本文以GB/T15576-2008為基礎，采用標準比對、仿真與實際試驗論證相結合的方法，研究短路容量、投切角度、電容殘壓對涌流值的影響。研究結論完善了涌流試驗的檢驗技術要求和檢測方法，可為涌流型式試驗提供重要的技術參考和標準依據。

 

涌流試驗是GB/T 15576-2008《低壓成套無功功率補償裝置》標準中主要的型式試驗之一，作為長期從事低壓成套無功功率補償裝置產品檢測認證工作的第三方檢測實驗室，在標準的實際使用過程中，檢驗人員發現依據GB/T15576-2008標準進行涌流試驗時，試驗線路的短路容量、投切角度、電容殘壓等都會對涌流大小產生影響。諸如：試驗線路容量直觀反映了線路阻抗的大小，試驗線路容量越小線路阻抗就越大，從而會引起較大的分壓效果，使得電容器兩端電壓變小，繼而降低了涌流值。在極端情況下，當短路容量很小時，如果線路串聯有電抗器，電容器兩端還可能由于過電壓甚至無法正常工作；電容器的投切角度不同涌流也會有差異，投切開關兩端電壓較大時，一般投入涌流也較大。涌流還與補償裝置投入時電容器的殘壓值有關，當電容器的殘壓在電壓負峰值時刻投入電容器，會產生很大的涌流。這些因素在不同情況下對涌流試驗的影響大小不一，若不能確定相關檢驗要求和具體參數，涌流試驗將沒有復現性，檢驗機構之間的檢測數據也將無法進行比較。因此，通過研究試驗線路的短路容量、投切角度、電容殘壓等對涌流值的影響，進而規范統一各第三方檢測機構涌流試驗的檢驗要求和檢測方法，實現相同的低壓成套無功功率補償裝置類產品在開展檢測認證工作時，不同檢驗機構的檢測數據具有真正的可比性，從而有效評價行業產品質量的優劣，達到促進全行業質量提升的目的。

 

涌流試驗國內外標準現狀分析

 

目前在國際上，暫時還沒有與國內GB/T15576-2008《低壓成套無功功率補償裝置》標準相對應的IEC或ISO國際標準，比較相近的標準為IEEEStd 1031TM -2011(Revision of IEEE Std 1031-2000)《IEEEGuide for the Functional Specification of Transmission Static Var Compensators》，而標準中未提及涌流試驗。在國內，則主要是研究該標準和IEC61439-1和IEC60439-1的對比差異，集中在材料與部件的強度、工頻耐受電壓、溫升等的研究，且均未提及涌流試驗中試驗線路短路容量、投切角度、電容殘壓等會對涌流大小產生影響。

 

01.國內標準中涌流試驗規定的檢驗要求、檢測方法

 

GB/T 15576-2008標準中7.13規定：涌流試驗應檢測投入最后一組電容器時電路中的涌流值。試驗時，先將其余電容器全部通以額定電壓，待它們工作穩定后再投入最后一組電容器，檢測該最后一組電容器的涌流值。隨機投入試驗應不少于20次（或在峰值時投入，試驗3次），如果最大涌流值不大于標準中6.10.4規定值，則此項試驗通過。

 

JB/T 10695-2007《低壓無功功率動態補償裝置》標準中7.7規定：涌流試驗只驗證投入最后一組電容器時電路中的涌流值，即先將其余電容器全部接上額定電壓，待它們工作穩定后再投入最后一組電容器，將分流器串接在最后一組電容器的電路中，通過示波器觀察涌流值，如果裝置中電容器投入瞬間所產生的涌流不大于該組電容器額定電流峰值的三倍，則本項試驗通過。

 

GB/T 22582-2008（IEC61291:2003，MOD）《電力電容器 低壓功率因數補償裝置》標準中8.2.14規定：涌流試驗只驗證投入最后一組電容器組時電路中的涌流值，即先將其余電容器全部投入，待它們工作穩定后再投入最后一組。投入時應能控制使涌流值最大，試驗3次；不能控制時，則隨機試驗30次。相鄰兩次試驗時間間隔應大于切除-投入最小時間間隔。通過記錄示波器測量各次試驗中最后一組電容器組電路中的涌流值。裝置內電容器組容量不相同時，最小容量的電容器作為最后一組電容器組進行試驗。

 

綜上可見，各國內外標準中均沒有明確指定涌流試驗的具體檢驗要求，為長期從事低壓成套無功功率補償裝置產品檢測認證工作的第三方檢測實驗室，我們在實際的大量檢驗過程中發現，涌流試驗中試驗線路的短路容量、投切角度、電容殘壓等都會對涌流大小產生影響。而且，標準中規定的峰值投入實際就是投切角度的選擇問題。

 

02.國內標準中關于電容殘壓的要求

 

現行各標準中對電容器斷電后，以及通電過程中，都有剩余電壓的要求：

 

