吳細(xì)秀，鄧?yán)?，吳士普，龍飛，魏梅芳

(1．武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，湖北武漢430070;2．中國(guó)電力科學(xué)研究院武漢分院，湖北武漢430074; 3．中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所，湖北武漢430064; 4．湖南省電力公司中心培訓(xùn)部，湖南長(zhǎng)沙410131)

電容器過(guò)電壓阻尼裝置參數(shù)的設(shè)計(jì)研究

吳細(xì)秀1，鄧?yán)?，吳士普2，龍飛3，魏梅芳4

(1．武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，湖北武漢430070;2．中國(guó)電力科學(xué)研究院武漢分院，湖北武漢430074; 3．中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所，湖北武漢430064; 4．湖南省電力公司中心培訓(xùn)部，湖南長(zhǎng)沙410131)

論文分析了電容器過(guò)電壓阻尼裝置的工作原理，詳細(xì)討論了最佳阻尼電阻和間隙擊穿電壓的計(jì)算過(guò)程。首先論文分析了并聯(lián)電容器組過(guò)電壓的產(chǎn)生原因及其影響因素，獲得電容器上可能出現(xiàn)最大過(guò)電壓的條件。在此基礎(chǔ)上，闡述了阻尼裝置投入運(yùn)行的條件以及最佳阻尼電阻的確定方法。在獲得最佳阻尼電阻值后，建立加裝過(guò)電壓阻尼裝置的電路仿真模型，討論電容器過(guò)電壓倍數(shù)與間隙擊穿電壓值之間的關(guān)系，確定間隙擊穿電壓范圍。依據(jù)該設(shè)計(jì)思想，論文作者設(shè)計(jì)了一套110kV三相過(guò)電壓阻尼裝置，該裝置已運(yùn)行在吉爾吉斯坦某變電站，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明該三相阻尼裝置的確能抑制投切電容器產(chǎn)生的過(guò)電壓，從而驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)思想的正確性。

并聯(lián)電容器組;過(guò)電壓阻尼裝置;最佳阻尼電阻;間隙擊穿電壓

1 引言

并聯(lián)電力電容器在電網(wǎng)中主要作用有:①補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功;②降低電網(wǎng)的有功損耗;③提高線路中變壓器的容量利用率和電網(wǎng)電壓等。其中補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功、提高系統(tǒng)功率因數(shù)是最主要的作用。由于電力系統(tǒng)中負(fù)載的波動(dòng)性，為調(diào)節(jié)無(wú)功，投入的并聯(lián)電容器組容量大小也應(yīng)隨之改變。為使并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置滿足自動(dòng)跟蹤、實(shí)時(shí)補(bǔ)償，需頻繁調(diào)節(jié)接入電網(wǎng)的電容量大?。?，2］。真空斷路器因其具有機(jī)械壽命和電壽命均很長(zhǎng)、可頻繁操作且維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，常用做投切并聯(lián)電容器組的控制開(kāi)關(guān)。

斷路器頻繁投切并聯(lián)電容器組會(huì)在電容上產(chǎn)生過(guò)電壓與過(guò)電流沖擊，破壞電容器的絕緣性能［2］。如當(dāng)電容器組接入電網(wǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生合閘涌流;切斷電容器時(shí)，由于斷路器的重燃，可能會(huì)在電容器上產(chǎn)生3～5倍過(guò)電壓，從而導(dǎo)致電容器擊穿甚至是引發(fā)爆炸事故［3］。

