并聯電容無功補償裝置的幾個重要問題討論

孫偉中

摘 要：對并聯電容無功補償裝置設計、安裝和運行中的幾個重要問題進行分析討論。主要包括：無功補償容量的選擇，串聯電抗器抑制諧波及實際運行電壓對電容器使用壽命的影響。

關鍵詞：無功補償 電容器 串聯電抗器 諧波 使用壽命

中圖分類號：TM5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0125-02

并聯電容無功補償的作用主要就是以提高功率因數上來減少對設備中的功率與容量的損耗，同時還可以提高供電的質量，并且對供電電壓有穩定作用。設備中安裝上并聯電容器來做無功補償，而在電網中還可以限制無功功率的傳輸，這樣就對線路的電壓損耗有所減少，并且提高了電網的電壓質量。

它的缺點是難以實現無級調節，補償容量確定有較大的靈活性，并且當通風不良、運行溫度過高時，或流入的諧波電流及合閘涌流限制不當時，易造成諧波過流、過壓和涌流超過規定值，而使電容器損壞。下面對設計和運行中的幾個重點問題進行討論。

1 補償容量的選擇

（1）當計算靜電電容器補償容量時，應考慮電容器（電網）實際的運行電壓不等于電容器額定電壓的情況，對電容器的額定容量加以修正，其實際的容量為：

=（）

式中：為電容器在實際運行電壓時的容量；為電容器的額定容量；為電容器的額定電壓；為電網即電容器的實際運行電壓。

（2）應考慮電壓頻率對電容器實際容量的影響，如電網的實際頻率與電容器的額定頻率不同時，必須按下式修正：

=（）

式中：為電容器在電網實際頻率時的容量；為電容器的額定容量；為電網的實際頻率；為電容器的額定頻率，由產品說明書給出。

（3）對于電動機進行就地補償時，其電容器容量的計算應以電動機空載時補償的功率因數接近1為宜，不能按電動機的負荷情況計算補償容量，否則空載時會出現過補償而使電壓升高，對電動機和電容器的絕緣不利。因此，對于個別補償的電動機，其補償容量可由下式確定：

式中：為電動機所需補償容量；為電動機的電壓；為電動機的空載電流。

2 高次諧波對并聯電容器的影響及采用電抗器抑制措施時的注意事項

高次諧波對并聯電容器的影響，表現在以下三個方面。

（1）增加電容器損耗，諧波電流的存在在電容器內產生附加功率損耗。

（2）增加無功輸出。由于諧波的存在，電容器發出的總無功，不僅包括基波無功，還包括諧波無功。

（3）會引起諧波過電壓或過電流。諧波有可能引起電容器與系統間產生串聯或并聯諧振，而造成電容器過電壓或者過電流。

上述現象均可引起電容器過熱，而導致電容器損壞。

為減少和避免高次諧波對電容器的危害，應從供電系統和無功補償裝置設計上采取措施，具體方法有設置濾波器、增加整流裝置諧波源的整流相數和脈沖數、串聯電抗器等，這里只重點討論串電抗器的問題。

要特別注意避免串聯諧振和并聯諧振的發生，在串聯諧振時，一較小的諧波電壓，就可形成較大的諧波電流流過電容器。而并聯諧振對諧波源呈現出高阻抗，使得母線諧波電壓升高，造成電容器回路諧波電流很大，甚至可達十幾倍到幾十倍。

為減少諧波流入電容器和合閘涌流，可串聯適當參數的電抗器。其感抗值的選擇應使在可能產生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗而不是容抗，從而消除了諧振的可能。電抗器的感抗值按下式計算：

