變電站用高壓并聯電容器成套裝置

摘 要：電力系統中的負荷和供電設備如電動機、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償裝置。補償裝置還可分為兩大類：串聯補償裝置和并聯補償裝置。并聯電容器是并聯補償電容器的簡稱，與需補償設備并聯連接于50Hz或60Hz交流電力系統中，用于補償感性無功功率，改善功率因數和電壓質量，降低線路損耗，提高系統或變壓器的輸出功率。

關鍵詞：無功電力；電力電容器；無功補償裝置；串聯補償裝置；并聯補償裝置

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

0 引言

電力系統中的負荷和供電設備如電動機、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電機供給，必將影響它的有功出力，不但不經濟，而且會造成電壓質量低劣，影響用戶使用。

1 電力電容器

電力電容器是由單臺電容器與其它有關器件配套組成的滿足一定要求的設備。

電力電容器是一種無功補償裝置。主要應用在電力系統，但在工業生產設備及高電壓試驗方面也有廣泛地應用。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油浸低壓電容器），自愈式電容器也稱金屬化電容器。

補償裝置還可分為兩大類：串聯補償裝置和并聯補償裝置。本文僅對變電站中常用的高壓并聯電容器成套裝置進行相應的介紹。

2 高壓并聯電容器成套裝置

2.1 并聯電容器的作用

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

并聯電容器是并聯補償電容器的簡稱，與需補償設備并聯連接于50Hz或60Hz交流電力系統中，用于補償感性無功功率，改善功率因數和電壓質量，降低線路損耗，提高系統或變壓器的輸出功率。電容器作為無功補償應用時，一般大多是成組成套裝置。

無功補償應采用就地補償與分散補償相結合的原則，根據城網規劃導則要求，應在變電站內就地補償。

無功補償并聯電容器成套裝置，為限制諧波分量對系統影響，每組電容器分別裝設5%串聯電抗器，接線方式為單星形接線，裝于電源側。

2.2 高壓并聯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、合電容器組；隔離開關（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合；接地開關（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備事故；避雷器（BL），現多用金屬氧化物避雷器，以前曾用碳化硅避雷器，現在幾乎已被淘汰，其作用是過電壓保護（雷電過電壓和操作過電壓）；熔斷器（RD），其作用是切除單臺故障電容器，在設備安全允許切除臺數之內時，讓電容器裝置繼續運行；放電線圈（FD），其作用是在裝置退出運行時，將電容器中殘存的電荷放掉，其具體要求是在規定的時間內（標準規定，5s），電容器兩端的殘存電壓降到規定值（標準歸規定，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的信號；串聯電抗器（L），其作用是抑制合閘涌流和抑制電力系統的諧波放大。當僅需抑制合閘涌流時選擇電抗率為0.1%～1%的串聯電抗器，當需抑制5次諧波放大時選用電抗率4.5%—6%的電抗器，當需抑制3次諧波放大時選用電抗率12%～13%的電抗器。電抗率一般用K表示，其數值為電抗器的感抗與電容器的容抗的比值百分數表示，即K=XL/XC ，XL=ωL，XC=1/ωC。

2.3 并聯電容器裝置的繼電保護

并聯電容器裝置都設有繼電保護措施，電容器在長期運行中很難避免出故障，繼電保護的目的是在電容器單元故障數量在一定的允許范圍內，只通過熔斷器切除故障電容器，讓電容器裝置繼續運行，當故障電容器超限量時立即通過繼電保護裝置發出指令，切除整個裝置，以防止事故擴大。 繼電保護是對在電容器裝置的保護，而對于電容器本身的保護中分為外熔斷器保護（如前述）和內熔絲保護，外熔斷器保護是針對整臺電容器，而內熔絲保護是針對電容器內的元件。因此在電容器設計時就分為有內熔絲和無內熔絲兩種。外熔斷器保護是單臺電容器，在使用時與單臺電容器串接，繼電保護是以單臺故障電容器數量設限，內熔絲是保護電容器內部的元件，使用時與元件串接，繼電保護是以故障元件數量設限。并聯電容器的繼電保護分為：開口三角電壓保護、電壓差壓保護、中性點不平衡電流保護、橋式差動電流保護。

2.4 單臺電容器簡介

單臺電容器的構成：主要包括：箱蓋、油箱、心子、銘牌等。

電力電容器中使用的介質有氣體、液體和固體之分，除了標準電容器使用氣體介質以外，其它均只使用液體和固體介質。

目前主要生產的主要產品為聚丙烯薄膜和絕緣油作為介質的全膜電容器。

固體介質承擔電容器兩電極間的大部分電壓，液體介質絕緣油主要作用是充滿兩極間和電容器內部的一切空隙以提高局部放電性能，同時也承擔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）。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：此布置方式現在由于十八項反措的要求現在不采用（安全及防火等方面的要求）。

3 特別說明

10kV并聯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。再高電壓等級的電容器如：35kV/66kV及以上的電容器組因為設計的原因，電容器的鋼支架是帶電的，在遇到時要注意安全，以防觸電，同時在。

參考文獻：

[1]《并聯電容器裝置設計規范》GB_50227-2008 .

[2]《35kV～220kV變電站無功補償裝置設計技術規定》DLT 5242-2010.

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