目前有三種方案解決真空斷路器投切并聯(lián)電容器組而產(chǎn)生的過(guò)電壓?jiǎn)栴}:①采用無(wú)重燃開(kāi)關(guān)［4］;②安裝過(guò)電壓保護(hù)裝置［5，6］;③直接接入電阻［7，8］。從目前技術(shù)發(fā)展來(lái)看，很難真正實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)操作無(wú)電弧產(chǎn)生或電弧無(wú)重燃。另外，無(wú)重燃開(kāi)關(guān)一般由電力電子器件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。方案2中的過(guò)電壓保護(hù)裝置一般采用MOA和阻容保護(hù)等，雖可在一定程度上抑制過(guò)電壓，但由于電容器容量、接線方式各異等導(dǎo)致電容器保護(hù)用MOA的接線方式、參數(shù)選擇多樣化，從而降低了MOA保護(hù)性能和可靠性，危害電容器本身和MOA的安全運(yùn)行，且由于電容器場(chǎng)強(qiáng)高、存貯能量大等特點(diǎn)，要求MOA必須具有能吸收大操作沖擊波的能力，而阻容裝置在真空斷路器發(fā)生兩相重燃時(shí)易失效［9，10］。這些都限制了方案2的應(yīng)用。方案3中，在開(kāi)關(guān)兩端加裝并聯(lián)電阻雖也可抑制涌流和過(guò)電壓，但是合閘電阻的投入和斷開(kāi)均需與斷路器主觸頭配合，使得斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，導(dǎo)致可靠性降低，易發(fā)生故障，因而也限制了該方案的使用范圍［11，12］。

筆者受某公司委托開(kāi)發(fā)一種電容器過(guò)電壓限壓裝置，委托方有如下要求:①克服現(xiàn)有電容器限壓方法的缺陷;②裝置在電容器出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)應(yīng)投入運(yùn)行，無(wú)過(guò)電壓時(shí)不影響電容器的正常工作;③不能額外增加滅弧裝置;④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、運(yùn)行可靠。根據(jù)委托方不能額外增加滅弧裝置的要求很自然地聯(lián)想到可將空氣間隙當(dāng)作開(kāi)關(guān)，過(guò)電壓時(shí)擊穿電壓、投入限壓元件，即可采用“空氣間隙+電阻”的設(shè)計(jì)思路，這種思路在文獻(xiàn)［13，14］中也曾提到過(guò)，但具體怎么實(shí)現(xiàn)文中并未給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

為此，本文將“空氣間隙+電阻”的設(shè)計(jì)思路具體化，分析了空氣間隙與電阻串聯(lián)構(gòu)成的過(guò)電壓阻尼裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，討論了其工作原理。指出存在一個(gè)最佳電阻可使“空氣間隙+電阻”的限壓裝置抑制過(guò)電壓效果達(dá)到最佳。在此基礎(chǔ)上，給出了最佳阻尼電阻計(jì)算方法和間隙選取原則。并根據(jù)吉爾吉斯坦某電站實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)計(jì)了一套110kV系統(tǒng)的三相阻尼裝置。

2 過(guò)電壓阻尼裝置工作原理

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該過(guò)電壓限制裝置的結(jié)構(gòu)按如圖1所示等效電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖1中，R是阻尼電阻，G為空氣間隙，R和G串聯(lián)構(gòu)成過(guò)電壓阻尼裝置，并聯(lián)于電容器組或?yàn)V波電容器組C的串聯(lián)電抗器L兩端;Ls為電源短路電感;斷路器CB用于投切電容器組C。其中，間隙G的作用相當(dāng)于一個(gè)通、斷阻尼電阻R的“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。間隙是否擊穿取決于間隙兩端的電壓和流過(guò)間隙的電流。當(dāng)間隙兩端電壓大于整定值時(shí)“開(kāi)關(guān)”閉合;當(dāng)流過(guò)間隙的電流有效值低于整定值(根據(jù)過(guò)電壓保護(hù)要求確定)時(shí)“開(kāi)關(guān)”斷開(kāi)［15］。

2.1 阻尼裝置運(yùn)行工況的分析

(1)阻尼裝置未投入運(yùn)行

首次投入并聯(lián)電容器組時(shí)，電容器的初始電壓和電抗器的初始電流均為0。若CB合閘，由圖1可知，此時(shí)電源會(huì)給電容充電。在電容器充電過(guò)程中，串聯(lián)電抗器的電壓會(huì)升高，但尚未達(dá)到間隙擊穿電壓，因此阻尼支路將一直保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)。這種狀態(tài)下，整個(gè)阻尼裝置等效電路如圖2(a)所示，即只有電感和電容構(gòu)成的LC串聯(lián)回路。

圖1 電容器過(guò)電壓阻尼裝置原理圖Fig．1 Schematic diagram of overvoltage damper of shunt capacitor device

