(3)

由（3）式可知，涌流峰值出現(xiàn)在sinωt＝1，sinω0t＝1時(shí)。而且涌流峰值的穩(wěn)定分量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自由分量，經(jīng)簡(jiǎn)化整理得：

                     (4)

式中，IC1：電容器C1額定電流;

ICm1:JC1接通時(shí)線路電流涌流峰值。

風(fēng)電廠電容器C1投入時(shí)出現(xiàn)涌流峰值的倍數(shù)應(yīng)為：

                               (5)

風(fēng)機(jī)啟動(dòng)正常建壓后，在正常工作風(fēng)速運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組向電網(wǎng)輸送的電能增加時(shí)需要投入補(bǔ)償電容器C2, 投入C2所出現(xiàn)的涌流將包括電網(wǎng)向補(bǔ)償電容器C2充電電流和電容器C1的放電電流。由于電網(wǎng)線較長(zhǎng)和中間存在電氣設(shè)備阻抗的限制，以及已投入運(yùn)行的電容器C1電位箝制作用，電網(wǎng)對(duì)補(bǔ)償電容器C2充電電流是很小的。而電容器C1對(duì)補(bǔ)償電容器C2的放電電流卻因阻抗極小，將是相當(dāng)大的。如果當(dāng)電容器C1的電壓達(dá)到電網(wǎng)電壓峰值時(shí)，投入補(bǔ)償電容器C2，即閉合圖1中的JC2,這時(shí)補(bǔ)償電容器C2的涌流即二階電路振蕩放電過(guò)程的電流可以用下式表示：

                               (6)

式中，

;

；

因無(wú)功補(bǔ)償電容器所安裝母線的電阻極小可以忽略，因此，只有當(dāng)t=0時(shí)出現(xiàn)涌流峰值，經(jīng)整理簡(jiǎn)化為：

                                         (7)

(7)式經(jīng)變換整理后為：

                        (8)

式中，IC2：補(bǔ)償電容C2的額定電流；

ICm2:JC2接通時(shí)線路電流涌流峰值。

風(fēng)電廠補(bǔ)償電容器組C2投入時(shí)所出現(xiàn)涌流峰值的倍數(shù)為：

                        (9)

從（9）式與（5）式的比較可以看出，風(fēng)電廠電容器C1投入時(shí)所出現(xiàn)的涌流峰值倍數(shù)表達(dá)式與補(bǔ)償電容器C2投入時(shí)所出現(xiàn)的涌流峰值倍數(shù)表達(dá)式其結(jié)構(gòu)形式相同，僅表達(dá)式的參數(shù)及組合形式不同。如果對(duì)兩種投入方式所出現(xiàn)的涌流峰值倍數(shù)進(jìn)行比較，從表達(dá)式內(nèi)參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行分析，就可得到滿(mǎn)意的結(jié)果。風(fēng)電廠廠址的選擇都是根據(jù)風(fēng)況確定的，一般都遠(yuǎn)離電網(wǎng)。電網(wǎng)線及中間存在的電氣設(shè)備，使電容器C1供電回路的電感值L1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于補(bǔ)償電容器組C2放電回路只有母線的電感值L2，即L1>>L2。根據(jù)風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償電容器的實(shí)際匹配情況，階段投入每組補(bǔ)償電容器C2的電容量與已運(yùn)行電容器C1的電容量相比是較小的，即C1>>C2，從而 C1> （C1＋C2）·C2/ C1，由此可以得出KCm1

