變電站用高壓并聯(lián)電容器成套裝置

摘 要：電力系統(tǒng)中的負(fù)荷和供電設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變壓器、互感器等，除了消耗有功電力以外，還要“吸收”無功電力。電力電容器是一種無功補(bǔ)償裝置。補(bǔ)償裝置還可分為兩大類：串聯(lián)補(bǔ)償裝置和并聯(lián)補(bǔ)償裝置。并聯(lián)電容器是并聯(lián)補(bǔ)償電容器的簡稱，與需補(bǔ)償設(shè)備并聯(lián)連接于50Hz或60Hz交流電力系統(tǒng)中，用于補(bǔ)償感性無功功率，改善功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，降低線路損耗，提高系統(tǒng)或變壓器的輸出功率。

關(guān)鍵詞：無功電力；電力電容器；無功補(bǔ)償裝置；串聯(lián)補(bǔ)償裝置；并聯(lián)補(bǔ)償裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.246

0 引言

電力系統(tǒng)中的負(fù)荷和供電設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變壓器、互感器等，除了消耗有功電力以外，還要“吸收”無功電力。如果這些無功電力都由發(fā)電機(jī)供給，必將影響它的有功出力，不但不經(jīng)濟(jì)，而且會(huì)造成電壓質(zhì)量低劣，影響用戶使用。

1 電力電容器

電力電容器是由單臺(tái)電容器與其它有關(guān)器件配套組成的滿足一定要求的設(shè)備。

電力電容器是一種無功補(bǔ)償裝置。主要應(yīng)用在電力系統(tǒng)，但在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及高電壓試驗(yàn)方面也有廣泛地應(yīng)用。按使用電壓的高低可分為高壓電力電容器和低壓電力電容器，以額定電壓1000V為界。高壓電力電容器一般為油浸電容器，而低壓電力電容器多為自愈式電容器（在金屬化電容器問世前也生產(chǎn)油浸低壓電容器），自愈式電容器也稱金屬化電容器。

補(bǔ)償裝置還可分為兩大類：串聯(lián)補(bǔ)償裝置和并聯(lián)補(bǔ)償裝置。本文僅對(duì)變電站中常用的高壓并聯(lián)電容器成套裝置進(jìn)行相應(yīng)的介紹。

2 高壓并聯(lián)電容器成套裝置

2.1 并聯(lián)電容器的作用

變電、輸電和用電設(shè)備中大都是感性負(fù)荷，這就加大了輸變電設(shè)備的視在功率，加大了系統(tǒng)中的電流。在系統(tǒng)中并聯(lián)接入電容器裝置后，由于流過電容器的容性電流與系統(tǒng)中的感性電流相位相反，抵消一部分感性電流，因而減少了系統(tǒng)中的電流，減輕了輸變電設(shè)備的負(fù)荷。提高了輸出能力，也就是提高了功率因數(shù)。

并聯(lián)電容器是并聯(lián)補(bǔ)償電容器的簡稱，與需補(bǔ)償設(shè)備并聯(lián)連接于50Hz或60Hz交流電力系統(tǒng)中，用于補(bǔ)償感性無功功率，改善功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，降低線路損耗，提高系統(tǒng)或變壓器的輸出功率。電容器作為無功補(bǔ)償應(yīng)用時(shí)，一般大多是成組成套裝置。

無功補(bǔ)償應(yīng)采用就地補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合的原則，根據(jù)城網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則要求，應(yīng)在變電站內(nèi)就地補(bǔ)償。

無功補(bǔ)償并聯(lián)電容器成套裝置，為限制諧波分量對(duì)系統(tǒng)影響，每組電容器分別裝設(shè)5%串聯(lián)電抗器，接線方式為單星形接線，裝于電源側(cè)。