圖2 等效電路Fig．2 Equivalent circuits

(2)阻尼裝置投入運(yùn)行

當(dāng)電抗器兩端的電壓達(dá)到空氣間隙擊穿電壓時(shí)，阻尼支路導(dǎo)通。此時(shí)的等效電路如圖2(b)所示。

阻尼支路接入回路后，阻尼電阻R會(huì)消耗LC振蕩能量(LC回路導(dǎo)通后會(huì)產(chǎn)生振蕩過(guò)程)。從而對(duì)并聯(lián)電容器或?yàn)V波電容器上的過(guò)電壓進(jìn)行抑制。當(dāng)振蕩過(guò)程結(jié)束時(shí)，串聯(lián)電抗器L端電壓下降，間隙可靠斷開(kāi)，阻尼支路退出運(yùn)行。

2.2 投切電容器產(chǎn)生過(guò)電壓的分析

由2.1節(jié)分析可知，電容器C上的電壓大小將決定阻尼裝置是否投入運(yùn)行，因此需分析投切電容器時(shí)，電容C上電壓的變化情況。

設(shè)電源電壓為:

式中，Um、ω、φ分別為電源電壓的幅值、角頻率和初相角。

此時(shí)僅研究無(wú)阻尼裝置時(shí)，投切電容器過(guò)程中電容C上的過(guò)電壓情況，即圖2(a)所示回路。假設(shè)電抗器上初始電流值為0;電容器上初始電壓用U0表示:

對(duì)整個(gè)電路，由KVL可得:

即

設(shè)LC串聯(lián)諧振頻率為ω0:

求解式(4)，并代入式(2)，得:

當(dāng)ω0=ω或相近時(shí)，電路中會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，L、C上的電壓會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸增大，理論上會(huì)趨于無(wú)窮大。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，可從系統(tǒng)L、C參數(shù)設(shè)計(jì)方面避免出現(xiàn)LC諧振，且有ω0＞＞ω，此時(shí)電容器上電壓可近似表達(dá)為:

分析式(7)，可得投切條件與產(chǎn)生過(guò)電壓倍數(shù)之間的關(guān)系，如表1所示。

表1 過(guò)電壓倍數(shù)與投切條件之間的關(guān)系Tab．1 Relationship between overvoltage times of capacitor and initial conditions

3 過(guò)電壓阻尼裝置參數(shù)計(jì)算

3.1 最佳阻尼電阻的獲取

3.1.1 最佳阻尼電阻的計(jì)算條件

由圖3可知，當(dāng)阻尼電阻值很大時(shí)，流過(guò)電阻的電流很小，此時(shí)阻尼電阻對(duì)回路的影響很小，對(duì)過(guò)電壓的抑制作用有限;若阻尼電阻值很小，R近似于將串聯(lián)電抗器L短接，也未起到阻尼作用。因此一定存在一個(gè)電阻值，能使電容器上的電壓降至最低，該電阻值即為最佳阻尼電阻。

《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.6.4條規(guī)定“放電線圈的放電時(shí)間應(yīng)能滿足電容器組脫開(kāi)電源后，在5s內(nèi)將電容器組的剩余電壓降至50V及以下”［16］。根據(jù)該規(guī)范和110kV系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)要求，本文所涉及的最佳阻尼電阻是在斷路器開(kāi)斷并聯(lián)電容器組后斷路器觸頭間發(fā)生一次電弧重燃條件下確定的。

根據(jù)上述分析，此時(shí)的等效電路圖如圖2(b)所示，設(shè)圖中電抗器初始電流為iLs(0)=iL(0－)=I1，電容器初值電壓為uC(0)=UC。根據(jù)基本電路原理，運(yùn)用拉氏變換，得到電容上電壓表達(dá)式:

由式(8)可知，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)L、Ls以及C給定時(shí)，電源電壓初相角φ、阻尼電阻R以及電抗器和電容器上初始值均會(huì)影響電容器上電壓大小。

3.1.2 最佳電阻值的確定

(1)計(jì)算參數(shù)

1)初始條件的確定

電感初始電流為:

根據(jù)一次重燃條件，電容器初始電壓選取為:

