阻尼式限流器参数的设计选择(1)

摘要：本文阐述阻尼式限流器参数设计选择和产品系列规划的依据原则，并结合实例说明实施步骤与方法，以有助

关键词：阻尼式限流器参数设计产品系列

本文着重阐述在进行高压并联电容器用阻尼式涌流限流器产品系列策划时参数设计选择所依据的原则，并以10kV 电容装置用限流器为实例，示范实施计算分析的过程与结果，尤为侧重参数优化配置的验证。本文旨在为电容装置工程设计中选定限流器参数提供借鉴。

由文献［1］可知，限流器由低电感值电抗器与火花间隙接入的阻尼电阻组成。为了赋予装置期望的功能和性能，除了要求对投运的电容器组合理设定火花间隙的动作电压以外，电抗器和阻尼电阻组合的产品系列参数应遵循以下设计原则：

a)把电容器组的合闸涌流抑制到电容器、断路器、熔断器等电气设备和电容装置整体的有关标准规定的允许值；

b)选择电抗器与阻尼电阻参数的配合获得最佳的

限流效果；

c)有利于简化限流器的型号规格和降低造价。

图1表示接有限流器的电容器组投入电网时，计算分析其电磁暂态过程用的电路模型。该电路由4部分组成：①电源支路；②负荷支路；③已投运的电容器支路；④新投入的电容器支路。鉴于负荷阻抗较大，对电容器组的合闸过程影响很小，可忽略不计。电容器组并联追加合闸时所出现的过电流和过电压，是由邻近已运行的电容器组的放电电流和电源的充电电流引起的。然而由于受到已投运电容器组电位的钳制，电源对新投入电容器组追加合闸的充电涌流要比单组电容器的合闸涌流小得多，已投运的电容器组愈多愈是这样。通常电源支路的阻抗比电容器支路的阻抗大得多，尤其是电容器组串接限流器更是如此。故在并联追加合闸涌流中，两者提供的涌流分量在峰值和频率上有很大差异，且后者远高于前者，故两者的最大峰值不会叠加。因此，在估算涌流的峰值时可忽略电源的影响，采用图2的简化电路模型。图中，N为等容量电容器组的总组数，其中N-1组已投运；L为电抗器的电感；R为阻尼电阻器的电阻；C为电容器组电容；Um为已投运电容器组端电压处于峰值；s为拉氏变换运算因

在理论计算时还忽略了分布参数的影响，使理论值略大于实际值，这符合工程设计的要求。通过110kV

变、诸暨变、平湖变、魏塘变等多处电容装置现场测试验证，

依据限制涌流辐值的要求，首先应该选择电抗器的电感值。为了简化估算过程，可暂不计及阻尼电阻的影响，把图2再简化成图3的电路模型。

从图3可导出电容器组并联追加合闸涌流倍数与电抗器电抗率和电容器总组数的关系式：

式中：Ucn—

Qcn—

国标GB-50227-1995《并联电容器装置设计规范》对限制涌流及其电抗率的选择作如下规定：

“仅用于限制涌流时，电抗率宜取%～1%。”；“并联电容器装置的合闸涌流限值，宜取电容器组额定电流的20倍；

同时，在标准的“条文说明”中对涌流限值作如下说明：“根据国内多年的运行经验，20倍涌流未见对回路设备造成损坏，这是一个经验数值不是科学试验值，目前大家接受这

由上可见，标准仅仅提出KC和A的选取范围，而不是

某一定值。因此，不必以固定的KC或A值来考虑设计选择电抗器的电感值，亦即电抗器的电感量不必与电容器组容量大小一一对应，这就为简化限流器产品型号规格提供了有利

设想对同一电压等级的电容装置，在工程实用的容量范围内，电抗器取相同的电感值，且在对应于小容量电容器组时KC取较大值和N取较小值，然后按式求得Le值；而对应于大容量电容器组时，如与前者取相同的Le值，则随着A 的增大KC减小，如取较大的KC值则允许的N值可显著增大式)；将工程实用的电容装置容量按大小顺序划分为若干区段，相应地将电感量取值相同的电抗器的额定电流划分为若干区段。这样就把限流器中电抗器的型号规格系列简化为电压等级和额定电流等表征参数的区分。

以10kV电容装置配用的限流器为例，设计选择电抗器参数。设定单组电容器容量为2～10Mvar，Ucn=。在选择Le 时，取Qcn=2Mvar，N=3，KC=20，由式可求得Le=195μH，故选取电抗器电感值为200μH。按首选的电抗值计算得出对应于不同容量的电容器组的电抗率如表1所示，并可按式验算对应于不同的电容器组数和电抗率情况下的涌流倍数如表2所示。然而，不少运行单位选取Ucn=11kV，使得相应的A值有所减小，而Kc值有所增大。

按图2简化运算电路及上述的计算条件，可推导出第N 组电容器投入时的追加合闸涌流ic

义：α1为涌流直流分量的衰减常数，α2、ω0分别为涌流周期分量的衰减常数和角频率。如计算电容器组在不同运行方式下的合闸涌流，诸如1组运行1组投入，2组运行1组投入，……，等等，可分别令N=2、3、……，并在电抗器的电感L和电容器组的电容C已定，以及设定的阻尼电阻R的情况下，先求出特征方程的三个根之后，代入式计算i

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