变电站并联补偿电容器

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1、1 前言为了减少电网中输送的无功功率，降低有功电量的损失，改善电压质量，供电企业普遍 在变电站内安装并联补偿电容器组（以后简称电容器组）。电容器组由电容器、串联电抗器、 避雷器、断路器、放电线圈及相应的控制、保护、仪表装置组成。目前，国内绝大部分电容 器制造厂只生产电容器，其他设备均需外购，在成套设计成套供货方面尚有不足之处。使用 单位必须对电容器及配套设备进行选型。由于各地的具体情况不同，在电容器组的设备选型、 安装布置上差别很大，本文就此提出一些分析意见。2电容器容量的选择电容器组容量的配置应使电网的无功功率实现分层分区平衡，各电压等级之间要尽量减 少无功功率的交换。由于电容器组在运行中的

2、容量不是连续可调的，从减少电容器组的投切 次数、提高功率因数的角度出发，希望电容器组在大部分时间内能正常投入运行而不发生过 补偿。通过对变电站负荷变化情况的分析徐州地区变电站负荷率一般在70%80%之间， 一天当中约有 2/3 的时间负荷水平在平均负荷以上。我们以变电站变压器低压侧全年无功 电度量除以年运行时间求出年平均无功负荷，电容器组容量按照年平均无功负荷的90%选龋实际运行时，由于电容器组额定电压一般为电网额定电压的1.1倍，而变电站低压母线电压一般控制在电网额定电压的1-1.07倍”电容器组实际容量要降低5.4%-17.4% ”从而 保证了电容器组在绝大部分时间内都能投入运行。对于负荷

3、季节性变化比较大的农村变电站 和预计近期内负荷将有较大增长的变电站，电容器组容量可以适当增加，但要求电容器组必须能减容运行。这一点对集合式与箱式电容器而言，要求具有中间容量抽头，组架式和半封 闭式电容器组只要将熔断器去掉几只即可。同时要求配有抑制谐波放大作用的串联电抗器有8审38删型砂亩諏 MS贴4*瞥站珅瓯些書淞W幕跟 ，和E3飞綁懂爾回昭顷审榔俸，场郭审砂MO*単紳I 站工母瘠無I制離 S 渝鯉好耐S 咖阪磊加*MMVS 官耳耐疇韋理蜩HI 躍国丢至書草第 導丰鯛碍湘IH闢宙画害曲篆 W&MWS UK霜卿超9宙” 丁蜩星SSftHifl零8审华嗨青SWSS8审3S。草mm 阜号，丽尊 却寧

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6、广泛推广应用。集合式电容器是将单台壳式电容器经串并联后装入大油箱内并充以绝缘油制成。国外最 早由日本日新公司开发，国内则在1985年由合阳电力电容器厂首先开发成功。目前已有合 阳、西安、锦州、无锡等厂的多种型号产品通过了两部鉴定，产量逐年大幅度提高，1996 年已占到高压并联电容器年产量的 20%。其优点是结构紧凑占地面积小，接头少，安装和 运行维护工作量很校为克服容量不能调整的缺点，无锡电容器厂开发了可调容量的集合式电 容器，按照容量调整范围划分有50%/100%和33.3%/66.7%/100%两类产品。由于单元 壳式电容器完全浸入绝缘油中，防止了单元壳式电容器的外绝缘发生故障。单元壳式电

7、容器 内部配有内熔丝，少量元件损坏后由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。缺点是含油量大， 外壳大油箱易存在渗漏油，故障损坏后需返厂修理所用时间较长，单位容量造价较高。关于 集合式电容器有两个问题需要注意：(1)为避免大容量 集合式 电容器发生 相间短路故 障时造成严 重后果，容 量超过 5000kvar的集合式电容器必须做成三相分体结构，即一相一台。(2)集合式电容器的引出套管外绝缘爬电比距必须A35cm/kV(相对于系统最高运行电 压)，以保证其绝缘强度。箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之 处是内部单元电容器没有外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用

8、波纹油箱或带金属膨胀 器，与外部大气完全隔离。同集合式电容器相比，外壳体积和内部含油量进一步减少，以西安电力电容器厂3000kvar产品为例，箱式电容器比集合式电容器外壳体积减少59.1% ,重量减少 60.6%。由于材料用量减少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故 障由内熔丝切除后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。国外只有日本生产和使用，与国内产 品不同之处是内部由特大元件集合而成，没有内熔丝。国内目前已有合阳、西安、锦州等厂生产，这类产品代表着今后的发展方向，可以有选择性的逐步使用。1996 年，桂林电容器厂开发积木型无油自愈式:电容器，产品型号为BKMJJ ,三相最大容达到300

9、0lcvar,这种电容器由若干个单元串并联而成”单元则是由若干个经过树脂 灌封的元件并联后装在一个容器内，接有放电电阻，所有带电部分均由阻燃ABS压制成的 罩子盖祝根据容量大小对单元电容器按照水平或铅直方向进行组合。经挂网试运行后，1998 年4 月已通过鉴定。这种电容器满足了城市变电站设备向无油化方向发展的要求，在城网 变电站中可以逐步推广应用。3.2断路器的选择对电容器组断路器的主要要求是：分闸时不发生重击穿，合闸时不应有明显弹跳。目前，610kV电压等级主要采用少油断路器和真空断路器。真空断路器的优点是耐频繁操作，灭弧室不需要检修，不存在渗漏油的问题。因此，存在一种倾向：即全部采用真空断

