多分組投切電容器及其應用

摘要：在電網中，無功補償設備有并聯電容器、靜止補償器、多相調相機、發電機等，多分組電容器，其中分組投切電容器組有良好的調節性能；本文主要介紹運用多個電容器分組進行無功補償的方法及在這種方法中容易出現的問題及解決方法。

關鍵詞：電容器 多分組 投切

隨著電力系統的發展，電網電壓質量成為重要指標。電容器無功補償在此方面有明顯的優勢，它作為解決此類問題的設備逐漸發展起來。變電站無功補償采用集中補償的占多數，電容器組采用框架分層、分相組裝，并多組同時運行，大部分變電站電容器無功補償逐漸向密集型發展。電容器組已成為無功補償的主流力量。本文介紹了運用多個電容器分組進行無功補償的方法及在這種方法中容易出現的問題及解決方法。然后對多分組電容器的投切作了詳細的分析，推導出在一組或多組電容器投退后，最優化補償的計算公式，最后給出了實現最優化電壓控制的投切方案。

1 多分組電容器原理

電容器在電力系統中是最主要的無功補償設備，并以電介質為工作介質的一種設備，根據變電站現場的使用條件進行設計，在額定電壓下介質中的電場強度很高。最初的補償設備是單組電容器進行補償，此時Q=ωU2，Q正比于U2，當電壓大于額定值過負荷時，運行電壓分別上升到額定電壓的120%或130%，無功功率增加了20%或40%；如運行電壓為額定電壓的80%時，無功功率降低15%，而電容器運行電壓比額定值低，則降低了無功出力，使容量沒有充分利用顯然是不合適的。根據此情況我們運用多分組的方式將多個單組電容器進行合理的組合，再找出最優化的投切方法，原理如圖1所示。

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圖1 多分組電容器工作原理

當運行電壓升高時，電容器溫度增加，此時電容器的有功功率損耗P=ωCU2tgδ，由公式可以看出隨著U平方的變化，有功功率損耗P變化，并且呈線性關系。轉換為熱量散發出去，運行電壓升高，發熱量逐漸增加。電流增大，電壓越高，電流越大甚至擊穿電容器，造成熱損壞。在這種情況下，電容器的壽命隨電壓的升高而縮短，因此電容器運行電壓原則上應等于額定電壓，為保證電容器的安全運行，我們要控制電壓在能許范圍以內。多分組自動投切電容器組的無功補償方式為，利用原有電容投切斷路器和原有自動化控制裝置作為控制元件，電容器出線開關故障少，運行正常，利用自動控制系統的功率因數使用其作為判據進行電容器投切，實現多分組電容器的自動投切，適應無功補償容量的需求，達到最理想的補償效果。《變電站運行規程》中規定“電容器長期運行中的工作電壓不能超過電容器額定電壓的1.05倍?！痹谶\行中對電容器電壓進行監視，注意高電壓，過電流等參數變化，超過規定電壓時退出電容器組的運行。

變電站無功補償工程中，單組電容器安裝時要注意電容器的過電壓，根據系統電壓選用合適的額定電壓的補償電容器，每段母線理論上要安裝至少3組獨立單組電容器組，用于控制系統控制，每相的電容器長時間處于過電壓狀態下運行時，要進行智能控制。

2 案例分析

在山東某工程中安裝3套10kV單組投切電容器，補償總容量為7500kvar，單組容量為2500kvar。3組電容器支路均采用DAM22/3-400-2W型電容器四單元串并聯，單組電容器單元內部為20并5串。

此時M1=3，M2=3，N=2，m1=m2=20，n1=n2=2，在3個組都投入運行時，合閘涌流及分閘過電壓關系計算，由式(2)~(4)可計算處切除元件個數k與過電壓倍數的關系，見圖2。

圖2元件個數k與過電壓倍數的關系

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由圖2可以看出，單組電容器中，投切且采用共用中性點的方式時，分組投切電容器組的補償效果及過電壓倍數都不能滿足要求，補償效果不理想。當按照本文推薦的多分組投切方法進行運行時，由于組合算法的存在，但是對單組中的電容器組內部3個及3個以上的電容器單元的控制能達到最優，并且可以將電容等效簡化成C2進行計算；把多組電容器組等容量分組時，即當N=1時，電容器支路中的電容器可看作完全并聯，補償效果最好；當N>1時，需按照本文推薦的公式進行分析計算。

3 結語

在多分組投切電容器組補償方式中，補償精度與電容器組數成正比，電容器分的組數越多，補償精度越高，通常110kV變電站電容器分5組，35kV變電站電容器分3組或5組。但是設備投資成本大，對設備的可靠性要求高。電容器分組投切方式最好選擇循環投切方式，即先投入的那組電容器組在切除時就要先切除，每個分組電容器要平均投入、切除，避免某一組設備因頻繁使用而提前損壞。主要問題總結如下：①分組投切電容器組時合閘涌流和分閘過電壓是最主要的問題；②在分組電容器組中要串聯限流電抗器，以限制合閘涌流；③真空斷路器增加節點，并聯電阻，可作為理想的投切設備。

變電站無功補償裝置在應用中實現分組等容自動投切的變電站數量逐年上升，但是目前國家還沒有專門的標準或規范，來規定這方面的指標。但隨著政策的逐漸完善，相信其應用前景也將更加廣闊。

參考文獻：

[1]GB /Z 11024. 32001.交流電力系統用并聯電容器第3部分：并聯電容器和多分組電容器組技術要求[S].

[2]邱關源.電路.四版[M ].北京：高等教育出版社，2004.

[3]GB 50227-2008. 并聯電容器裝置設計規范[S].GB 50227-2008 Code for design of installa tion of shuntcapacito rs[S].