=K

式中為串聯電抗器的感抗，Ω；是補償電容器的工頻容抗，Ω；n為可能產生的最低諧波次數；K為可靠系數，一般取1.2～1.5。

為了防止可能出現的鐵磁諧振，一般宜采用無鐵芯的電抗器。電抗器的額定電流應稍大于電容器實際電流。但應注意，由于串聯電抗器會使電容器的基波電壓升高，其值為

=

式中為電容器的基波電壓升高，kV；為系統額定電壓，kV。

例如，在設計中對于最常見的5次諧波，端電壓升高可達6%，所以電容器額定電壓應高于系統電壓于星形或雙星形接線，6.3 kV系統應采用4 kV電容器，10.5 kV系統應采用6.6 kV電容器。

3 電力電容器的實際使用壽命與工作電壓和環境溫度的關系

眾所周知，在電容器介質上的額定工作場強與其它電器相比是比較高的。所以在我國GB/T11024.1-2001中明確規定，電容器的額定工作電壓是電容器容許在電網中連續工作的最高電壓。如果在高于其額定電壓的電壓下連續運行，電容器的實際使用壽命就將大大縮短，可靠性也將因電老化而下降。電力電容器的實際使用壽命與實際工作電壓的關系通常可以用式 （1）表示： =

式中：為電容器的額定壽命（設=20年）；為電容器的實際使用壽命；

為電容器在電網中的實際連續工作電壓；為電容器的額定電壓。α為系數，對于全膜電容器α=9。

通過式（1），我們可以分別求出在不同的實際工作電壓下電容器的實際使用壽，見表1和圖1。

從表1和圖1中可以看出，如果電容器在高于其額定電壓的電壓下長期連續地運行，由于電老化的作用其實際使用壽命的就會大大縮短。雖然，電容器是可以在高于其額定電壓的電壓，例如：1.03，1.05，1.1下作非連續的幾個小時的運行，但決不能在高于其額定電壓的電壓下作連續長期的運行，不然將大大縮短電容器的實際使用壽命和可靠性，是得不償失的。對此，希望能引起廣大電容器用戶的注意，千萬不要使電容器在高于其額定電壓的電壓下連續運行。

4 結語

以上對電容無功補償裝置在設計和運行中至關重要，但常常被忽略的三個重要技術問題進行的簡要分析，此三者之間又存在著較大的相關性，比如電抗器的選擇直接關系到電容器的實際運行電壓，而實際運行電壓又影響到電容的使用壽命，所以，無論是在實際的設計中還是在最終用戶的運行使用中，都應該引起重視，權衡考慮。

參考文獻

[1] 蒲如蘭.無功補償裝置的選擇與控制[J].福州大學學報：自然科學版.

[2] 鋼鐵企業電力設計手冊（上）[M].冶金工業出版社.ISBN7-5024-1534-3.

[3] 沈文琪.電力電容器的實際使用壽命與使用條件的關系[J].電力電容器，2004（1）.endprint

摘 要：對并聯電容無功補償裝置設計、安裝和運行中的幾個重要問題進行分析討論。主要包括：無功補償容量的選擇，串聯電抗器抑制諧波及實際運行電壓對電容器使用壽命的影響。

關鍵詞：無功補償 電容器 串聯電抗器 諧波 使用壽命

中圖分類號：TM5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0125-02

并聯電容無功補償的作用主要就是以提高功率因數上來減少對設備中的功率與容量的損耗，同時還可以提高供電的質量，并且對供電電壓有穩定作用。設備中安裝上并聯電容器來做無功補償，而在電網中還可以限制無功功率的傳輸，這樣就對線路的電壓損耗有所減少，并且提高了電網的電壓質量。

它的缺點是難以實現無級調節，補償容量確定有較大的靈活性，并且當通風不良、運行溫度過高時，或流入的諧波電流及合閘涌流限制不當時，易造成諧波過流、過壓和涌流超過規定值，而使電容器損壞。下面對設計和運行中的幾個重點問題進行討論。