2)電感的確定

當(dāng)L＞＞Ls時(shí)，此時(shí)回路中大部分電感上并聯(lián)了電阻，若阻尼電阻R選取合適，將起到明顯的阻尼作用。

當(dāng)Ls＞＞L時(shí)，此時(shí)回路中只有一小部分電感上并聯(lián)了電阻，R阻尼作用非常有限，整個(gè)過(guò)電壓阻尼裝置已不適合用于抑制電容器上的過(guò)電壓［14］。

文獻(xiàn)［13］指出當(dāng)并聯(lián)電容器組不串聯(lián)任何電抗器或僅串聯(lián)一個(gè)約為0.1mH的小電抗器時(shí)，該裝置不起作用;對(duì)于帶有電抗率為6%和12%電抗器的并聯(lián)電容器組和低次諧波濾波電容器組，該裝置能對(duì)電容器上的過(guò)電壓起抑制作用。根據(jù)上述阻尼裝置適用條件，本文取Ls=0.1L。

根據(jù)GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》，選取并聯(lián)電容器的電抗率［16］。本設(shè)計(jì)中，串聯(lián)電抗器用來(lái)抑制電網(wǎng)中的5次諧波，因此電抗器的電抗率取6%，即:

式中，XL=ωL，為電抗器電抗;XC=1/(ωC)，為電容器組容抗。

取ω=2πf=100πrad，根據(jù)給定的并聯(lián)電容器組電容值，即可計(jì)算出電抗器的電感值。

綜上所述，整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算參數(shù)如表2所示。

表2 系統(tǒng)參數(shù)Tab．2 System parameters

(2)設(shè)計(jì)結(jié)果分析

根據(jù)3.1.2節(jié)參數(shù)及初始條件，在MATLAB中通過(guò)編程計(jì)算式(8)，得到如圖3所示過(guò)電壓倍數(shù)與阻尼電阻R之間的關(guān)系。根據(jù)圖3計(jì)算結(jié)果，若實(shí)際系統(tǒng)要求電容器上的過(guò)電壓倍數(shù)不超過(guò)1.4，此時(shí)最佳阻尼電阻R的取值范圍為47～62Ω。

圖3 電容器過(guò)電壓倍數(shù)與電阻值之間的關(guān)系Fig．3 Relationship between capacitor overvoltage times and resistance

依據(jù)此方法，還可計(jì)算在不同電容初始電壓值下最佳電阻值范圍及過(guò)電壓倍數(shù)，如表3所示。

表3 不同電容初始電壓對(duì)應(yīng)最佳電阻范圍及過(guò)電壓倍數(shù)Tab．3 Best resistance range and overvoltage times of different initial voltages of capacitor

由表3可知，在每一種初始電容電壓情況下，均存在一個(gè)對(duì)應(yīng)的最佳阻尼電阻范圍，將電容器過(guò)電壓倍數(shù)限制在某一范圍內(nèi)。

3.2 間隙擊穿電壓的確定

對(duì)于串聯(lián)間隙，其擊穿電壓確定原則為:

(1)動(dòng)作電壓應(yīng)大于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)電抗器上的電壓，保證在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)阻尼電阻上無(wú)電流通過(guò)，阻尼裝置不參與系統(tǒng)運(yùn)行。

(2)動(dòng)作電壓應(yīng)小于開(kāi)關(guān)合閘或發(fā)生重燃時(shí)在電抗器上產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓，確保阻尼裝置參與此時(shí)系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程，限制暫態(tài)過(guò)程中的過(guò)電壓和過(guò)電流。

表4所示的是首次投入電容器C(即電容器上初始電壓為0)時(shí)，不同電源初相角下L、C上出現(xiàn)的電壓峰值(不考慮線路上導(dǎo)線電阻大小)，其中U(0)、ULmax、UCmax、k分別表示電源電壓初值、電感電壓峰值、電容電壓峰值和電容器過(guò)電壓倍數(shù)。由表4可知，合閘時(shí)電源電壓初相角越大，L、C上出現(xiàn)的電壓峰值也越大。電感L兩端電壓峰值變化范圍為29.06～97.33kV，因此擊穿電壓應(yīng)在這一范圍內(nèi)選取，原因如下:①若擊穿電壓選取過(guò)低，則R會(huì)經(jīng)常性投入運(yùn)行;②若擊穿電壓選取過(guò)高，雖然R投入運(yùn)行的幾率降低，但是間隙開(kāi)斷時(shí)流過(guò)的電流可能會(huì)過(guò)高，影響間隙正常開(kāi)斷，且只有當(dāng)電抗器兩端的電壓較高時(shí)阻尼裝置才投入運(yùn)行，降低了R的阻尼效果。

