补偿电容器串联电抗器的利与弊

      在感性负载两端并联电容器，这是电网最常用的无功补偿方法，也是提高功率因素改善电压质量节能降损的有效措施。为满足电网和用电设备对电压质量的要求，根据无功负荷变化而投切适量的电容量。然而在国企投运合闸瞬间将产生幅值很大，频率很高的合闸涌流。若电容器接入处电网存谐波污染，由于电容器的容性阻抗特性，将对谐波电流起到放大作用。危险的过电流必将对电气设备产生不良影响，严重时往往还会造成设备的损坏。
　　
      为避免谐波对补偿装置的影响，则在电容器回路采用串联电抗器的措施，这既不影响电容器的无功补偿作用，又能抑制高次谐波。所以在补偿电容器回路串联电抗器，具有抑制高次谐波，限制合闸涌流的效果。
　　
      然而运行实践表明，电容器回路串联电抗器后，在无功补偿装置投运合闸时还可能发生过电压，以及电容器端电压升高和使用寿命缩短等负面影响。现就电容器回路串联电抗器的利和弊作些分析。
　　
      1 电容器回路串联电抗器的好处
　　(1)限制合闸涌流
　　无功补偿电容器在投运合闸瞬间往往会产生冲击性合闸涌流，这是因为首次合闸的电容器处于未充电状态，流入电容器的电流仅受回路阻抗的限制。因该回路接近短路状态，回路阻抗很小，故而会产生很大的冲击涌流。
　
  　 GB50227-95《并联电容器装置设计规范》中合闸涌流的计算式为：

　　K值是随母线短路容器的增大，或电抗器感抗占电容器容抗的百分数的增加而大幅度减小，故而串联电抗器后能起到限制合闸涌流的作用。
　　
      (2)抑制高次谐波
　　当补偿电容器接入处电网存在谐波时，电容器对n次谐波的容抗降为Xc/n，系统电感对n次谐波的感抗升为nXs。电网存在有n次谐波电流时，如果nXs=Xc/n，则产生n次谐波谐振现象。其n次谐波电流与基波电流迭加后，使流过电容器电流骤增，其过电流将危及电容器的安全。此时，谐波电流在系统阻抗上产生的谐波电压与原电压迭加而产生过电压，此过电压将影响电容器使用寿命。
　　
      在补偿电容器回路串联电抗器后，能有效避开谐振区，从而起到抑制高次谐波作用。

　　电网存在高次谐波时，当n>n0时其阻抗呈感性，对等效网络有明显的抑制谐波作用。
　　但在n运行实践表明，如串联电抗器的主要用途限制合闸涌流，应选择0.2-2%容抗值的电抗器;如是为抑制高次谐波应选择6%容抗值的电抗器。电抗器应串联在电容器组的电源侧，其抑制谐波效果会更好。
　
　   2 串联电抗器存在的弊端
　   (1)电容器投切时产生过电压
　　在并联电容器组的回路中串联的电抗器，特别是线性电抗器，或是品质因数较高电抗器，在断路器投切电容器时都会产生过电压，因断路器在合闸时的弹跳和分闸时的重燃，均会增加过电压产生的几率和倍数。故而投切电容器的断路器宜选择高性能、无涌流、不发生重燃的开关，以避免操作时产生的过电压。
　　
      (2)电容器端电压升高
　　电容器回路串联电抗器后，在运行中将造成电容器端电压高于母线电压，电容器端电压由下式确定。Uc=Ue·Xc/(Xc-XL)    式中Ue为电容器母线额定电压。当电抗器XL相对于比电容器Xc较大时，则电容器端电压出现升高，若XL相对于比Xc更大时，电容器端电压升高也越大。如XL=6%Xc时，电容器端电压降升高6.4%;若XL=13%Xc时电容器端电压降升高11.5%。
　　
      此外，对中性点不接地的丫形接线的电容器组，因三相实际电容量不可能完全平衡，导致部分电容器端电压升高明显。这种三相电容量不平衡程度，在串联电抗器后变得更为严重。从而造成电容器端电压升高值大于三相电容平衡时的升高值。电容器端电压升高必将危及安全运行，影响使用寿命，甚至发生鼓肚、爆炸等事故。为此，在电容器回路串联电抗器还应考虑三相电容器的平衡情况，以免产生更大的端电压升高。