3投切電容器開(kāi)關(guān)的技術(shù)要求及選擇

風(fēng)電廠機(jī)組啟動(dòng)后,在工作風(fēng)速運(yùn)行過(guò)程中,需要經(jīng)常投切無(wú)功補(bǔ)償電容器,這樣風(fēng)電廠電網(wǎng)受到較大的涌流沖擊,會(huì)引起電廠網(wǎng)絡(luò)電壓的較大波動(dòng),給風(fēng)電廠網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量,電氣設(shè)備的運(yùn)行性能及自控系統(tǒng)的控制質(zhì)量帶來(lái)極為不利的影響.此外還會(huì)出現(xiàn)損壞開(kāi)關(guān)觸頭的現(xiàn)象。通榆風(fēng)電廠原風(fēng)力發(fā)電機(jī)自帶的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)雖然采用質(zhì)量很好的ABB公司生產(chǎn)的交流接觸器，但運(yùn)行3至4年后，接觸器均出現(xiàn)不同程度的損壞，有的甚至嚴(yán)重?zé)龤б痣娙輷p壞。這樣不僅直接影響風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償?shù)目煽啃?，降低風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量，而且也加大開(kāi)關(guān)設(shè)備檢修維護(hù)工作量，增加投切開(kāi)關(guān)設(shè)備的更新投資。通榆風(fēng)力發(fā)電廠正是由于這種原因面臨所有投切開(kāi)關(guān)的更新。由此針對(duì)風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償所出現(xiàn)的涌流，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施加以限制，使風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量得以提高，設(shè)備運(yùn)行更可靠。

風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償電容器投入時(shí)所出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程直接影響涌流峰值大小?？刂茻o(wú)功補(bǔ)償電容器投入時(shí)的相位，是降低涌流的最有效方式，這種方式在技術(shù)上可行，也能夠達(dá)到預(yù)期效果，但需較大投資且可控硅的散熱問(wèn)題較難解決。使用交流接觸器及并聯(lián)限涌流電阻或串接電感經(jīng)過(guò)實(shí)際使用雖也有良好效果，但從實(shí)際長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)行看，可靠使用壽命仍不理想。在日本同樣的設(shè)備可保用10年，而通榆風(fēng)電廠只有3至4年的使用期。至于在無(wú)功補(bǔ)償電容器投入前，相應(yīng)使無(wú)功補(bǔ)償電容器儲(chǔ)蓄電荷，以維持一定的電壓來(lái)降低涌流峰值是可以實(shí)現(xiàn)的，但考慮到人身安全和繁瑣的充電步驟，也是不可取的。在通榆風(fēng)力發(fā)電廠改造工程中，相關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)電容器投切開(kāi)關(guān)的故障原因做了仔細(xì)分析。電廠使用的ABB公司生產(chǎn)的這種交流接觸器，每組電容器投切開(kāi)關(guān)由兩只交流接觸器組成，一主一輔，為并聯(lián)關(guān)系。主交流接觸器觸點(diǎn)工作電流大適合長(zhǎng)期工作，為普通結(jié)構(gòu)接觸器，與之并聯(lián)的輔助交流接觸器體積及允許工作額定電流小于主交流接觸器，與主交流接觸器結(jié)構(gòu)不同的是在它的每個(gè)觸點(diǎn)與外接線端子之間串接有2Ω的功率電阻，外接線端子與主交流接觸器外接線端子并聯(lián)連接，工作過(guò)程為投入補(bǔ)償電容器時(shí)，輔助交流接觸器首先吸合然后主交流接觸器吸合短路輔助交流接觸器。從風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償電容器匹配的分析可知：風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償電容器投入時(shí)所出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程的性質(zhì)屬于振蕩過(guò)渡狀態(tài)。如果利用電阻對(duì)回路暫態(tài)過(guò)程的影響，在無(wú)功補(bǔ)償電容器投入時(shí)串接限流電阻，不僅會(huì)使涌流峰值降低，同時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償電容器投入時(shí)回路所出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程的性質(zhì)將發(fā)生變化，由原來(lái)振蕩過(guò)渡過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦袷庍^(guò)渡過(guò)程。限流電阻在風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償電容器正常運(yùn)行過(guò)程中，消耗有功功率非常大，不允許長(zhǎng)期串接運(yùn)行，必須在很短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)短接。