1 補償容量的選擇

（1）當計算靜電電容器補償容量時，應考慮電容器（電網）實際的運行電壓不等于電容器額定電壓的情況，對電容器的額定容量加以修正，其實際的容量為：

=（）

式中：為電容器在實際運行電壓時的容量；為電容器的額定容量；為電容器的額定電壓；為電網即電容器的實際運行電壓。

（2）應考慮電壓頻率對電容器實際容量的影響，如電網的實際頻率與電容器的額定頻率不同時，必須按下式修正：

=（）

式中：為電容器在電網實際頻率時的容量；為電容器的額定容量；為電網的實際頻率；為電容器的額定頻率，由產品說明書給出。

（3）對于電動機進行就地補償時，其電容器容量的計算應以電動機空載時補償的功率因數接近1為宜，不能按電動機的負荷情況計算補償容量，否則空載時會出現過補償而使電壓升高，對電動機和電容器的絕緣不利。因此，對于個別補償的電動機，其補償容量可由下式確定：

式中：為電動機所需補償容量；為電動機的電壓；為電動機的空載電流。

2 高次諧波對并聯電容器的影響及采用電抗器抑制措施時的注意事項

高次諧波對并聯電容器的影響，表現在以下三個方面。

（1）增加電容器損耗，諧波電流的存在在電容器內產生附加功率損耗。

（2）增加無功輸出。由于諧波的存在，電容器發出的總無功，不僅包括基波無功，還包括諧波無功。

（3）會引起諧波過電壓或過電流。諧波有可能引起電容器與系統間產生串聯或并聯諧振，而造成電容器過電壓或者過電流。

上述現象均可引起電容器過熱，而導致電容器損壞。

為減少和避免高次諧波對電容器的危害，應從供電系統和無功補償裝置設計上采取措施，具體方法有設置濾波器、增加整流裝置諧波源的整流相數和脈沖數、串聯電抗器等，這里只重點討論串電抗器的問題。

要特別注意避免串聯諧振和并聯諧振的發生，在串聯諧振時，一較小的諧波電壓，就可形成較大的諧波電流流過電容器。而并聯諧振對諧波源呈現出高阻抗，使得母線諧波電壓升高，造成電容器回路諧波電流很大，甚至可達十幾倍到幾十倍。

為減少諧波流入電容器和合閘涌流，可串聯適當參數的電抗器。其感抗值的選擇應使在可能產生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗而不是容抗，從而消除了諧振的可能。電抗器的感抗值按下式計算：

=K

式中為串聯電抗器的感抗，Ω；是補償電容器的工頻容抗，Ω；n為可能產生的最低諧波次數；K為可靠系數，一般取1.2～1.5。

為了防止可能出現的鐵磁諧振，一般宜采用無鐵芯的電抗器。電抗器的額定電流應稍大于電容器實際電流。但應注意，由于串聯電抗器會使電容器的基波電壓升高，其值為

=

式中為電容器的基波電壓升高，kV；為系統額定電壓，kV。

例如，在設計中對于最常見的5次諧波，端電壓升高可達6%，所以電容器額定電壓應高于系統電壓于星形或雙星形接線，6.3 kV系統應采用4 kV電容器，10.5 kV系統應采用6.6 kV電容器。

3 電力電容器的實際使用壽命與工作電壓和環境溫度的關系

眾所周知，在電容器介質上的額定工作場強與其它電器相比是比較高的。所以在我國GB/T11024.1-2001中明確規定，電容器的額定工作電壓是電容器容許在電網中連續工作的最高電壓。如果在高于其額定電壓的電壓下連續運行，電容器的實際使用壽命就將大大縮短，可靠性也將因電老化而下降。電力電容器的實際使用壽命與實際工作電壓的關系通?？梢杂檬?（1）表示： =