表4 不同初相角時(shí)L、C的最大電壓及C上過(guò)電壓倍數(shù)Tab．4 Maximum voltage on LC and overvoltage times of C in different initial fault current angles

以斷路器一次重燃情況(線路參數(shù)見(jiàn)表3，電阻R=54Ω)為例，對(duì)圖1在MATLAB中進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。本文重點(diǎn)討論阻尼裝置的設(shè)計(jì)，盡管間隙放電的電弧模型會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生影響，但由于不是主要影響因素，故在本文中用理想開(kāi)關(guān)代替電弧放電過(guò)程。

圖4 電容器過(guò)電壓倍數(shù)與間隙擊穿電壓關(guān)系Fig．4 Relationship between capacitor overvoltage times and gap breakdown voltage

由圖4可知，斷路器觸頭間發(fā)生一次重燃時(shí)，電容器過(guò)電壓倍數(shù)隨間隙擊穿電壓的增加而增加。不加裝阻尼裝置時(shí)電容器過(guò)電壓倍數(shù)可達(dá)到2.696倍;而加裝阻尼裝置之后，電容器過(guò)電壓倍數(shù)明顯降低(不超過(guò)2倍)，說(shuō)明該裝置有效抑制了電容器過(guò)電壓。

結(jié)合間隙電壓擊穿確定原則，并考慮間隙開(kāi)斷時(shí)流過(guò)的電流不能太大以保證間隙能可靠動(dòng)作，擊穿電壓可在40～50kV之間取值。當(dāng)阻尼電阻R= 54Ω、間隙開(kāi)斷時(shí)流過(guò)R的電流有效值:

該電流滿足間隙開(kāi)斷對(duì)電流的要求，且由圖4可知，此時(shí)電容器過(guò)電壓被限制在1.5倍以下，滿足某110kV實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的需要。

4 110kV三相系統(tǒng)中阻尼裝置作用分析

應(yīng)用上述方法，論文作者設(shè)計(jì)了一套用于110kV三相系統(tǒng)的阻尼裝置(三相同期投入)，有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下(用戶要求):初次投入電容器(電容器初始電壓為0)，阻尼電阻R=54Ω，間隙擊穿電壓確定為45kV。設(shè)A相合閘角為0°，加裝阻尼裝置前后三相電容器過(guò)電壓倍數(shù)計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 加裝阻尼電阻前后電容器過(guò)電壓倍數(shù)Tab．5 Capacitor overvoltage times before and after installation of overvoltage damper

由表5可知，加裝阻尼裝置后B、C兩相電容器過(guò)電壓倍數(shù)明顯降低，其中B相約降低了32%，C相約降低了39%，且三相的過(guò)電壓倍數(shù)均未超過(guò)1.5，說(shuō)明阻尼裝置對(duì)電容器過(guò)電壓起到了很好的抑制作用。

三相系統(tǒng)各相參數(shù)基本相同，運(yùn)行狀態(tài)相似，只是電壓相位互差120°。因此在仿真電路中，選取A相作為代表進(jìn)行分析。當(dāng)A相初相角變化時(shí)，加裝阻尼裝置前后A相電容器過(guò)電壓倍數(shù)變化趨勢(shì)如圖5所示。

圖5 A相加裝阻尼裝置前后電容器過(guò)電壓倍數(shù)Fig．5 Capacitor overvoltage times of phase A before and after installation of overvoltage damper

由圖5可以看出，未加裝阻尼裝置時(shí)過(guò)電壓倍數(shù)隨初相角增加而增大，且在初相角為90°時(shí)達(dá)到2倍以上;而加裝阻尼裝置后，過(guò)電壓倍數(shù)基本維持不變，且均未超過(guò)1.2倍。由此也可看出阻尼裝置對(duì)電容器過(guò)電壓顯著的抑制作用。

