并联补偿电容器的应用

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1、并联补偿电容器的应用,甘肃省电力公司2013.4,1,【内容提要】,本章节主要介绍了并联电容器基础知识、并联电容器基本原理及构造、高压并联电容器组常规设计及安装、高压并联电容器运行问题、高压并联电容器组配套设备、并联电容器的阶梯补偿、高压并联电容器的运行管理等内容，通过本章节学习，使学员重点掌握高压并联电容器组常规设计及安装、高压并联电容器组配套设备、高压并联电容器的运行管理；基本掌握并联电容器基础知识、并联电容器的阶梯补偿； 了解并联电容器基本原理及构 造和高压并联电容器运行问题。,温馨提示,2,第一节 并联电容器基础知识,一、并联电容器的作用 并联电容器是一种无功补偿设备。通常（集中补偿式

2、）接在变电站的低压母线上，其主要作用是补偿系统的无功功率，提高功率因数，从而降低电能损耗、提高电压质量和设备利用率。常与有载调压变压器配合使用。,3,二、并联电容器的分类,按照电压等级,低压并联电容器,高压并联电容器,第一节 并联电容器基础知识,4,（二）高压并联电容器分类（6种）,壳式单元电容器箱式高压并联电容器集合式高压并联电容器充气式集合并联电容器自愈式电容器静止型动态无功功率补偿装置（SVC）,第一节 并联电容器基础知识,5,三、并联电容器型号表达式及含义,第一节 并联电容器基础知识,6,铭牌参数： 电容器名称、型号、额定频率，HZ、额定电压，KV、额定电流，A、额定容量，kavr、实

3、测电容量，uF、内部元件串并联数、重量，kg、环境温度类别（例如：-40/A）；内部有放电元件，以符号“ ”表示、内部有熔丝的，以符号“ ”表示、编号、出厂年月、制造厂家。额定值：1.额定电压（KV） 一般宜选择以下额定电压（kV）：6.3/3、6.6/3、7.2/3、10.5/3、11/3、12/3、11、12、20、21、22、24、38.5/3、40.5/3。也可根据实际需要选用其他额定电压。2.额定容量（kvar） 一般宜选择以下额定容量（kvar）：（25）、50、100、200、334、1000、1200、1500、1667、1800。也可根据实际需要选用其他额定容量。,四、高压并

4、联电容器额定值及铭牌参数,第一节 并联电容器基础知识,7,五、高压并联电容器技术性能,电容器偏差电容器损耗正切角(tg)局部放电熄灭电压电气强度放电元件稳态过电压过渡过电压耐受涌流稳态过电流绝缘水平,第一节 并联电容器基础知识,8,第二节 并联电容器基本原理及构造,一、并联电容器的基本原理电容器的电容（F）：并联电容器的容量(kvar) ：电容器的损耗功率（W） ：,9,比特率是评价电容器技术经济性能的综合性指标，单位体积（或质量）所储能量 (无功功率)作为并联电容器的比特性，常用公斤/千乏或千乏/公斤来表示。 对平板电容器，当外施电压为U 时，单位体积的比特性为：,二、电容器的比特性,比特性

5、主要取决于储能因数 ，如能选用 高的介质，特别是能在高场强下长期运行的介质，就可以大大降低电容器尺寸与重量。,10,第二节 并联电容器基本原理及构造,电容器液体介质 二芳基乙烷（又称S油）和C01(苄基甲苯)，少量使用SAS40和IPB(异丙基联苯)电容器固体介质 膜（聚丙烯）纸复合结构（二膜一纸）及全膜结构（二膜或三膜）,三、电力电容器的绝缘介质（2种）,电力电容器的绝缘介质,11,第二节 并联电容器基本原理及构造,四、并联电容器的结构,并联电容器主要由芯子、外壳、出线结构进行装配，经过真空干燥浸渍处理和密封即成电容器。,12,第二节 并联电容器基本原理及构造,四、并联电容器的结构,图c为铝

