摘要：在并联电容器组的设计中要结合谐波电流进行过电压和过电流的校核计算，并留有一定的设计裕度。试验要根据电容器耐压和耐热条件进行校核。在实际工作中，结合设计经验和实测结果，提出了在设计和实测中，依据《并联电容器装置设计规范》判断过电压和过电流的有效方法。

1前言

并联电容器是电力系统的重要无功电源，具有成本低、便于维护和运行、经济效益好等特点。电容器在系统中会产生以下现象：①与电力系统的感性设备发生谐振;②因绝缘老化和发热等，造成系统短路;③投入系统时产生无功冲击，出现较大的涌流等。其中谐振和绝缘问题是电容器组设计、投运和运行中所要考虑的首要问题。本文结合电容器组的设计论证和对河南电网部分变电站的谐波测试，对电容器的过电压和过电流问题进行讨论。

2并联电容器组谐波过载能力的四条要求

2.1反映电容器耐压性能的指标：过电压倍数

国标《并联电容器装置设计规范》(GB50227-1995)规定：α≤1.1，表示电容器所承受的基波电压与谐波电压的几何和(电压有效值)不超过额定电压的1.1倍。作为算法上的对比，计算基波和谐波电压的算术和时：

2.2反映电容器耐热性能的指标：过电流倍数

国标《并联电容器装置设计规范》(GB50227-1995)规定：β≤1.3，表示流过电容器的基波电流和谐波电流的几何和(有效值)不应超过额定电流的1.3倍。作为算法上的对比，计算基波和谐波电流的算术和时：

2.3反映电晕现象的指标：峰值电压过电压倍数

IEEE规定：γ≤1.2。显然γ=α′。

2.4考虑过载容量的指标：过载容量倍数

IEEE规定η≤1.3，即过载容量不超过额定容量的1.3倍。根据过压倍数、过流倍数计算方法的不同，η值可以是αβ、αβ′、α′β和α′β′。

3河南电网部分变电站实测结果和计算

3.1驻马店220kV变电站的电容器过电压过电流的计算

首先，将10kV母线的电压谐波数据(见表1)转化为电容器端电压的谐波。电容器串联电抗器，电抗器基波电抗为XL，电容器基波容抗为XC，母线基波电压为U1，谐波次数为n，n次谐波百分含量为DFVn，母线n次谐波电压为DFVn˙U1，n次谐波电抗为nXL，n次谐波容抗为XC/n。那么，电容器n次谐波电压百分含量为：

由表2知，采用算术和的计算方法表明电容器已过电压，最大峰值过压倍数接近1.2，符合峰值电压校验。实际运行情况是电容器接近过电压的限值。因为母线电压没有达到母线保护的定值(平均电压的1.1倍)，电容器电压的有效值也没有达到额定电压的1.1倍，所以母线过电压保护和电容器分支过电压保护不动作。

表3，说明变压器低压侧电流没有超过《并联电容器装置设计规范》的定值。利用驻马店站的设备实际参数，计算得到投入电容器后，谐振频率在230Hz附近，大电流并非谐振造成，10kV母线运行电压过高才是电容器的运行电流过大的原因。

表4说明在利用算术和算法求电压电流时，才判断电容器容量过载。事实上容量不过载。

3.2 薛坡220kV变电站过电流过电压的计算

薛坡220kV变电站是许昌供电区的枢纽站，带有电铁负荷。1998年以前，该站电容器组不能正常投运，串联电抗器严重发热。1999年1月12日，测试了薛坡站的谐波。

现场观察和测试都表明，电容器的运行电流过大，β>β''更大，见表5。电容器不能安全运行，电流已超过保护整定值(额定电流的1.6倍)，所以保护运作。

根据测试和计算，谐振频率接近5次谐波而产生谐波电流的放大。这直接导致10kV侧的5次谐波电压和总畸变率超标，见表6。

表7是电容器端电压的谐波值和过电压倍数。α达到和接近1.1，α′>1.1，最大值为1.48，电流谐振造成过电压，γ>1.2，峰值过电压。

表8说明电容器容量过载，与实际相符合。(这是薛坡站1998年的情况。河南省电业局和许昌电业局于1999年对电容器组改造后，运行良好。)

3.3通过以上实例，并联电容器组谐波过载能力的四条要求中，前三条(耐压、耐热、峰值

电压校核)是关键，如果耐压、耐热、峰值电压校核合格，第四条容量校核也合格。由于峰值电压校核实际上是计算电压算术和，所以只要耐压、耐热校核合格，峰值电压和容量的校核也合格。

4结论

通过讨论，结合驻马店和薛坡两站的实例分析，总结如下。

4.1引起电容器过压和过流的因素是复杂的，谐波谐振或运行电压过高都可以使电容器过载，应具体问题具体分析。

4.2电容器过载的四点规定是相互联系的，其中(1)、(2)、(3)是最重要的，满足前3条，往往满足了(4)条。(3)条由于与电压算术和的算法等效，所以实际工作中只要验证(1)、(2)就可以了。

4.3综合考虑谐波电压和电流的作用，可以有两种算法：几何和与算术和。与之对应的判断方法：电压(几何和)—电流(几何和)、电压(几何和)—电流(算术和)、电压(算术和)—电流(几何和)、电压(算术和)—电流(算术和)。这四种方法得到的结论有较大不同。其中几何和的算法，计算的结果是有效值，具有实际物理意义的，也是《并联电容器装置设计规范》要求的算法。所以在利用实测数据进行电容器过压过流的判断，宜利用电压(几何

和)—电流(几何和)。

4.4在进行电容器谐波论证时，从论证的裕度出发，采用电压(算术和)—电流(算术和)

的方法，裕度最大。笔者赞成利用电压(算术和)—电流(几何和)及电压(算术和)—电流

(算术和)的方法，其中后者的裕度最大，条件满足后，峰值电压和容量的校核也可满足。

参考资料：

[1]吴竟昌等.电力系统谐波[J].中国电力出版社

[2]许克明等.电力系统高次谐波[J].重庆大学出版社

[3]GB/50227-1995，并联电容器装置设计规范[S]

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