10、路器。我们认为对此问题不能一刀切。真空断路器由于存在开断后重燃问题，运行中已经多次造成 事故，即使是进口真空断路器也发生过这种事故。而少油断路器具有切除电容器不重燃的优 点，东北电管局对少油断路器触头进行改造后可以连续操作1000次不检修不换油，解决了 少油断路器不耐频繁操作的问题。因此，610kV电容器组断路器应与变电站出线断路器 选型一致，不必全部采用真空断路器。设备订货时真空断路器要求必须经过老练试验，少油 断路器则要求对触头进行改造。35kV电容器组断路器自然是SF6断路器占绝对优势。3.3 串联电抗器设计部门在进行电容器组设计时一般总是配置6%的串联电抗器。这样既增加了设备投 资又不

11、一定能起到好的作用。据对某电网3个220kV变电站24个110kV变电站18个 35kV变电站的谐波实测结果表明，仅有3个变电站3次谐波含量偏高，4个变电站5次谐 波含量偏高，分别需要配置 4.5%和 12%的串联电抗器抑制谐波放大。其它变电站谐波含 量很低只需要考虑限制电容器组合闸涌流的问题。因此，变电站配置电容器组时应对电网背 景谐波水平进行实测以确定串联电抗器的电抗率。油浸串联电抗器由于存在渗漏油和饱和的 问题，一般已不再选用。干式空芯串联电抗器以其机械强度高、噪音低、维护量小的优点已 得到广泛应用，为减少占地面积，可采用三相迭装产品。安装时必须注意三相的迭装顺序不 能搞错。如果只需要考

12、虑限制电容器组合闸涌流，可以采取阻尼式限流器，它是由阻尼电阻、 放电间隙和小容量电抗器组成。合闸瞬间电抗器承受全部电压，放电间隙击穿将阻尼电阻接 入电路限制涌流。涌流衰减后，电抗器端电压下降，放电间隙息弧，将阻尼电阻退出运行。3.4放电线圈放电线圈是保证设备与人身安全的必要装置，必须配置。关于放电线圈有以下两个问题 要引起注意：(1) 放电线圈必须直接跨接在电容器两端，而不能接在电容器与电抗器串联后的两端。 后一种接线方式既不能正确反映电容器内部故障后产生的不平衡电压，又延长了放电时间。(2) 集合式电容器不宜采用内藏放电线圈的结构。因为放电线圈去掉外壳装在集合式电 容器油箱顶部后，虽然简化了

13、外部接线，但内部增加了交叉接线，也就增加了故障点。运行 中已发生过因内藏的放电线圈故障造成集合式电容器退出运行。鉴于放电线圈本身价格很便 宜，从提高集合式电容器运行可靠性的角度出发，只有在放电线圈可靠性高出集合式电容器一到二个数量级时才能采用内电线圈。为便于接线布置，可要求制造厂在集合式电容器 的顶部或侧壁加装支架放置放电线圈。3.5避雷器少油断路器不存在切除电容器后重燃问题，一般可以不配置避雷器。真空断路器必须配 置避雷器。电容器组的避雷器是起保护电容器作用的，其安装地点应尽量靠近电容器，由于 发生过安装在开关柜内的避雷器爆炸造成母线上全部设备停电的事故，所以避雷器不宜安装 在开关柜内。应优

14、先考虑在电容器中性点安装一只氧化锌避雷器的接线方式，这种接线方式 能够限制单相重燃过电压而且正常运行时避雷器不承受电压。3.6关于全膜电容器的使用问题 全膜电容器具有损耗低、发热量孝温升低、体积孝重量轻的优点。国产全膜电容器自 1986年开始生产以来，经过不断改进完善，质量已趋于稳定，在可靠性方面已经好于部分 进口产品。自1995年以来产量逐年大幅度增长，已有多家产品通过了两部鉴定。同国外先 进产品相比，差距主要表现在比特性上，材料消耗是国外先进产品的两倍。既便如此，同膜 纸复合介质产品相比体积、重量均大幅度下降。以桂林电容器厂100kvar产品为例：全膜 产品比膜纸复合介质产品体积下降31.

15、2%，重量下降44.4%。集合式产品以锦州电容器厂 3000kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降55%，重下降47.9%。箱 式电容器采用全膜产品后可取消散热器。最近，电容器制造业制订了关于加速发展国产高压 全膜电容器的若干措施，必将进一步提高国产高压全膜电容器的质量。因此，新增电容器应 全部采用全膜产品，浸渍剂优先选用苄基甲苯(M/DBT)和SAS40。4结论变电站并联补偿电容器组容量一般按照低压侧年平均无功负荷的 90%选取，用地不紧 张的地区优先选用组架式与集合式产品。城市中心变电站可逐步选用干式或箱式电容器，新 增电容器应全部选用全膜产品，浸渍剂优先采用M/DBT或SAS40。