關于并聯電容器裝置容量虧損問題的分析

張化良，吳怡敏，尹大千

(西南電力設計院，四川 成都 610021)

關于并聯電容器裝置容量虧損問題的分析

張化良，吳怡敏，尹大千

(西南電力設計院，四川 成都 610021)

文章結合變電站新建工程投產前試驗檢測數據，分析查找出并聯電容器裝置輸出容量虧損的原因，是變壓器招標文件的參數要求與并聯電容器裝置招標文件參數不匹配造成，并提出招標文件修改意見，本文可供工程設計人員參考。

主變壓器；第三線圈電壓；并聯電容器；安裝容量；輸出容量。

1 概述

四川地區有3個500kV變電站，主變壓器第三線圈電壓為66kV，在投產前的試驗檢測中，都檢測到并聯電容器裝置輸出容量偏低的情況，安裝容量60MVar，輸出僅僅40MVar多，工程建設單位認為相差太多，要求設計院查明原因。輸出容量應該是多少才合理呢？首先應說明，并聯電容器裝置的安裝容量，扣除串聯電抗器消耗的無功，才是裝置的輸出容量。根據并聯電容器裝置額定參數配置，當裝置接入的母線電壓為69kV時，輸出容量應為：電抗率5%(額定電抗率，下同)的裝置57MVar、電抗率12%的裝置52.8MVar。達不到這個數值，我們就叫“容量虧損”。是什么原因造成了電容器組的“容量虧損”？可能的原因：一設備安裝容量不夠；二運行電壓偏低。因為從來沒有發現過設備安裝容量不夠的案例，可以肯定的說是運行電壓沒有達到要求值。經分析和多方方面查找原因，發現國網公司設備招標文件范本的“變壓器”與“并聯電容器裝置”中的電壓參數設置不相匹配，造成運行電壓偏低。本文將對此進行分析說明，并提出解決辦法可供設計單位編制招標文件時參考。

2 變壓器招標文件范本參數

國網公司變電主設備招標文件“500kV 250MVA三相自耦電力變壓器專用技術規范”，兩本招標文件的三級電壓分別為：525/230/36kV、525/230/66kV，低壓側電壓分別為36kV和66kV。同樣，“500kV 334MVA三相自耦電力變壓器專用技術規范”，兩本招標文件的三級電壓也是：525/230/36kV、525/230/66kV，低壓側電壓同樣為36kV和66kV兩種。

3 電容器招標文件范本參數

國網公司變電主設備招標文件：“500kV變電站35kV 60MVar 5%電抗率框架式并聯電容器裝置專用技術規范”、“500kV變電站35kV 60MVar 12%電抗率框架式并聯電容器裝置專用技術規范”、“500kV變電站66kV 60MVar 5%電抗率框架式并聯電容器裝置專用技術規范”和“500kV變電站66kV 60MVar 12%電抗率框架式并聯電容器裝置專用技術規范”，其中：電容器組額定電壓(相)分別規定為：38.5/ 3 kV、42/ 3kV、73/ 3kV和79/ 3kV；單臺電容器額定電壓分別規定為：11/2kV、12/2kV、21/2kV和23/2kV。對于35kV電容器組上述參數含義為：單臺電容器額定電壓分別規定為，5.5kV與6kV；11/2kV和12/2kV表示其絕緣水平為10kV級，這是框架式絕緣臺架分層組裝相關參數。對于66kV電容器組，單臺電容器額定電壓分別規定為：10.5kV與11.5kV；21/2kV和23/2kV表示其絕緣水平為20kV級，同樣屬于對安裝在絕緣臺架上的電容器絕緣水平要求。

需要指出，上面所說的“35kV電容器組”和“66kV電容器組”是指“標稱電壓”，既不是設備的“額定電壓”，也不是設備的“運行電壓”，一些設計人員把它當成額定電壓使用，也是屬于對含義的混淆。

