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论电容器组的合闸涌流及其抑制

作者：姚亚莉姚伟敏魏永建日期：2015-02-09 09:28 来源：《电子制作》

新密市供电公司新密 452370

【文章摘要】
本文针对电容器组在合闸当中出现的合闸涌流的情况，对其产生涌流的原因和带来的危害进行分析，同时提出通过采用并联补偿电容器组的方式，实现对合闸涌流的控制，从而见其带来的危害降低到最小。
【关键词】
电容器；合闸涌流；危害；抑制
并联补偿电容器组是当前供电系统当中其使用最广泛的补偿装置，从而可有效的提高功率因数，改善电压质量和降低电能损耗。电容器组频繁操作时产生很大的合闸涌流，经常冲击系统和电容器组，下面就合闸涌流的产生、危害和抑制谈一点自己的看法。
1 合闸涌流的产生
电容器在现实的应用当中，其合闸投运的瞬间会产生合闸的涌流，主要的原因是电容器在第一次合闸的时候，是处于未充电的状态，在这个过程当中电流受到回路阻抗的作用。此时电路几乎出于一个短路的状态，是因为回路其本身的阻抗是非常小的，到了最后会产生一个比较大的冲击涌流涌入到电容器的电路当中。而涌流最大值的产生是在电容器合闸的瞬间，如电容器退出时，没有经过充分的放电进行合闸所产生的涌流将达到为合闸之前的2 倍。当电容器在被切断之后，其通常是处于带电的状态，如果在此时将电容器在此的投入到运行当中，则使得电压和充电时刻的电压相同，并且方向是相反的，在此时其涌流也必将增大。因此，为避免在合闸的时候出现带点的情况，通常在电容器被切除之后，选择充分的放电才对其进行重新的合闸。
通过实验发现，电容器在瞬间产生的涌流的大小和倍数和电容器自身的容量、安装地点短路的容量等有着很大的关系。如果电容器是在较大的短路电容的电路当中，其电感也就较小，涌流所产生的幅值以及频率也比较高。
同时，通过以往的实验测量发现，电容器合闸涌流可以达到该电容器额定电流的5 倍甚至更高，而其振荡的频率也可得到250 ～ 400HZ，电压为原来的2 倍到3 倍之间。
单组电容器涌流计算的等值电路如附图1.1 所示。由等值电路可列出回路微分方程，经推导整理可得出合闸瞬间涌流的最大值Iymax 的表达式：
（1）
式中，Iymax 为合闸涌流最大值；Ie 为电容器组额定电流；Xc 为电容器组每相容抗；为网络感抗与电容器装置串联感抗的综合值；fy 为涌流频率；f 为电网基波频率。
附图1.1 单组电容器涌流计算等值电路图
L0—网络每相等值电感；L—串联电抗器和接线每相电感；
C—电容器组每相电容；QF—断路器
2 合闸涌流的危害
在通常情况下，电容器通过合闸所产生的涌流其持续的时间都比较短，同时其在几毫秒的时间内即可降到非常低的无害的程度。在当前的电容器合闸涌流当中，该大小通常要小于设备允许的额定值。在这个过程当中，其衰减的速度通常快，但是针对某些开关特性比较差的、合闸慢的情况中，当其出头在没有闭合的时候就会产生电弧，从而在短时间之内使得电流上升，在严重的时候其电流可达到数倍，同时在加上之前的振动频率白牛高，使得开关内部其出现机械振动问题较大，从而使得开关出现问题。
而针对频率高的涌流，其在通过电流互感器时，可对互感器产生巨大的破坏作用，特别是针对变化较大的电流互感器，其线圈的匝数多，产生的感应的电流也较大，对其中的线圈绝缘层的破坏，甚至带来的损坏也通常都比较大。对此，在实践中我们必须要采取对涌流进行限制的方法。
3 合闸涌流的限制
通过上述的公式（1）可以看出电容器电流与电压、频率等有着很大的关系。在实践中，当电源的电压在发生变化的时候，其波形产生畸形变化，从而导致高次谐波电压施加到电容器当中。而谐波频率变高，电容器的容抗也就变小，所产生的电流也变大。另外，电容器产生的电流大小和电容器本身有着很大的关系。当该电容器的电容在不断增大的时候，容抗则变得减少，由此其电流的不断的增大。所以，如果该电容器的容量为足够大的时候，电流则会出现变得更大，产生畸形的可能性也就增加。为更好的对合闸后出现的涌流进行限制，抑制因高次谐波而给电容器带来的新的变化的影响，采用装设串联的电抗器。该方法其主要的原理则是通过串联电路，增大该电路当中的感抗，从热使得电容器的放电的电流逐步的减小。但是在对该方法进行应用的过程中，对串联电抗器的选择一定要恰当，如果选择合适，可以将涌流都限制在规定的范围之内。在这里其装设的串联的电抗器其主要的作用是限制合闸涌流的大小，则其容量还需取小些，一般为电容器容量的０. ２% ～１％。通过相关的实验验证，当其在串联０. ２% 的电抗器之后，其可以大大的限制电容器所产生的合闸涌流。
同时随着现代电子技术的发展，很多的地方也开始采用并联电容器组的方式，并通过采用PLC 编程自动投切技术，从而实现度合闸涌流的自动化的控制。
4 结语
通过电容器合闸涌流的分析，我们掌握了涌流的一些规律，为我们更加合理正确的使用电容器提供了更好的指导。同时随着现代科技的发展，采用现代计算机技术实现对合闸涌流的自动控制也将成为一种趋势和必然。
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【作者简介】
姚亚莉（1975 －），女，工程师，新密市供电公司变电运行部副主任，长期从事变电技术培训、验收和运行管理等工作。
姚伟敏（1972 －），男，工程师，长期从事技术线损管理和变电运行管理工作，现担任新密市供电公司市场营销部副主任。
魏永建（1976 －），男，工程师，技师，长期从事变电运行管理工作，现担任新密市供电公司柿树湾变电站站长。