淺談電力電容器無功補償及其安全應用

【摘要】文中介紹了電力電容器補償的理論基礎，探討了電力電容器的補償特點，電力電容器的補償優點、電力電容器的補償缺點，提出了電力電容器的補償方式，電力電容器的高壓分散補償、低壓分散補償、低壓集中補償和電力電容器的安全運行，包括允許運行電流、允許運行電壓、諧波問題、繼電保護問題、合閘問題和允許運行溫度。

【關鍵詞】電力電容器；無功補償；安全應用

改革開放以來，隨著經濟的發展，人們的生活水平的提高，繩長和生活用電大幅度提高，導致用電負荷的增加，必然要求電網系統利用率提高。但由于接入電網的用電設備絕大多數是電感性負荷，自然功率因素低，進而影響發電機的輸出功率，降低有功功率的輸出，影響變電、輸電的供電能力，降低有功功率的容量，增加電力系統的電能損耗，增加輸電線路的電壓降等。因此，連接到電網中的大多數電器不僅需要有功功率，還需要一定的無功功率。電機和變壓器中的磁場靠無功電流維持，輸電線中的電感也消耗無功，電抗器、熒光燈等所有感性電路全部需要一定的無功功率。為減少電力輸送中的損耗，提高電力輸送的容量和質量，必須進行無功功率的補償。目前，在110kV及以下的電網中，常安裝電力電容器組來進行無功功率補償，這是一種實用、經濟的方法。采用無功補償，具有多種優點，例如減少設計容量，減少投資；增加電網中有功功率的輸送比例，降低線損，改善電壓質量，穩定設備運行；可提高低壓電網和用電設備的功率因素，降低電能損耗和節能；減少用戶電費支出；可滿足電力系統對無功補償的檢測要求，消除因為功率因素過低產生問題。

1.電力電容器補償的理論基礎

電容器在理論上相當于產生容性無功電流的發電機。其無功補償的原理是把具有容性功率負荷的裝置和感性功率負荷并聯在同一電容器上，能量在兩種負荷間相互轉換。這樣，電網中的變壓器和輸電線路的負荷降低，從而輸出有功能力增加。在輸出一定有功功率的情況下，供電系統的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統和工業配電負荷的最簡便、經濟的方法。因此，電容器作為電力系統的無功補償勢在必行。當前，采用并聯電容器作為無功補償裝置已經非常普遍。如忽略設備費用的折舊及其他的經濟觀點時，在最末端的負荷點并聯裝設電容器是理想的。這是由于裝設電容器所產生的改善力率的效果，使從電容器的裝設地點起直到發電廠的所有連接的輸電線路及變壓器等設備狽失都能降低。但在負荷停止期間電容器也不起作用了，這時由于電費的減少，設備的折舊期也延長。

2.電力電容器的特點

電力補償電容器是用于電網無功補償的一類電容器。電力補償電容器是為減少電網功率無功損耗的一種電容器。是提高電功率利用率的有效元件。

2.1電力電容器的優點

電力電容器無功補償裝置具有安裝方便，安裝地點增減方便；有功損耗小（僅為額定容量的0.4%左右）；建設周期短；投資小；無旋轉部件，運行維護簡便；個別電容器組損壞，不影響整個電容器組運行等優點。

2.2電力電容器的缺點

電力電容器無功補償裝置的缺點：只能進行有級調節，不能進行平滑調節；通風不良，一旦電容器運行溫度高于70℃時，易發生膨脹爆炸；電壓特性不好，對短路穩定性差，切除后有殘余電荷；無功補償精度低，易影響補償效果；補償電容器的運行管理困難及電容器安全運行的問題未受到重視等。

3.電力電容器的補償

智能無功補償電容器改變了傳統無功補償裝置落后的控制技術，改變了傳統無功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，適應了現代電網對無功補償的更高要求。

3.1電力電容器的高壓分散補償

這種補償是在單臺變壓器高壓側安裝，用以改善電源電壓質量的無功補償電容器。高壓集中補償是指將電容器裝于變電站或用戶降壓變電站6kV-10kV高壓母線的補償方式；電容器也可裝設于用戶總配電室低壓母線，適用于負荷較集中、離配電母線較近、補償容量較大的場所，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可減少對電力系統無功的消耗并起到一定的補償作用。其優點是易于實行自動投切，可合理地提高用戶的功率因素，利用率高，投資較少，便于維護，調節方便可避免過補，改善電壓質量。但這種補償方式的補償經濟效益較差。

3.2電力電容器的低壓分散補償

低壓分散補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地安裝在用電設備附近，以補償安裝部位前邊的所有高低壓線路和變壓器的無功功率。其優點是用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，可減少配電網和變壓器中的無功流動從而減少有功損耗；可減少線路的導線截面及變壓器的容量，占位小。

3.3電力電容器的低壓集中補償

低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功符合而直接控制電容器的投切。低壓補償的優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

4.電力電容器的安全運行

4.1電容器允許運行電流

正常運行時，電容器應在額定電流下運行，最大運行電流不得超過額定電流的1.3倍，三相電流差不超過5%。

4.2電容器允許運行電壓

電容器對電壓十分敏感，因電容器的損耗與電壓平方成正比，過電壓會使電容器發熱嚴重，電容器絕緣會加速老化，壽命縮短，甚至電擊穿。因此，電容器裝置應在額定電壓下運行，一般不宜超過額定電壓的1.05倍，最高運行電壓不宜超過額定電壓的1.1倍。當母線超過1.1倍額定電壓時，須采取降溫措施。

4.3電容器諧波問題

由于電容器回路是一個LC電路，對于某些諧波容易產生諧振，易造成高次諧波，使電流增加和電壓升高。且諧波的這種電流對電容器非常有害，極容易使電容器擊穿引起相間短路。因此，當電容器在正常工作時，在必要時可在電容器上串聯適當的感抗值的電抗器，以限制諧波電流。

4.4電容器繼電保護問題

繼電保護裝置可以有效地切除故障電容器，是保證電力系統安全穩定運行的重要手段。主要的電容器繼電保護措施有：一是三段式過流保護；二是為防止系統穩態過壓造成電容器損壞而設置的過電壓保護；三是為避免系統電源短暫停，引起電容器瞬時重合造成過電壓損壞；四是反映電容器組中電容器的內部擊穿故障而配置的不平衡電壓保護、不平衡電流保護或三相差電壓保護。

4.5電容器合閘問題

電容器組禁止帶電重合閘。主要是因電容器放電需要一定時間，當電容器組的開關跳閘后，如果馬上重合閘，電容器是來不及放電的，在電容器中就可能殘存著與重合閘電壓極性相反的電荷，這將使合閘瞬間產生很大的沖擊電流，從而造成電容器外殼膨脹、噴油甚至爆炸。所以，電容器組再次合閘時，必須在斷路器斷開3min之后才可進行。

4.6電容器允許運行溫度

電容器正常工作時，其周圍額定環境溫度一般為40℃-25℃；其內部介質的溫度應低于65℃，最高不得超過70℃，否則會引起熱擊穿，或是引起鼓肚現象。電容器外殼的溫度是在介質溫度與環境溫度之間，不應超過55℃。因此，應保持電容器室內通風良好，確保其運行溫度不超過允許值。

5.結語

電力電容器具有無功補償原理簡單、安裝方便、投資小，有功損耗小，運行維護簡便、安全可靠等優點。因此，在當前，隨著電力負荷的增加，要想提高電網系統的利用率，通過采用補償電容器進行合理的補償，是能夠提高供電質量并取得明顯的經濟效益的。

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