4 輸出容量分析

35kV和66kV電容器組都是由4個串聯段組成，35kV電容器組有電抗率K＝5%和K＝12%兩種裝置，由兩種裝置的單臺電容器額定電壓與每相串聯段數，推算其母線側電壓均為36kV[ 3 UnS(1-K)其中：Un為單臺電容器額定電壓、S為每相電容器串聯段數]；66kV電容器組，也有電抗率K＝5%和K＝12%兩種裝置，推算其母線側電壓均為69kV。500kV電力變壓器，第三線圈電壓為35kV級別時，都是采用 36kV，與并聯電容器裝置的參數是互相匹配的，所以，沒有35kV裝置容量虧損案例。220kV和500kV電力變壓器低壓側為66kV級別時，采用的電壓有兩種：66kV和69kV。但是，并聯電容器裝置的電壓參數是按69kV編置的，沒有編制與66kV配合的招標文件。如果變壓器低壓側為66kV的并聯電容器裝置，其電壓參數仍然采用招標文件范本值，肯定會出現電容器輸出容量虧損的情況。

順便指出：在《國家電網公司輸變電工程通用設備》(2009年版)書中存在同樣的問題。在該書第10篇變電站用電容器裝置，第45章500kV變電站并聯電容器裝置，表45－3中，把單臺電容器的額定電壓規定為：22/2kV和24/2kV，如果將這種參數的電容器與低壓側電壓為66kV的變壓器裝設在一起使用，將會產生更加嚴重的并聯電容器裝置，容量虧損問題，應特別注意。

由電容器的容量表達式Q=ωCU2可以看出，電容器的輸出容量與電壓的平方成比例，對電壓非常敏感。對66kV并聯電容器裝置來說，母線電壓達到69kV時，電容器才能輸出額定容量，如果母線電壓只有66kV，容量必然虧損。母線電壓為66kV時，電抗率K＝5%和K＝12%兩種裝置的輸出容量分別為：52.2MVar和48.3MVar[Q(1-K)(—)2]，前者虧損容量4.8 MVar ，后者虧損容量4.5MVar。如果母線電壓連66kV都未達到，則容量虧損會更多。運行電壓低于電容器的額定電壓，對電容器的運行安全性不會降低，但是，設備容量未能充分發揮作用，經濟性變差了，屬于資源能力的浪費，工程設計應當予以避免。

還有一種情況應當說明，招標文件范本中另一種電壓參數不匹配，將造成電容器過電壓運行。在招標文件范本中，220kV變壓器低壓側參數還有37kV和38.5kV兩種，在這兩種電壓母線上，如果裝設并聯電容器裝置，招標文件中參數全部按照范本不修改，對于母線電壓37kV，電容器投運后，將過電壓約3%。按照電力行業標準《高壓并聯電容器使用技術條件》DL/T 840-2003中，對穩態過電壓的規定，電容器在1.05倍額定電壓下應能連續運行。這時，過電壓尚未達到5%，仍然有裕度可利用(條件是母線電壓不能再向上偏差5%，最多只能偏差2%)。對于母線電壓38.5kV，電容器將過電壓約7%，已經超出穩態過電壓1.05倍額定電壓的規定，如果母線電壓38.5kV再加上可能的向上偏差，過電壓將更加嚴重。在行業標準《電力系統電壓和無功電力技術導則》SD 325-1989中規定：“35kV及以上用戶供電電壓正負偏差絕對值之和不超過額定電壓的10%?！保娙萜髟诔^規定值下過電壓運行將是非常不安全的。解決這個問題的方法有兩個：首先考慮采用把變壓器低壓側電壓改為36kV；如果是因為供電系統電壓要求，37kV和38.5kV不能修改，又需要裝設電容器組時，必須核對修改與并聯電容器裝置相關的參數(單臺電容器額定電壓與串聯電抗器相關參數)，對此，本文不作詳細說明。

5 解決容量虧損的辦法

對于變壓器低壓側66kV裝設并聯電容器裝置，應當修改設備招標文件中的相應技術參數，有下列兩種方式：

5.1 修改變壓器招標文件(方式1)