無(wú)功補(bǔ)償電容器回路瞬間串接電阻,是降低涌流峰值較為有效的實(shí)現(xiàn)方式,但由于電容器頻繁投切,電容量會(huì)發(fā)生變化,因此,串接電阻在電容器初期容量不變時(shí)是最佳阻值,但隨使用時(shí)間的增加,電容量有一定的消耗,而電阻值基本不變,造成隨使用年限的增加而預(yù)期的限流效果會(huì)越來(lái)越差。這就是為什么通榆風(fēng)力發(fā)電廠現(xiàn)在越來(lái)越多的投切接觸器出現(xiàn)燒損觸點(diǎn)以致無(wú)法實(shí)現(xiàn)電容器的投切原因所在。使用中最長(zhǎng)時(shí)間已達(dá)4年還未出現(xiàn)故障的接觸器已寥寥無(wú)幾。風(fēng)力發(fā)電所需吸收的無(wú)功功率與普通供電網(wǎng)路在實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償原理上是一致的，普通電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償比較有規(guī)律，并且投切次數(shù)較少且不頻繁，投切還需設(shè)定一定的延時(shí)時(shí)間，而風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)則不然，風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，有一定的功率輸出，需要吸收一定的無(wú)功功率，變化頻繁，不允許電容器投切有較長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)，否則電機(jī)不得不從電網(wǎng)吸收相應(yīng)的無(wú)功功率,這樣勢(shì)必影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。根據(jù)通榆風(fēng)力發(fā)電廠的運(yùn)行實(shí)際情況，西安森寶電氣工程有限公司設(shè)計(jì)的專(zhuān)用于投切電容器的復(fù)合開(kāi)關(guān)可以有效地解決這一問(wèn)題。其工作原理為交流接觸器并聯(lián)雙向可控硅實(shí)現(xiàn)過(guò)零點(diǎn)自動(dòng)投切，既克服了單純使用固態(tài)繼電器或可控硅的難解決散熱問(wèn)題，又保證了最大限度的減小電容器投切時(shí)產(chǎn)生的涌流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，既實(shí)現(xiàn)了電容器的無(wú)觸點(diǎn)投切，又使交流接觸器的使用壽命得以延長(zhǎng)。根據(jù)對(duì)相關(guān)器件的額定使用條件理論計(jì)算，正常使用壽命可達(dá)5－10年。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)電容器組匹配合適，使用壽命可以更長(zhǎng)，從而有效解決了維護(hù)問(wèn)題。由于通榆風(fēng)力發(fā)電廠所有設(shè)備均為進(jìn)口產(chǎn)品，其用作投切電容器的交流接觸器價(jià)格與復(fù)合開(kāi)關(guān)價(jià)格相當(dāng)，西安森寶電氣工程有限公司設(shè)計(jì)的專(zhuān)用于投切電容器的復(fù)合開(kāi)關(guān)所用部件均采用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)器件，與同類(lèi)國(guó)外產(chǎn)品比較，成本較低，性能更可靠，更易維護(hù)。

4結(jié)論

西安森寶電氣工程有限公司為通榆風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)計(jì)了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)改造方案，并針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償新產(chǎn)品，該產(chǎn)品運(yùn)行一年多，效果良好解決了風(fēng)電廠無(wú)功補(bǔ)償長(zhǎng)期未解決的問(wèn)題，也使作者對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際工作運(yùn)行有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，風(fēng)力發(fā)電廠在建廠投入運(yùn)行后，基本無(wú)需再投資，僅需維護(hù)設(shè)備的可靠正常運(yùn)行，且自動(dòng)化管理程度高。由于風(fēng)能的特殊性，現(xiàn)國(guó)內(nèi)大多風(fēng)力發(fā)電廠運(yùn)行幾年后，突出需要解決的問(wèn)題在于設(shè)備維護(hù)，無(wú)功補(bǔ)償是其中的重要環(huán)節(jié)之一。要解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題,從實(shí)踐改造工程中總結(jié)出以下幾點(diǎn)：①.對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況及環(huán)境風(fēng)力資源的變化規(guī)律要有深刻了解，才能對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工作狀態(tài)判定正確。②.風(fēng)力發(fā)電廠發(fā)電量與無(wú)功補(bǔ)償電容器容量的匹配，需從實(shí)際運(yùn)行采樣的數(shù)據(jù)中分析總結(jié)，確定正確合理的匹配關(guān)系,這樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)才能運(yùn)行在高效率狀態(tài)下,充分利用資源,發(fā)揮設(shè)備作用。③.控制系統(tǒng)運(yùn)行已具有高度的可靠性，而一次設(shè)備電容器投切開(kāi)關(guān)的可靠及長(zhǎng)期運(yùn)行至關(guān)重要，復(fù)合開(kāi)關(guān)是投資小而可靠性高的理想器件。所以，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備可靠運(yùn)行及電容器組的合理配置，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)高效運(yùn)行具有十分重要的作用。

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