2.2 高壓并聯(lián)電容器成套裝置的組成及各元器件的作用

斷路器（QS），其作用是關(guān)、合電容器組；隔離開關(guān)（QF），其作用是：在開斷電容器組后打開，以防止斷路器誤合造成事故。操作順序是在斷路器開斷后打開，在斷路器合閘前先關(guān)合；接地開關(guān)（K），在斷路器合閘前打開，在斷路器開斷后合上，以防止斷路器誤合造成人身或設(shè)備事故；避雷器（BL），現(xiàn)多用金屬氧化物避雷器，以前曾用碳化硅避雷器，現(xiàn)在幾乎已被淘汰，其作用是過電壓保護(hù)（雷電過電壓和操作過電壓）；熔斷器（RD），其作用是切除單臺(tái)故障電容器，在設(shè)備安全允許切除臺(tái)數(shù)之內(nèi)時(shí)，讓電容器裝置繼續(xù)運(yùn)行；放電線圈（FD），其作用是在裝置退出運(yùn)行時(shí)，將電容器中殘存的電荷放掉，其具體要求是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，5s），電容器兩端的殘存電壓降到規(guī)定值（標(biāo)準(zhǔn)歸規(guī)定，50V），以保證人員和裝置在再次合閘的安全。放電線圈的二次電壓提供繼電保護(hù)的信號(hào)；串聯(lián)電抗器（L），其作用是抑制合閘涌流和抑制電力系統(tǒng)的諧波放大。當(dāng)僅需抑制合閘涌流時(shí)選擇電抗率為0.1%～1%的串聯(lián)電抗器，當(dāng)需抑制5次諧波放大時(shí)選用電抗率4.5%—6%的電抗器，當(dāng)需抑制3次諧波放大時(shí)選用電抗率12%～13%的電抗器。電抗率一般用K表示，其數(shù)值為電抗器的感抗與電容器的容抗的比值百分?jǐn)?shù)表示，即K=XL/XC ，XL=ωL，XC=1/ωC。

2.3 并聯(lián)電容器裝置的繼電保護(hù)

并聯(lián)電容器裝置都設(shè)有繼電保護(hù)措施，電容器在長期運(yùn)行中很難避免出故障，繼電保護(hù)的目的是在電容器單元故障數(shù)量在一定的允許范圍內(nèi)，只通過熔斷器切除故障電容器，讓電容器裝置繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)故障電容器超限量時(shí)立即通過繼電保護(hù)裝置發(fā)出指令，切除整個(gè)裝置，以防止事故擴(kuò)大。 繼電保護(hù)是對(duì)在電容器裝置的保護(hù)，而對(duì)于電容器本身的保護(hù)中分為外熔斷器保護(hù)（如前述）和內(nèi)熔絲保護(hù)，外熔斷器保護(hù)是針對(duì)整臺(tái)電容器，而內(nèi)熔絲保護(hù)是針對(duì)電容器內(nèi)的元件。因此在電容器設(shè)計(jì)時(shí)就分為有內(nèi)熔絲和無內(nèi)熔絲兩種。外熔斷器保護(hù)是單臺(tái)電容器，在使用時(shí)與單臺(tái)電容器串接，繼電保護(hù)是以單臺(tái)故障電容器數(shù)量設(shè)限，內(nèi)熔絲是保護(hù)電容器內(nèi)部的元件，使用時(shí)與元件串接，繼電保護(hù)是以故障元件數(shù)量設(shè)限。并聯(lián)電容器的繼電保護(hù)分為：開口三角電壓保護(hù)、電壓差壓保護(hù)、中性點(diǎn)不平衡電流保護(hù)、橋式差動(dòng)電流保護(hù)。

2.4 單臺(tái)電容器簡介

單臺(tái)電容器的構(gòu)成：主要包括：箱蓋、油箱、心子、銘牌等。

電力電容器中使用的介質(zhì)有氣體、液體和固體之分，除了標(biāo)準(zhǔn)電容器使用氣體介質(zhì)以外，其它均只使用液體和固體介質(zhì)。

目前主要生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為聚丙烯薄膜和絕緣油作為介質(zhì)的全膜電容器。

固體介質(zhì)承擔(dān)電容器兩電極間的大部分電壓，液體介質(zhì)絕緣油主要作用是充滿兩極間和電容器內(nèi)部的一切空隙以提高局部放電性能，同時(shí)也承擔(dān)小部分電極間電壓和散熱作用。

2.5 電抗器簡介

（1）分類：按類型分：空芯電抗器（常用在戶外）；和鐵芯電抗器（常用在戶內(nèi)）。按位置分：在前端和后端。空芯電抗器常用在前端，鐵芯電抗器常用在后端。

（2）電抗器布置方式：平放：一字型和品字型；疊裝：此布置方式現(xiàn)在由于十八項(xiàng)反措的要求現(xiàn)在不采用（安全及防火等方面的要求）。

3 特別說明

10kV并聯(lián)電容器組的支架不帶電，帶電部分通過絕緣支柱絕緣子給分離開。再高電壓等級(jí)的電容器如：35kV/66kV及以上的電容器組因?yàn)樵O(shè)計(jì)的原因，電容器的鋼支架是帶電的，在遇到時(shí)要注意安全，以防觸電，同時(shí)在。

參考文獻(xiàn)：

[1]《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB_50227-2008 .

[2]《35kV～220kV變電站無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DLT 5242-2010.

作者簡介：姜松青（1986-），男，山東棲霞人，本科，初級(jí)職稱，助理工程師，主要從事變電站設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)接入設(shè)計(jì)。