談電力電容器無功補償及其安全應用

張李傳

摘 要：電壓是衡量電能質量的一個重要指標，電力系統中的各種用電設備只有在電壓為額定值時才能取得最好的技術經濟指標。利用電力電容器進行無功補償則是保證電壓穩定的一個重要手段。

關鍵詞：電力電容器；無功補償；安全運行

0 引言

利用電力電容器就地發出無功功率，以減少無功功率在電網中的流動、降低輸電線路因輸送無功功率造成的電能損耗，改善電網的運行條件，這種做法稱為無功補償。一般在110kV及以下的電網中，通常運用這種即耐用又實惠的方法。使用無功補償的優點是：系統設計容量減少，降低投資；提高電網功率因數，降低線路損耗，改善電壓質量。

1 電力電容器無功補償基本原理

電力電容器作為發電機可以產生容性無功電流，其基本原理是：一個有感性功率的負荷和一個電容器并聯連接，則無功能量在容性的電容器與感性的負荷之間互相交換，不再需要從電源中吸收無功能量。這樣以來，就降低了線路上的無功電流，在輸出一定有功功率的情況下，供電系統的損耗降低。目前，把電力電容器作為無功補償裝置使用在電力系統中是非常普遍的。所以，作為電力系統無功補償的電容器是未來發展的方向。

2 電力電容器無功補償的優、缺點

優點：電力電容器無功補償設備安裝方便，安裝位置不受限制，可以增加或減少補償點數；有功損失非常小，建設周期短，不用投入過多資金；沒有旋轉部件和后期操作維護方便；即使是內部一個組件損壞，保護裝置可以快速地退出運行故障組件，對整個的電容器影響很小。

缺點：電力電容器無功補償裝置的缺點：只能實現有級調節，無功補償精度不高；時間響應為秒級甚至分鐘級，不能快速跟蹤無功功率的變化；另外，若通風不暢通，如電容器的運行溫度在高于70℃后，很容易出現膨脹甚至爆炸等危險現象；電力電容器設備的電壓特性有缺陷，特別是對短路故障的穩定性很差，切斷電源之后，會存在一個放電過程。

3 電力電容器無功補償的主要方式

3.1 高壓集中補償

高壓集中補償是指將補償電容器安裝到變電站6kV-35kV高壓母線上的補償方式。其補償裝置可與變電站內其它設備同步管理、維護，可靠性高；但是使用這種方式的經濟收益不是很高。

3.2 低壓集中補償

通過低壓開關把低壓電容器和變壓器的低壓母線連接在一起就是低壓集中補償，其優點是：接線十分方便簡單、后期運行維護少，無功可以就地平衡，從而增加配變的利用率，能將網損合理的降低，有很好的經濟性特征，是無功補償中常使用的方法。

3.3 高壓分散補償

高壓分散補償是指將其安裝到6kV-10kV線路上，一般是區域負荷的中心，來提高線路電壓質量的補償模式。它主要使用在高壓配電及遠距離配電線路的中后端。

3.4 低壓分散補償

低壓分散補償就是將單臺或多臺低壓電容器安裝在用電設備旁邊，以補償安裝部位設備的無功功率。這種方式的優點是降低配電網以及變壓設備中涵蓋的無功；減少線路的導線截面及變壓器的容量。它也有缺點就是點動、堵轉、反接制動的電機則不適合此方式。

4 電力電容器的安全運行

4.1 電容器安裝接線應符合技術要求

集中補償的電容器組，應在一個電容器室里，室內經常通風。電容器組通過斷路器和母線連接在一起。另外，當電容器采用星形接線時，為避免系統單相接地電壓上升，其外殼和地面絕緣材料和絕緣等級符合電網的額定電壓。

4.2 允許運行電流

在日常的使用過程中，設備需要在設定好的電流額度之下進行工作，而且它的電流最大不應超過設定好的值的一點三倍，三相電流的差值不超過百分之五。

4.3 允許運行電壓

電容器在1.1倍的額定電壓下可長期運行，但夜里承擔的電壓往往超過額度電壓。電容器的壽命會受到過電壓的影響，經檢查，電容器壽命和電壓的7-8次方成反比。所以，為了防止產生過電壓，在選擇裝置時應該挑選一個較高額定電壓的電容器且規定電容值差別不大的它們串聯在一起，同時，三相差值要小。另外，應選用真空、SF6等合適的斷路器，且工作中盡量避免電容器組投、切次數，防止頻繁操作產生過電壓沖擊。

4.4 電力諧波問題

在電容器兩端有電力諧波電壓時，會因為電容器對電力諧波的阻礙小，諧波電流加疊在電容器的基波上，使電容器電流增大，溫度上升，壽命減少，引起電容器過負荷，嚴重時甚至會發生爆炸。另外，如果故障出現加劇現象，可能是由于諧波和電容器連接在一起形成電力諧波諧振造成的。

4.5 嚴禁電容器組帶電荷合閘

如果合閘瞬間電壓極性正好和電容器上殘留電荷的極性相反，兩電壓相加將在回路上產生很大的沖擊電流，引起過熱爆炸。所以，電容器組每次重新合閘，必須在斷路器斷開電容器組放電5分鐘后進行。其次，電容器端應和放電電阻并聯在一起，使其停電后能自動放電。最后，操作人員要提高安全意識，防止此類事情發生。

4.6 環境溫度的影響

電容器的運行溫度是運行人員必須時刻關注的問題。為了保證電容器安全運行及達到預定使用年限的重要條件是溫度不能超出允許范圍。運行溫度高時，會導致介質擊穿強度的減小。如果溫升繼續高，就會破壞熱平衡，出現熱擊穿的現象。運行溫度過低時，電容器內部將是負電壓，游離電壓會降低。所以，不同地區電力部門應該根據當地氣候條件參照電容器技術規定要求選擇相應類型，以保證運行的安全。

4.7 繼電保護問題

在電網中，繼電保護設備應用很廣泛，且在電網中擔當著重要的作用：即可以保電力設備安全運行，又可以保電力系統安全運行，在高壓供電系統線路保護、主變保護、電容器保護等中普遍使用。高壓供電系統分母線繼電保護設備的運用，對于不并列運行的分段母線裝設電流速斷保護，但僅在斷路器合閘的瞬間投入，合閘后自動解除。另外，還應該安裝過電流保護，但負荷等級較低的配電所不可以安裝此設保護。

5 結束語

電力電容器無功補償技術的應用可以使電網的電能損失降低、配電網供電能力提高和加強其系統的穩定性。由于電力電容器具有很多優點，因此，它是滿足供電質量并取得很好的經濟效益的重要手段。

參考文獻：

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