根據(jù)本文思路設(shè)計(jì)的110kV電容器過(guò)電壓阻尼裝置已應(yīng)用于吉爾吉斯坦某變電站，如圖6所示，其中間隙擊穿電壓根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況需要進(jìn)行了調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明該裝置的確能抑制并聯(lián)電容器組投切過(guò)程中的過(guò)電壓，該運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)思路的正確性。

圖6 運(yùn)行于吉爾吉斯坦某電站的過(guò)電壓阻尼裝置Fig．6 Overvoltage damper in one substation in Kyrgyzstan

5 結(jié)論

本文分析用于抑制投切并聯(lián)電容器時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓阻尼裝置的工作原理，并對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)過(guò)電壓阻尼裝置主要由阻尼電阻和間隙組成，只要間隙擊穿該裝置即可投入運(yùn)行。因此合理設(shè)置電阻和間隙擊穿電壓就可使該裝置達(dá)到最優(yōu)抑制過(guò)電壓效果。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本低廉，是很好的電容器過(guò)電壓抑制裝置。

(2)影響電容器上過(guò)電壓大小的因素有電源電壓初相角、電容器初始電壓等。在給定系統(tǒng)參數(shù)下，存在一個(gè)最佳電阻使過(guò)電壓抑制效果達(dá)到最佳。在本文110kV系統(tǒng)運(yùn)行條件下，最佳阻尼取值范圍為47～63Ω，間隙擊穿電壓范圍為40～50kV。在上述條件下，可將電容器過(guò)電壓限制在1.5倍以下。

(3)在三相系統(tǒng)中投入該裝置，在A相初相角為0°的條件下，B相電容器過(guò)電壓倍數(shù)約降低32%，C相約降低39%，且三相的過(guò)電壓倍數(shù)均未超過(guò)1.5，表明該裝置用于三相系統(tǒng)也有很明顯的抑制過(guò)電壓效果。

［1］Dunsmore D M，Taylor ER，Wirtz B F，etal．Magnification of transient voltages in multi-voltage-level，shunt-capacitor-compensated，circuits［J］．IEEE Transactions on Power Delivery，1992，7(2):664-673．

［2］李智敏，南春雷，馬力，等(Li Zhimin，Nan Chunlei，Ma Li，et al．)．并聯(lián)電容器分閘重?fù)舸┎僮鬟^(guò)電壓研究(Study of restrike overvoltagewhen switching off shunt capacitors)［J］．電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償(Power Capacitor＆Reactive Power Compensation)，2009，30 (3):41-47．

［3］田友元(Tian Youyuan)．高壓并聯(lián)電容器的操作過(guò)電壓?jiǎn)栴}(The switching overvoltage of high voltage shunt capacitor)［J］．東北電力技術(shù)(Northeast Electric Power Technology)，1995，(2):1-6．

［4］林莘(Lin Xin)．現(xiàn)代高壓電器技術(shù)(Themodern high voltage electrical technology)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社(Beijing:China Machine Press)，2002．

［5］苑舜(Yuan Shun)．真空斷路器開(kāi)斷與關(guān)合不同負(fù)載時(shí)的過(guò)電壓(Over-voltage study of vacuum circuitbreaker breaking and closing different loads)［M］．北京:中國(guó)電力出版社(Beijing:China Electric Power Press)，2001．

［6］謝書(shū)勇(Xie Shuyong)．真空斷路器切合電容器組操作過(guò)電壓及其防護(hù)(Vacuum circuitbreakers and capacitor bank switching overvoltage protection)［A］．2007年電力電容器無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)論文集(Proceedings of Power Capacitor and Reactive Power Compensation Technology)［C］．2007．

［7］方瑜(Fang Yu)．配電網(wǎng)過(guò)電壓(Over-voltage in distribution network)［M］．北京:中國(guó)電力出版社(Beijing:China Electric Power Press)，1994．

［8］錢家驪(Qian Jiali)．高壓開(kāi)關(guān)開(kāi)合電容器電流和小電感電流(High voltage switch opening and closing small capacitor current and inductor current)［M］．北京:中國(guó)電力出版社(Beijing:China Electric Power Press)，1999．