GB/T 15576-2008標準中6.9.8規定“裝置的放電設施應保證電容器斷電后，從額定電壓峰值放電至50V的時間不大于3min”。標準中6.10.2規定“采用機電開關投入電容器時，應保證每一組電容器在自動投入過程中，其端子間的電壓不高于電容器額定電壓的10%（例如：當電容器再次投入時有一定的延時時間）”。

 

JB/T 10695-2007標準中6.11.8規定“裝置應有放電設施，放電設施應保證電容器斷電后，從額定電壓峰值放電至50V，歷時不大于1min”。標準中6.12.2規定“在自動投切時，每一組電容器投入或切除，在設計上應保證有一定的時間延時，以保證電容器再次投切時，其端子間的電壓不高于電容器額定電壓的10%”。

 

GB/T 22582-2008（IEC61291:2003，MOD）標準中5.3.4規定“任一電容器組再次投入時，其線路端子上的剩余電壓不超過電容器的額定電壓的10%”。標準中8.2.14規定“相鄰兩次試驗時間間隔應大于切除-投入最小時間間隔”，“裝置內電容器組容量不相同時，最小容量的電容器組作為最后一組電容器組進行試驗”。

 

同樣，標準中電容殘壓的規定，也可以看做是電容殘壓對涌流值的影響問題。

 

短路容量、投切角度、電容殘壓對涌流值的影響

 

文獻給出了合閘涌流的計算公式表提供了國內外主流涌流計算方法。但是，其各方提供的計算方法相互之間差異很大，尤其是在多組電容器回路結構情況下。而在實際使用中，多組電容器情況下，合閘涌流的計算公式表中提到的完全由容量相等的電容器組成的補償裝置是難以尋找的，基本都是存在不同規格的電容器組，以及三相補償、單項補償，甚至相間補償等多種補償形式并存。并且，包括文獻在內的涌流計算公式的推導，為了簡化分析，一般都是基于線路中電阻較小的前提，從而忽略電阻的影響。而實際試驗時，尤其是試驗電源端，其電阻仍然較大，遠遠達不到可以忽略的情形。由此，通過理論推導出一個確定的、精確的計算公式已變得不切實際，這甚至是一個無法解決的難題?；诖?，本文使用PSIM仿真軟件搭建了一個涌流試驗仿真系統，同時購買元器件組裝了一臺確定電阻、電感、電容的低壓無功補償裝置樣機，采用仿真+實際試驗驗證的模式，通過定量的方法，詳細分析試驗線路容量、投切角度、電容殘壓對涌流值的影響。

 

典型的涌流試驗數學模型如圖1所示：

 

 

圖1涌流試驗等效原理圖

 

其中：US為試驗系統電源；RS為試驗系統電源電阻，LS為試驗系統電源電感；R0為試驗系統與補償裝置連接線電阻，L0為試驗系統與補償裝置連接線電感；R1為補償裝置分支1電阻，L1為補償裝置分支1電感，C1為補償裝置分支1電容；R2為補償裝置分支2電阻，L2為補償裝置分支2電感，C2為補償裝置分支2電容；TRIAC1為選相合閘開關。

 

試驗時，分支1電容投入運行，待工作穩定后，開關TRIAC1合閘，然后投入分支2電容，通過電流測量裝置I2測量分支2電流的最大峰值，即為分支2的涌流值。其中分支1也可以等效認為是若干個分支的并聯等效電路。

 

01短路容量對涌流值的影響

 

參照圖1涌流試驗等效原理圖，組裝一臺補償裝置樣機，經實際測量樣機參數R0、L0、R1、L1、C1、R2、L2、C2的值見圖1中所示。

 

PSIM下的仿真分析：

 

以補償裝置樣機為參考，根據圖1涌流試驗等效原理，在PSIM里搭建涌流試驗仿真環境。在固定投切角度、電容殘壓為零的前提下，僅考慮試驗系統線路容量（短路電流大?。丛囼炏到y短路阻抗RS、LS對涌流值的影響。設試驗系統電源有效值US為230V。通過改變RS、LS大小，仿真1kA～30kA短路電流下的涌流值如表1所示：

 

表1 1kA～30kA短路電流下，固定投切角度、電容殘壓為零時的PSIM仿真涌流值

 

 

從表1的仿真數據可以明顯看出，試驗系統短路容量對涌流值存在較大影響，當短路容量越大，涌流值越大。

 

低壓無功功率補償裝置樣機的實際試驗分析：

 

將前述搭建的補償裝置樣機通電，僅考慮試驗系統容量，即試驗系統短路阻抗RS、LS對涌流值的影響。通過改變RS、LS大小來實際改變試驗系統短路電流為1kA、5kA、10kA、15kA、20kA、25kA、30kA的情況下，固定投切角度、電容殘壓為零時的涌流值如下表2所示：

 

表2 1kA～30kA短路電流下，固定投切角度90°、電容殘壓為零下的實際試驗涌流值

 

 

從表2的試驗數據也可明顯看出，試驗系統短路容量對涌流值有較大影響，且其涌流值與短路電流對應規律和仿真結果具有明顯的一致性。

 

02仿真投切角度對涌流值的影響

 

PSIM下的仿真分析：

 

