器投入时的充电电流引起的. (1)原因.这种现象在图 5-10 所示的电路中容易发生,即在无串联电抗器的小容量电容 器组中, 6kV 直接受电而电源短路容量相当大时, 当 或者在邻近有并联电容器组时容易发生.\n\n图 5-10 电容器充电电流互感器二次侧引起过电压的接线 (a)单台电容器; (b)多台电容器 QF-油断路器;TA-电流互感器;Q-开关;T-变压器;C-电容器 当投入并联电容器时,在忽略电路中的电阻分量的情况下,其充电电流的倍数可用图 5-11 所示的等值电路来计算. 对于并联电容器, 投入后的电容器的额定电流与充电电流的倍数可 用下式表示.\n\n图 5-11 计算电容器充电电流的等值电路 (a)单台电容器; (b)多台电容器 XT 一从电容器投入点起的电源侧的电抗值;Xc 一并联电容器的容抗; XL 一线路的电抗;E 一电源 对图 5-11 (a)\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\nI`max≈1+√(Xc+XT) (倍)(5-24) f`0≈√(Xc+XT) (倍)(5-25) 对图 5-11 (b) I``max≈1+√[(Xc+X`C)/XL] (倍)(5-26) f``0≈√[(Xc+X`c)/XL] (倍)(5-27) 式中 I′max,I〃max-充电电流的倍数; | ′0,| 〃-充电电流频率的倍数; Xc,XT,XL-以基准容量为基数的标称电抗,且 XT>>XL. 在此并联电容器回路中设有申联电抗器,且电容器电抗入与回路电抗病相比,XT<E书联盟www.book118.com\nf0=√(100/6)=4(倍) 这种故障大部分是由于为了节约而在一些小容量电容器组不装串联电抗器所引起的. 这种情 况在设计阶段很值得充分研究. 3.投入电容器引起瞬时过渡电压下降 由于接在交流母线上的并联电容器投入的瞬间, 作为逆变换的可控硅变换器不能变换, 因而, 由可控硅电力变换器来控制速度的压延机等将出现失去控制的故障. 其原因是当投入并联电 容器时的充电电流使得电压降低而造成的. (l)原因.当无电压的并联电容器投入电路中的瞬间(t�0),电容器的电抗值近似为 零, 与电容器连接的母线电压降低值, 将取决于电源侧的电抗和与电容器串联的电抗的比例. 如图 5-12 所示的并联电容器投入运行时,其瞬时过渡电压降低值△U 为 ΔU=XT/(XT+Xsr)×100% 这时,假如串联电抗器是一般的电抗器,那么,由于磁饱和的影响,在并联电容器投入时, 其电抗值将辟低为额定值的 1/5~1/10,,对此,在计算时必须特别注意.\n\n图 5-12 电容器投入的运行接线 XT 一电源侧电抗;Xc 一电容器的电抗;Xsr 一串联电抗器电抗 (2)防止措施.一般在投入并联电容器时,希望过渡电压降低值在 5%～10%左右,其 串联电抗器的规格应根据所允许的瞬间过渡电压降低值和电源侧电抗值来决定. 在构造上还 应考虑到由于充电电流引起的磁饱和,为此一般应采用电抗值不变的空芯电抗器.另外,在 电源侧电抗值大的母线上, 要适当地选定每组并联电容器的容量, 而且要避免由于增加申联 电抗器而使设备费用增加.例如,当电源侧电抗值为 2%(以 10Mvar 为基数),并联电容器 容量为 10Mvar 时,其串联电抗器的电抗值为 6%Xc(铁芯式)时,那么,△U 值可按下式计 算\n\n\r\n

E书联盟www.book118.com\nΔU=2/(2+6×1/5)×100%≈63% 式中 1/5-假定投入时的串联电抗器的电抗值为原来的 1/5. 然而,在此电路中,要使电路的允许瞬时过渡电压降低值在 10%以内,如用空芯串联电抗 器时,则其电抗值为 Xcr=2/10×100%-2%=18%\n\n\r\n下载本文