6、箔电极不折边不突出,图d为折边不突出,13,第二节 并联电容器基本原理及构造,五、电容器的工作场强,绝缘材料的寿命和场强的关系为=AE-（其中A常数； 交流电压时，取59；直流电压时，取814；），可见场强高，绝缘材料的寿命就低，但可以降低成本。 当压紧系数（元件极板间介质的名义厚度与压紧后的实际厚度之比）换算至K=1时的高压并联电容器平均设计场强为:膜纸结构38kV/mm,全膜结构57kV/mm ；集合式高压并联电容器设计场强比小单台电容低5%10%。,14,第二节 并联电容器基本原理及构造,第三节 高压并联电容器组常规设计,15,一、并联电容器容量的确定 国家电网公司所属的各级电网企业、并

7、网运行的发电企业、电力用户在配置无功补偿设备时均应严格按照Q/GDW212-2008国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则进行配置。具体配置详见第一章。,第三节 高压并联电容器组常规设计,投切装置,断路器隔离开关等,控制、测量、保护装置,包括并联电容器、串联电抗器、过电压保护装置、放电装置、单台电容器保护熔断器、氧化锌避雷器、接地刀闸、构架等,电压、电流变比设备，测量仪表、继电器保护、自动控制装置,（一）并联电容器的组成元件,主功能装置,16,二、并联电容器装置组件,并联电容器:产生相位超前于电网电压的无功电流，提高电网功率因数。串联电抗器：抑制合闸涌流，抑制电网谐波。放电装置：泄放电容器的

8、储能，提供继电保护信号。氧化锌避雷器及过电压保护装置：抑制操作过电压。单台电容器保护熔断器：为无内熔丝电容器的极间短路提供快速保护。接地刀闸：用于检修时的安全接地。导体、支柱绝缘子、构架等：构成装置的承重体系、电流回路。其他（如电流互感器等）：根据设计需要，作为电容器组内部故障保护的信号监测单元。,（二）并联电容器装置中各元件的作用,17,第三节 高压并联电容器组常规设计,电容器组接线方式有星形接线和三角形。 实际运行经验表明，三角形接线的电容器组其损坏率远高于星形接线，爆炸起火的事故大多发生在三角形接线的电容器组。这是因为三角形接线的电容器组当电容器发生极间击穿时，会造成电源的相间短路，较大

9、的短路电流流过故障电容器会造成较大的冲击波而使电容器外壳爆破而起火。而星形接线电容器组，当电容器极间发生击穿不会形成相间短路。即使发生电容器的极间击穿，其故障电流只有电容器组相电流的3倍，比起相间短路时故障电流要小得多。因此，目前高压并联电容器组接线只采用星形接线。,三、并联电容器接线方式,18,第三节 高压并联电容器组常规设计,常规保护 过电压保护、失电压保护、过电流保护、速断保护。 并联电容器整组内部故障保护开口三角电压、差动电压、中性线不平衡电流、桥差电流、单相接地保护。并联电容器单台内部故障保护有熔断器保护。 并联电容器元件故障保护有内熔丝保护。电容器组的操作过电压保护电容器组限制操作

10、过电压的主要手段是加装避雷器，通常选用电容器组专用的无间隙氧化锌避雷器。,四、并联电容器装置的保护配置,19,第三节 高压并联电容器组常规设计,（一）电容器的布置和安装：电容器装置的构架设计应便于维护和更换设备，分层布置不宜超过三层，每层不应超过两排，四周及层间不应设置隔板。,五、并联电容器及配套装置安装,装置应设维护通道，其宽度（净距）不应小于1200 mm，维护通道与电容器之间应设置网状遮拦。电容器构架与墙或构架之间设置检修通道时，其宽度不应小于1000 mm。单台电容器套管与母线应使用软导线连接。不得利用电容器套管支撑母线。单套管电容器组的接壳导线，应由接线端子的连接线引出。,20,第三

11、节 高压并联电容器组常规设计,（二）串联电抗器的选择布置：串联电抗器的电抗率即每相额定感抗与额定容抗百分比（%）。电抗器的接线位置是干式空心串联电抗器宜接在装置电源侧；铁心串联电抗器宜接在中性点侧。,五、并联电容器及配套装置安装,电抗器的布置方式,干式空心串联电抗器的布置推荐水平安装，应避免三相叠装,布置空心电抗器时，要避开继电保护和微机室。空心电抗器周边墙体的金属结构件及地下接地体均不得呈金属闭合环路状态，避免电抗器损坏。,干式空心串联电抗器的电源引入线，应软连接。,21,第三节 高压并联电容器组常规设计,第四节 高压并联电容器运行问题,一、电压对电容器的影响（一）电压对电容器的影响 运行电

