變電站并聯補償電容器組的配置

摘要:為了減少電網中輸送的無功功率，降低有功電量的損失，改善電壓質量，供電企業普遍在變電站內安裝并聯補償電容器組。由于各地的具體情況不同，在電容器組的設備選型、安裝布置上差別很大，本文就此提出一些分析意見。

關鍵詞:變電站 并聯補償 電容器組 配置

0 引言

為了減少電網中輸送的無功功率，降低有功電量的損失，改善電壓質量，供電企業普遍在變電站內安裝并聯補償電容器組(以后簡稱電容器組)。電容器組由電容器、串聯電抗器、避雷器、斷路器、放電線圈及相應的控制、保護、儀表裝置組成。目前，國內絕大部分電容器制造廠只生產電容器，其他設備均需外購，在成套設計成套供貨方面尚有不足之處。使用單位必須對電容器及配套設備進行選型。由于各地的具體情況不同，在電容器組的設備選型、安裝布置上差別很大，本文就此提出一些分析意見。

1 電容器容量的選擇

電容器組容量的配置應使電網的無功功率實現分層分區平衡，各電壓等級之間要盡量減少無功功率的交換。由于電容器組在運行中的容量不是連續可調的，從減少電容器組的投切次數、提高功率因數的角度出發，希望電容器組在大部分時間內能正常投入運行而不發生過補償。通過對變電站負荷變化情況的分析，徐州地區變電站負荷率一般在70%～80%之間，一天當中約有2/3的時間負荷水平在平均負荷以上。我們以變電站變壓器低壓側全年無功電度量除以年運行時間求出年平均無功負荷，電容器組容量按照年平均無功負荷的90%選取。實際運行時，由于電容器組額定電壓一般為電網額定電壓的1.1倍，而變電站低壓母線電壓一般控制在電網額定電壓的1～1.07倍，電容器組實際容量要降低5.4%～17.4%，從而保證了電容器組在絕大部分時間內都能投入運行。

2 電容器組的選型

2.1型式選擇 就電容器組而言，目前國內常用的主要有組架式、半封閉式、集合式、箱式四種，各有其優缺點。組架式電容器組是將單臺殼式電容器、熔斷器等安裝在框架上，框架采用熱鍍鋅的型鋼材料，是傳統的結構形式。這類產品使用時間最長，運行經驗豐富。優點是安全距離大、故障影響范圍小、檢修維護方便、容量增減靈活、單位容量造價較低。缺點是占地面積較大、安裝及檢修維護工作量大。

半封閉式電容器組是將單臺殼式電容器雙排臥放，端子向里，底部朝外，電容器帶電部分用金屬封閉起來，四周外殼接地。國內主要由桂林和錦州電容器廠生產。優點是結構緊湊，不需要設置隔離圍欄，占地面積較小，容量增減靈活，單位容量造價較低。缺點是帶電部分封閉后通風散熱條件較差，絕緣子上易積灰，內部濕度較大時易形成凝露，造成閃絡放電。集合式電容器是將單臺殼式電容器經串并聯后裝入大油箱內并充以絕緣油制成。其優點是結構緊湊占地面積小，接頭少，安裝和運行維護工作量很小。缺點是含油量大，外殼大油箱易存在滲漏油，故障損壞后需返廠修理所用時間較長，單位容量造價較高。關于集合式電容器有兩個問題需要注意:①為避免大容量集合式電容器發生相間短路故障時造成嚴重后果，容量超過5000kvar的集合式電容器必須做成三相分體結構，即一相一臺。②集合式電容器的引出套管外絕緣爬電比距必須≥3.5cm/kV(相對于系統最高運行電壓)，以保證其絕緣強度。箱式電容器是在集合式電容器基礎上發展起來的一種電容器，與集合式電容器的不同之處是內部單元電容器沒有外殼，直接浸入絕緣油中，外殼大油箱采用波紋油箱或帶金屬膨脹器，與外部大氣完全隔離。同集合式電容器相比，外殼體積和內部含油量進一步減少，以西安電力電容器廠3000kvar產品為例，箱式電容器比集合式電容器外殼體積減少59.1%，重量減少60.6%。由于材料用量減少，價格比集合式電容器要低。缺點是內部元件發生故障由內熔絲切除后，會對大油箱內的絕緣油造成污染。