式中：為電容器的額定壽命（設=20年）；為電容器的實際使用壽命；

為電容器在電網中的實際連續工作電壓；為電容器的額定電壓。α為系數，對于全膜電容器α=9。

通過式（1），我們可以分別求出在不同的實際工作電壓下電容器的實際使用壽，見表1和圖1。

從表1和圖1中可以看出，如果電容器在高于其額定電壓的電壓下長期連續地運行，由于電老化的作用其實際使用壽命的就會大大縮短。雖然，電容器是可以在高于其額定電壓的電壓，例如：1.03，1.05，1.1下作非連續的幾個小時的運行，但決不能在高于其額定電壓的電壓下作連續長期的運行，不然將大大縮短電容器的實際使用壽命和可靠性，是得不償失的。對此，希望能引起廣大電容器用戶的注意，千萬不要使電容器在高于其額定電壓的電壓下連續運行。

4 結語

以上對電容無功補償裝置在設計和運行中至關重要，但常常被忽略的三個重要技術問題進行的簡要分析，此三者之間又存在著較大的相關性，比如電抗器的選擇直接關系到電容器的實際運行電壓，而實際運行電壓又影響到電容的使用壽命，所以，無論是在實際的設計中還是在最終用戶的運行使用中，都應該引起重視，權衡考慮。

參考文獻

[1] 蒲如蘭.無功補償裝置的選擇與控制[J].福州大學學報：自然科學版.

[2] 鋼鐵企業電力設計手冊（上）[M].冶金工業出版社.ISBN7-5024-1534-3.

[3] 沈文琪.電力電容器的實際使用壽命與使用條件的關系[J].電力電容器，2004（1）.endprint

摘 要：對并聯電容無功補償裝置設計、安裝和運行中的幾個重要問題進行分析討論。主要包括：無功補償容量的選擇，串聯電抗器抑制諧波及實際運行電壓對電容器使用壽命的影響。

關鍵詞：無功補償 電容器 串聯電抗器 諧波 使用壽命

中圖分類號：TM5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0125-02

并聯電容無功補償的作用主要就是以提高功率因數上來減少對設備中的功率與容量的損耗，同時還可以提高供電的質量，并且對供電電壓有穩定作用。設備中安裝上并聯電容器來做無功補償，而在電網中還可以限制無功功率的傳輸，這樣就對線路的電壓損耗有所減少，并且提高了電網的電壓質量。

它的缺點是難以實現無級調節，補償容量確定有較大的靈活性，并且當通風不良、運行溫度過高時，或流入的諧波電流及合閘涌流限制不當時，易造成諧波過流、過壓和涌流超過規定值，而使電容器損壞。下面對設計和運行中的幾個重點問題進行討論。

1 補償容量的選擇

（1）當計算靜電電容器補償容量時，應考慮電容器（電網）實際的運行電壓不等于電容器額定電壓的情況，對電容器的額定容量加以修正，其實際的容量為：

=（）

式中：為電容器在實際運行電壓時的容量；為電容器的額定容量；為電容器的額定電壓；為電網即電容器的實際運行電壓。

（2）應考慮電壓頻率對電容器實際容量的影響，如電網的實際頻率與電容器的額定頻率不同時，必須按下式修正：

=（）

式中：為電容器在電網實際頻率時的容量；為電容器的額定容量；為電網的實際頻率；為電容器的額定頻率，由產品說明書給出。

（3）對于電動機進行就地補償時，其電容器容量的計算應以電動機空載時補償的功率因數接近1為宜，不能按電動機的負荷情況計算補償容量，否則空載時會出現過補償而使電壓升高，對電動機和電容器的絕緣不利。因此，對于個別補償的電動機，其補償容量可由下式確定：

式中：為電動機所需補償容量；為電動機的電壓；為電動機的空載電流。

2 高次諧波對并聯電容器的影響及采用電抗器抑制措施時的注意事項

高次諧波對并聯電容器的影響，表現在以下三個方面。

（1）增加電容器損耗，諧波電流的存在在電容器內產生附加功率損耗。

（2）增加無功輸出。由于諧波的存在，電容器發出的總無功，不僅包括基波無功，還包括諧波無功。

（3）會引起諧波過電壓或過電流。諧波有可能引起電容器與系統間產生串聯或并聯諧振，而造成電容器過電壓或者過電流。

上述現象均可引起電容器過熱，而導致電容器損壞。

為減少和避免高次諧波對電容器的危害，應從供電系統和無功補償裝置設計上采取措施，具體方法有設置濾波器、增加整流裝置諧波源的整流相數和脈沖數、串聯電抗器等，這里只重點討論串電抗器的問題。