12、压过高，会使电容器过负荷发热量增加，绝缘加速老化，导致损坏或缩短使用寿命，反之，如果运行电压过低，会影响电容器无功出力是不经济的。因此，在日常运行中要加强电压监视，控制好运行电压。（二）电容器的最高工作电压电容器额定电压选择应考虑:电网处的运行电压、运行中承受的长期工频过电压、串联电抗器引起的运行电压升高。电容器组的投入而引起的母线电压升高、谐波引起的电容器端电压升高、一相中电容器串联段之间的电容器偏差引起电压升高、外熔丝熔断引起的电容器缺台运行、星形接线中性点不接地电容器组三相电容不平衡引起的中性点电位偏移导致电容器电压升高。,22,电网运行电压的允许范围：满足GB12325-1990电能质

13、量供电电压允许偏差的规定 。电容器允许过电压：按右表要求。电容器额定电压与电网运行电压的关系：国标规定电容器额定电压应不低于该电容器所要接入电网的最高运行电压，还需考虑接入电容器后所引起的电压升高。因此，所选的电容器额定电压应略高于电网额定电压。,一、电压对电容器的影响,3标准对电容器运行电压的要求,23,第四节 高压并联电容器运行问题,二、电流对电容器的影响,国家标准规定电容器应能在有效值为1.3In的稳定电流下运行。 在实际的供电网络中，运行电压的升高和电源电压中的谐波往往是同时存在的。如果要求电容器的实际无功功率不超过额定无功功率的l35倍，则允许运行电压升高和允许某次谐波分量的大小两者

14、之间是互相限制的。若运行电压太高，可调整变压器分接头或在电压过高时将电容器退出运行，如电流增大，却没有伴随电压增高时，说明存在高次谐波电流，应采取限制谐波的措施，如大功率整流器近旁安装交流滤波器，整流装置多极化。当谐波源影响到电容器安全运行时，可在电容器回路中装串联电抗器。,24,第四节 高压并联电容器运行问题,三、温度对电容器的影响,电容器和大部份其他电气设备（变压器、发电机）不同，它通常都在满负荷下较长时间运行的，而其他电气设备则负荷随时变化，温升也随之增高或降低，因此电容器是不能从日负荷变化而使平均温升较低的特性中得到好处。另一方面电容器的绝缘介质又在较高场强下运行。如长时间在高场强和高

15、温下运行将导致电容器逐渐劣化、介质击穿、或因介质损耗的增加，热平衡破坏造成热击穿缩短使用寿命，因此电容器制造设计的运行温升较其他电气设备的温升要低些。,25,第四节 高压并联电容器运行问题,电容器组在投入时会出现涌流，涌流的频率较高，可达几百到几千赫，幅值比电容器正常工作电流大几倍到几十倍，但持续时间很短，小于20ms。涌流过大可能造成高压断路器触头熔焊、烧损；涌流产生的电动力可能会使零件损坏；也可能给电流互感器和串联电抗器造成绝缘损伤。 电容器涌流由工频部分和高频部分组成。 限制涌流的有效措施是在电容器组上串联合适的电抗器。,四、合闸涌流问题,26,第四节 高压并联电容器运行问题,五、分闸过

16、电压问题,分闸过电压,截流过电压,分闸重燃过电压,无故障单相重燃,带故障单相重燃,两相重燃,27,第四节 高压并联电容器运行问题,1电容器容量与谐波放大关系电容器在实现分组运行后，要防止它在投切过程中发生有害的谐振和不适当的谐波放大，必须正确选择各安装处的电容器分组容量。在不同的短路容量下，投入相同容量的电容器，使母线电压上升的幅值不同，短路容量越小，上升幅度越大。电容器组对谐波和母线电压的影响是随着安装处的不同而有所区别的。因此，对电容器分组容量的确定不能统一规定，要视具体情况而定。2高次谐波共振过电压供电网络的阻抗和电容器组的电容可以看成一个RLC的串联回路，如果回路中某次谐波的谐振频率等于回路的固有频率时，回路就会发生谐振。3采取限制措施在电容器回路中串联一电抗器。,