2.2斷路器的選擇 對電容器組斷路器的主要要求是:分閘時不發生重擊穿，合閘時不應有明顯彈跳。目前，6～10kV電壓等級主要采用少油斷路器和真空斷路器。真空斷路器的優點是耐頻繁操作，滅弧室不需要檢修，不存在滲漏油的問題。因此，存在一種傾向:即全部采用真空斷路器。我們認為對此問題不能一刀切。真空斷路器由于存在開斷后重燃問題，運行中已經多次造成事故，即使是進口真空斷路器也發生過這種事故。而少油斷路器具有切除電容器不重燃的優點，東北電管局對少油斷路器觸頭進行改造后可以連續操作1000次不檢修不換油，解決了少油斷路器不耐頻繁操作的問題。因此，6～10kV電容器組斷路器應與變電站出線斷路器選型一致，不必全部采用真空斷路器。設備訂貨時真空斷路器要求必須經過老練試驗，少油斷路器則要求對觸頭進行改造。35kV電容器組斷路器自然是SF6斷路器占絕對優勢。

2.3串聯電抗器 設計部門在進行電容器組設計時一般總是配置6%的串聯電抗器。這樣既增加了設備投資又不一定能起到好的作用。據對某電網3個220kV變電站24個110kV變電站18個35kV變電站的諧波實測結果表明，僅有3個變電站3次諧波含量偏高，4個變電站5次諧波含量偏高，分別需要配置4.5%和12%的串聯電抗器抑制諧波放大。其它變電站諧波含量很低只需要考慮限制電容器組合閘涌流的問題。因此，變電站配置電容器組時應對電網背景諧波水平進行實測以確定串聯電抗器的電抗率。油浸串聯電抗器由于存在滲漏油和飽和的問題，一般已不再選用。干式空芯串聯電抗器以其機械強度高、噪音低、維護量小的優點已得到廣泛應用，為減少占地面積，可采用三相迭裝產品。安裝時必須注意三相的迭裝順序不能搞錯。如果只需要考慮限制電容器組合閘涌流，可以采取阻尼式限流器，它是由阻尼電阻、放電間隙和小容量電抗器組成。合閘瞬間電抗器承受全部電壓，放電間隙擊穿將阻尼電阻接入電路限制涌流。涌流衰減后，電抗器端電壓下降，放電間隙息弧，將阻尼電阻退出運行。

2.4放電線圈①放電線圈必須直接跨接在電容器兩端，而不能接在電容器與電抗器串聯后的兩端。后一種接線方式既不能正確反映電容器內部故障后產生的不平衡電壓，又延長了放電時間。②集合式電容器不宜采用內藏放電線圈的結構。因為放電線圈去掉外殼裝在集合式電容器油箱頂部后，雖然簡化了外部接線，但內部增加了交叉接線，也就增加了故障點。運行中已發生過因內藏的放電線圈故障造成集合式電容器退出運行。鑒于放電線圈本身價格很便宜，從提高集合式電容器運行可靠性的角度出發，只有在放電線圈可靠性高出集合式電容器一到二個數量級時才能采用內藏放電線圈。為便于接線布置，可要求制造廠在集合式電容器的頂部或側壁加裝支架放置放電線圈。

2.5避雷器 少油斷路器不存在切除電容器后重燃問題，一般可以不配置避雷器。真空斷路器必須配置避雷器。電容器組的避雷器是起保護電容器作用的，其安裝地點應盡量靠近電容器，由于發生過安裝在開關柜內的避雷器爆炸造成母線上全部設備停電的事故，所以避雷器不宜安裝在開關柜內。應優先考慮在電容器中性點安裝一只氧化鋅避雷器的接線方式，這種接線方式能夠限制單相重燃過電壓而且正常運行時避雷器不承受電壓。

2.6關于全膜電容器的使用問題 全膜電容器具有損耗低、發熱量小、溫升低、體積小、重量輕的優點。國產全膜電容器自1986年開始生產以來，經過不斷改進完善，質量已趨于穩定，在可靠性方面已經好于部分進口產品。自1995年以來產量逐年大幅度增長，已有多家產品通過了兩部鑒定。同國外先進產品相比，差距主要表現在比特性上，材料消耗是國外先進產品的兩倍。既便如此，同膜紙復合介質產品相比體積、重量均大幅度下降。以桂林電容器廠100kvar產品為例:全膜產品比膜紙復合介質產品體積下降31.2%，重量下降44.4%。集合式產品以錦州電容器廠3000kvar產品為例:全膜產品比膜紙復合介質產品體積下降55%，重量下降47.9%。箱式電容器采用全膜產品后可取消散熱器。最近，電容器制造業制訂了關于加速發展國產高壓全膜電容器的若干措施，必將進一步提高國產高壓全膜電容器的質量。因此，新增電容器應全部采用全膜產品，浸漬劑優先選用芐基甲苯(M/DBT)和SAS—40。

3 結論

變電站并聯補償電容器組容量一般按照低壓側年平均無功負荷的90%選取，用地不緊張的地區優先選用組架式與集合式產品。城市中心變電站可逐步選用干式或箱式電容器，新增電容器應全部選用全膜產品，浸漬劑優先采用M/DBT或SAS—40。