同上節，在PSIM涌流試驗仿真環境下，在固定試驗系統短路容量、電容殘壓為零的情況下，通過改變TRIAC1的投切角度來驗證投切角度對涌流值的影響。在典型的試驗系統短路電流15kA下、電容殘壓固定為零的PSIM仿真涌流值，如表3所示：

 

表3 典型短路電流15kA下，電容殘壓為零、不同投切角度下的PSIM仿真涌流值

 

 

從表3的仿真數據可以明顯看到，投切角度的不同對涌流值有較大影響。投切角度在90°附近時達到涌流最大值，而且與90°時涌流值差異率僅為0.22%。

 

低壓無功功率補償裝置樣機的實際試驗分析：

 

同上節，將前述搭建的補償裝置樣機通電，在典型的試驗系統短路電流15kA下、電容殘壓為零時，測試80°～100°不同投切角度下的涌流值，如表4所示：

 

表4  80°～100°不同投切角度下的實際試驗涌流值

 

 

觀察表4的試驗數據，可以明顯看出，投切角度的不同對涌流值也存在較大影響，且其涌流值與投切角度的對應規律和仿真結果也具有明顯的一致性。

 

03電容殘壓對涌流值的影響

 

PSIM下的仿真分析：

 

同01節，在PSIM涌流試驗仿真環境下，在固定試驗系統短路電流15kA、投切角度為90°的情況下，通過改變最后一組要投入運行的電容器的殘壓值，驗證電容殘壓值對涌流值的影響。其不同殘壓值下的PSIM仿真涌流值，如下表5所示：

 

表5 最后一組投入電容不同殘壓下的PSIM仿真涌流值

 

 

從表5的仿真數據，可以明顯看到，電容殘壓值的不同對涌流值有直接影響，其反向殘壓值越高，涌流值越大。

 

低壓無功功率補償裝置樣機的實際試驗分析：

 

同01節，將前述搭建的補償裝置樣機通電，在典型的試驗系統短路電流15kA下、投切角度90°時，最后一組電容器不同殘壓值下的涌流值，如表6所示：

 

表6 最后一組投入電容不同殘壓下的實際試驗涌流值

 

 

從上表6的試驗數據，也可以明顯看到，最后一組電容器殘壓值的不同對涌流值有直接影響。且其涌流值與殘壓值的對應規律和仿真結果也具有明顯的一致性。

 

04結論

 

綜上分析，無論是仿真模式下，還是實際試驗驗證中，當試驗系統短路容量明顯較小時，將嚴重影響涌流值的大小，甚至有可能導致補償裝置不能正常工作。但是在其產品申請認證的短路耐受強度附近，其影響非常小。一般情況下，低壓無功功率補償裝置產品的短路耐受強度認證申請常見為15kA。因此，建議以低壓無功功率補償裝置產品的短路耐受強度認證申請值作為額定試驗系統短路容量，以此統一涌流試驗時試驗系統的短路容量要求。

 

同樣情況下，投切角度的不同對涌流值也存在較大影響。通常，理論上一般認為投切角度為90°時最大，經過仿真和實際試驗，也基本驗證了這一理論。仿真和實際試驗數據顯示，最大涌流值出現在略小于90°附近，這與電流相位角滯后電壓有關?？紤]試驗的可操作性，建議以85°～90°作為峰值投入的投切角度區間，考慮到數據溯源性要求，在試驗結果中應記錄實際的投切角度。

 

同樣情況下，最后一組投入的電容器殘壓值大小的不同對涌流值也有非常大的影響。根據大部分現行標準的電容殘壓要求，最后一組電容器在投入前，應保證待投入電容器的殘余電壓盡可能小，或者兩次投入時間間隔應至少保證3min以上。考慮到數據溯源性要求，在試驗結果中應體現實際涌流投入時的最后一組電容器的電壓值。

 

總  結

 

文從國內外相關低壓補償裝置的標準入手，分析比對不同標準中涌流試驗的具體檢驗要求和檢測方法，結合檢驗人員實際涌流試驗過程中發現的問題，研究試驗線路的短路容量、投切角度、電容殘壓等對涌流大小產生的影響。通過仿真驗證和實際低壓無功補償裝置樣機試驗比對的方式，驗證了仿真和實際試驗的一致性，同時從短路容量、投切角度、電容殘壓三方面定量分析，并給出了涌流試驗時的具體建議。本文的研究結果有助于低壓補償裝置類產品涌流試驗檢驗要求和檢測方法的規范統一，可用來有效評價行業產品質量優劣，同時有利于不同檢驗機構之間實現數據比對和試驗參數的溯源，對于低壓補償裝置類產品的檢驗機構進行產品檢測和用戶選型均具有較高的參考價值。

 

引用本文：

 

信天，李洪亮，竇慧，王鑫，張超.GB/T15576-2008涌流試驗影響因素分析及對策分析[J].環境技術，2021，230(02):225-231.

專家簡介：信天，男，碩士，高級工程師，主要從事電器檢測及標準化技術方面的研究。