要特別注意避免串聯諧振和并聯諧振的發生，在串聯諧振時，一較小的諧波電壓，就可形成較大的諧波電流流過電容器。而并聯諧振對諧波源呈現出高阻抗，使得母線諧波電壓升高，造成電容器回路諧波電流很大，甚至可達十幾倍到幾十倍。

為減少諧波流入電容器和合閘涌流，可串聯適當參數的電抗器。其感抗值的選擇應使在可能產生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗而不是容抗，從而消除了諧振的可能。電抗器的感抗值按下式計算：

=K

式中為串聯電抗器的感抗，Ω；是補償電容器的工頻容抗，Ω；n為可能產生的最低諧波次數；K為可靠系數，一般取1.2～1.5。

為了防止可能出現的鐵磁諧振，一般宜采用無鐵芯的電抗器。電抗器的額定電流應稍大于電容器實際電流。但應注意，由于串聯電抗器會使電容器的基波電壓升高，其值為

=

式中為電容器的基波電壓升高，kV；為系統額定電壓，kV。

例如，在設計中對于最常見的5次諧波，端電壓升高可達6%，所以電容器額定電壓應高于系統電壓于星形或雙星形接線，6.3 kV系統應采用4 kV電容器，10.5 kV系統應采用6.6 kV電容器。

3 電力電容器的實際使用壽命與工作電壓和環境溫度的關系

眾所周知，在電容器介質上的額定工作場強與其它電器相比是比較高的。所以在我國GB/T11024.1-2001中明確規定，電容器的額定工作電壓是電容器容許在電網中連續工作的最高電壓。如果在高于其額定電壓的電壓下連續運行，電容器的實際使用壽命就將大大縮短，可靠性也將因電老化而下降。電力電容器的實際使用壽命與實際工作電壓的關系通?？梢杂檬?（1）表示： =

式中：為電容器的額定壽命（設=20年）；為電容器的實際使用壽命；

為電容器在電網中的實際連續工作電壓；為電容器的額定電壓。α為系數，對于全膜電容器α=9。

通過式（1），我們可以分別求出在不同的實際工作電壓下電容器的實際使用壽，見表1和圖1。

從表1和圖1中可以看出，如果電容器在高于其額定電壓的電壓下長期連續地運行，由于電老化的作用其實際使用壽命的就會大大縮短。雖然，電容器是可以在高于其額定電壓的電壓，例如：1.03，1.05，1.1下作非連續的幾個小時的運行，但決不能在高于其額定電壓的電壓下作連續長期的運行，不然將大大縮短電容器的實際使用壽命和可靠性，是得不償失的。對此，希望能引起廣大電容器用戶的注意，千萬不要使電容器在高于其額定電壓的電壓下連續運行。

4 結語

以上對電容無功補償裝置在設計和運行中至關重要，但常常被忽略的三個重要技術問題進行的簡要分析，此三者之間又存在著較大的相關性，比如電抗器的選擇直接關系到電容器的實際運行電壓，而實際運行電壓又影響到電容的使用壽命，所以，無論是在實際的設計中還是在最終用戶的運行使用中，都應該引起重視，權衡考慮。

參考文獻

[1] 蒲如蘭.無功補償裝置的選擇與控制[J].福州大學學報：自然科學版.

[2] 鋼鐵企業電力設計手冊（上）[M].冶金工業出版社.ISBN7-5024-1534-3.

[3] 沈文琪.電力電容器的實際使用壽命與使用條件的關系[J].電力電容器，2004（1）.endprint