將500kV電力變壓器的三級電壓配置525/230/66kV修改為525/230/69kV，這樣，并聯電容器裝置兩本招標文件中所有參數(K＝5%和K＝12%)均不用修改。

5.2 修改并聯電容器裝置招標文件(方式2)

5.2.1 修改招標文件K＝5%裝置范本參數

對招標文件范本表1標準技術參數作如下修改：

(1)在電容器裝置參數中修改兩項內容：序號5額定相電容，由36.2μF修改為39.8μF；序號6電容器組額定電壓(相)，由73/ 3kV修改為69.5/ 3kV。

(2)在單臺電容器參數中修改一項內容：序號2額定電壓，由21/2kV修改為20/2kV。

(3)在串聯電抗器中修改三項內容：序號3額定端電壓，由2.1kV修改為2.0kV；序號5額定電感，由14.0mH修改為12.7mH；序號6額定電流，由476A修改為500A。

對范本表1標準技術參數作上述修改后，范本表3 貨物供貨范圍一覽表中的“并聯電容器”、 “串聯電抗器”、“放電線圈”的型號參數，應按照表1中修改的參數進行相應修改。

5.2.2 修改招標文件K＝12%裝置范本參數

對招標文件范本表1標準技術參數作如下修改：

(1)在電容器裝置參數中修改兩項內容：序號5 額定相電容，由30.1μF修改為33.8μF；序號6電容器組額定電壓(相)，由79/kV修改為75/kV。

(2)在單臺電容器參數中修改一項內容：序號2額定電壓，由23/2kV修改為21.7/2kV。

(3)在串聯電抗器中修改三項內容：序號3額定端電壓，由5.52kV修改為5.21kV；序號5額定電感，由40.5mH修改為36mH；序號6額定電流，由435A修改為461A。

對范本表1標準技術參數作上述修改后，范本表3貨物供貨范圍一覽表中的“并聯電容器”、 “串聯電抗器”、“放電線圈”的型號參數，應按照表1中修改的參數進行相應修改。

綜合上述，如果變壓器招標文件參數不作修改，則兩本電容器招標文件中的參數均需作多處修改，而且，需要電容器廠家生產一種非標準化參數的電容器產品。變壓器低壓側電壓又沒有不修改的充分理由，所以，最佳選擇為修改變壓器低壓側電壓，這樣招標文件的修改工作量少，涉及設備制造的問題較少，解決問題容易。

6 結語

并聯電容器裝置在運行時出現輸出容量虧損和過載現象，都是不正常工況。容量虧損不會造成設備運行不安全，看似對設備無損，但設備不能充分發揮作用，經濟性降低經濟效益變差；設備長時間過載則會出現各種問題，對運行是不安全的，應予以避免。問題的出現主要是影響電容器，所以，編制并聯電容器裝置招標文件時，設計人員應相互協調并解決參數設置問題。

[1]劉振亞．國家電網公司物資采購標準[K]．北京：中國電力出版社，2010．

[2]劉振亞．國家電網公司輸變電工程通用設備[K]．北京：中國電力出版社，2009．

[3]DL/T 840-2003，高壓并聯電容器使用技術條件．

[4]D325-1989，電力系統電壓和無功電力技術導則．

Analysis on Capacity to the Bad of Parallel Connection Capacitor Device

ZHANG Hua-liang, WU Yi-min, YIN Da-qian
(Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021, China)

This paper analyses and fi nds out the causation of the output capacity loss of shunt capacitor on the base of the test data before the substations had been put into operation ,which is the parameters in the bidding documents for transformer are different from the parameters in the bidding documents for shunt capacitor. Also, a proposal is given for the modi fi cation of bidding documents to solve the problem in the paper. This paper can be a reference for the project designers.

transformer; the third winding voltage; shunt capacitor; installed capacity; output capacity.

TM63

B

1671-9913(2011)03-0056-03

2011-04-01

張化良(1940- )，男，湖北棗陽人，教授級高工。