［9］倪學(xué)峰，盛國(guó)釗，史班(Ni Xuefeng，Sheng Guozhao，Shi Ban)．關(guān)于并聯(lián)電容器過(guò)電壓保護(hù)方式的分析(Analysis of the shunt capacitor overvoltage protection mode)［J］．電力電容器(Power Capacitor)，1997，(4):26-35．

［10］劉志波(Liu Zhibo)．真空斷路器操作過(guò)電壓及其保護(hù)(Vacuum circuit breaker operation over-voltage and protection)［J］．電子世界(Electronics World)，2012，(8):53-54．

［11］孫煦(Sun Xu)．電容器組斷路器的技術(shù)要求(Technical requirements of capacitor bank breaker)［J］．華東電力(East China Electric Power)，1992，(5):26-29．

［12］張華贏，楊蘭均，李書(shū)良，等(Zhang Huaying，Yang Lanjun，Li Shuliang，et al．)．投切電容器組專用真空斷路器性能研究(Study on the performance of special vacuum breaker for switching capacitor banks)［J］．電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償(Power Capacitor＆Reactive Power Compensation)，2011，32(3):38-44．

［13］彭文達(dá)(Peng Wenda)．電容器組過(guò)電壓阻尼裝置(Over-voltage capacitor bank damping device)［J］．電力電容器(Power Capacitor)，2000，(2):17-20．

［14］彭文達(dá)，王奇亮(Peng Wenda，Wang Qiliang)．電容器組過(guò)電壓阻尼裝置及運(yùn)行結(jié)果(Over-voltage capacitors and damping device operating results)［J］．高壓電器(High Voltage Apparatus)，2000，(3):24-25．

［15］王永強(qiáng)，聶國(guó)欣(Wang Yongqiang，Nie Guoxin)．基于L-R阻尼原理的并聯(lián)電容器組保護(hù)方法(Shunt capacitors protectionmethod based on L-R damping principles)［J］．電力科學(xué)與工程(Electric Power Science and Engineering)，2002，(1):45-48．

［16］GB50227-2008，并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范(Code for design of installation of shunt capacitors)［S］．

Investigation on parameters design of overvoltage dam per for shunt capacitor device

WU Xi-xiu1，DENG Lei1，WU Shi-pu2，LONG Fei3，WEIMei-fang4
(1．School of Automation，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China; 2．China Electric Power Research Institute，Wuhan 430074，China; 3.712th Research Institute，China Ship Building Industry Corporation，Wuhan 430064，China; 4．Central Training Department，Hunan Electric Power Company，Changsha 410131，China)

The working principle of a damper which can retrain the overvoltage caused by shunt capacitor is analyzed．The calculation procedure of choosing the optimum resistance and the method of estimating the breakdown voltage of the gap are discussed in detail．Firstly，mechanism of overvoltage generation and its influence factors are investigated．Then the requirements，under which the largest overvoltage occurswhen operating capacitor，are obtained．Based on this，the conditions for putting the damper into operation and the method to calculate the best damping resistance are presented．After obtaining the optimum damping resistance value，the simulation of circuit model equipped with optimum damping resistance is built，the relationship between capacitor overvoltage times and gap breakdown voltage is calculated，and then we get the breakdown voltage range．According to this designed method，the authors have designed a set of three phase shunt capacitor device for 110kV power system in one substation in Kyrgyzstan，and the field operation shows that this damper has significant function on suppressing overvoltage of shunt capacitor device，proving that the design is valid．

shunt capacitor device;overvoltage damper;optimum damping resistance;gap breakdown voltage

TM72

A

1003-3076(2015)04-0068-07

2014-01-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(51107093)、強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華中科技大學(xué))開(kāi)放課題基金、高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2014-IV-143)資助項(xiàng)目

吳細(xì)秀(1976-)，女，湖北籍，副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，研究方向?yàn)殡娖麟娀±碚?、開(kāi)關(guān)電器暫態(tài)過(guò)程及其電磁兼容;鄧?yán)?1990-)，女，河南籍，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)電磁場(chǎng)計(jì)算及開(kāi)關(guān)電器暫態(tài)過(guò)程。