摘要：本文通过对某变电站供配电系统进行建模，仿真变电站35kV母线上的谐波电流在三种不同工况下对供配电系统谐振点的影响，分析出35kV无功补偿电容器发生故障的原因。最后提出一种解决方案并通过建模仿真给出治理后的效果。

　　关键词：电能质量;无功补偿;谐波;建模仿真。

　　0 引言

　　近年来，钢铁企业引进了很多大功率的设备，对电网的电能质量造成了严重的影响，特别是含有IGBT等大功率的非线性设备，产生的谐波电流注入电网，会引起供电变压器的高频嗷叫甚至是损坏[1]。某钢铁企业220kV变电站的35kV侧无功补偿电容器，其串联电抗器的电抗率为6%，曾发生电容器爆炸事故，更换电容器后不久又发生电容器爆炸事故。为此我们对该钢铁企业220kV变电站进行了建模仿真。

　　1变电站系统图及仿真参数

　　1.1 220kV变电站供配电系统图

　　某220kV变电站2#主变供配电系统示意图如图1所示。

　　图1 某220kV变电站2#主变供配电系统示意图

　　1.2 仿真参数

　　(1)线路参数

　　220kV架空线路总长为437.717km双回。220kV架空线路电纳大都在到之间，我们取，则：220kV线路总电纳。

　　(2)变压器等值阻抗

　　主变的等值电抗与电阻值折合[2]到各电压等级后的值见表2。

　　表2 折合到各电压等级主变的等值电抗与电阻值

　　参数

　　绕组电抗(Ω)

　　绕组电阻(Ω)

　　XT1

　　XT2

　　XT3

　　RT1

　　RT2

　　RT3

　　折合到220kV

　　34.20

　　-4.68

　　71.37

　　0.14

　　0.59

　　2.17

　　折合到110kV

　　8.55

　　-1.17

　　17.84

　　0.03

　　0.15

　　0.54

　　折合到35kV

　　0.87

　　-0.12

　　1.81

　　0.00

　　0.02

　　0.06

　　(3)负载阻抗

　　由于110kV和35kV线路所带部分用户或变电站已安装无功补偿装置，致使不少220kV变电站35kV母线安装的电容器未投入运行。为简单起见，我们在110kV、35kV出线负载率为70%、负载功率因数为0.85的条件下计算负载阻抗，结果见表3。

　　表3 变电站、、、计算结果

　　参数

　　R2

　　R3

　　X2

　　X3

　　220kV负载阻抗(Ω)

　　790.85

　　1581.70

　　1276.09

　　2552.18

　　110kV负载阻抗(Ω)

　　197.71

　　395.42

　　319.02

　　638.05

　　35kV负载阻抗(Ω)

　　20.02

　　40.03

　　32.30

　　64.60

　　(4)滤波器参数

　　根据所给出的电容器组参数，计算[3]得到变电站35kV无功补偿装置参数(所有电容器组串联电抗率全部为6%)见表4。

　　表4 35kV侧无功补偿装置参数

　　参数

　　35kVⅠ

　　35kVⅡ

　　XC1(Ω)

　　411.7

　　161.33

　　C1(μf)

　　7.731

　　19.73

　　XL1(Ω)

　　24.70

　　9.680

　　L1(mH)

　　78.64

　　30.81

　　XC2(Ω)

　　247.04

　　193.6

　　C2(μf)

　　12.89

　　16.44

　　XL2(Ω)

　　14.82

　　11.62

　　2 变电站主变供配电系统的故障仿真分析

　　2.1 正常工况

　　通过测量，35kV侧某支路的非线性负荷4次谐波电流发生量为10A左右。根据用户提供的220kV短路容量(11686MVA)、变压器参数及负荷参数，通过仿真结果得到在变压器正常工况下(C1电容器和C3电容器均投入运行)，注入35kV系统的谐波电流系数曲线如图2所示。

　　图2串联电抗率为6% 时35kV侧谐波电流系数曲线(正常工况)

　　从图2中我们可以看出，对于35kV侧的谐波源，如果存在3.5次谐波，在35kV系统和220kV系统上有放大现象。

　　2.2 电容器C3退出运行工况

　　35kV I段母线的C3电容器退出运行，其他同正常工况。则仿真曲线如图3所示。

　　图3串联电抗率为6% 时35kV侧谐波电流系数曲线(#3电容器退出运行工况)

　　从图3中我们可以看出，对于35kV侧的谐波源，如果存在3.8次谐波，会在35kV系统和220kV系统上有放大现象。可见在电容器C3退出的运行的情况下，系统放大的谐波次数已经由3.5次移至3.8次。

　　2.3 变压器深度饱和工况

　　变压器运行出现饱和现象(，，),电容器C3仍然处于退出运行状态。则仿真曲线如图4所示。

　　图4 串联电抗率为6% 时35kV侧谐波电流系数曲线(变压器深度饱和工况)

　　由图4可看出，无功补偿装置的串联谐振次数n=4.08次，无功补偿装置与系统的并联谐振次数m=4.02，特征谐波次数h=4，m、n、h三者靠得很近，且h

　　3 结论

　　当变压器在一定条件下发生深度饱和时，m、n、h三者很接近，且h

　　4 解决方案

　　通过上述各种工况下的仿真分析，发现220kV变电站主变35kV侧存在4次谐波电流并联谐振放大的隐患，因此，应将谐振点重新调整。建议将35kV侧电容器组的串联阻抗率由6%改为7%，这样就可以有效地避免无功补偿装置的4次串联谐振以及无功补偿装置与配电系统的4次并联谐振。串联电抗率改为7%后的谐波电流系数曲线如图5所示。

　　图5 串联电抗率改为7%后35kV侧谐波电流系数曲线(变压器深度饱和工况)

　　由改造后的谐波电流系数仿真曲线可以看出，无功补偿装置的串联谐振次数n=3.78次，无功补偿装置与系统的并联谐振次数m=3.73，特征谐波次数h=4。串联谐振与并联谐振避开了特征谐波，消除了谐振过电压和谐振过电流的事故隐患。

　　5 结束语

　　电容器在补偿无功功率的同时，也会对系统的谐波电流产生影响，在滤除某次谐波的同时还会放大另外某次谐波，所以，如果电容器串联的电抗器的电抗率设计的不合理，就会使某些含量较大的谐波电流发生谐振放大，从而危害系统的安全[8]。因此，对补偿电容器的选择不但要满足补偿功率的要求还要充分考虑补偿电容器对谐波电流的影响。

　　参考文献

　　[1] 韩祯祥.电力系统分析[M],浙江大学出版社,1997.

　　[2] 纪建伟 等主编.电力系统分析[M]，中国水利水电出版社，2002.

　　[3] 毕向阳，朱凌.无源滤波电容器的设计及仿真研究[J]，电力电容器与无功补偿，2008(5).

　　[4] 郭蕾.阻抗匹配平衡变压器的暂态仿真与分析[D]，成都:西南交通大学,2005.

　　[5] 凌季平,高沁翔.MATLAB应用于并联型电力有源滤器的仿真研究[J],黑龙江电力，2007(4).

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