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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、实测电
3、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、高压并联电容器额定
4、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,比特性主要取决于储能因数，
5、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为铝箔电极不折边不突出,图
6、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、并网运行的发电企业、电力用户在
7、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：泄放电容器的储能，提供继电保护信号。氧化
8、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，较大的短路电流流过故障电容器会造成
9、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过电压的主要手段是加装避雷器，通常
10、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,第三节 高压并联电容器组常规设计,（二
11、）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 运行电压过高，会使电容器过负荷发热量增加
12、，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电能质量供电电压允许偏差的规定。电容器允
13、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之间是互相限制的。若运行电压太高，可调
14、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温下运行将导致电容器逐渐劣化、介质击穿
15、、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、分闸过电压问题,分闸过电压,截流过电压,分闸重燃
16、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
17、取限制措施在电容器回路中串联一电抗器。,六、谐波问题,28,第四节 高压并联电容器运行问题,第五节 高压并联电容器装置设备选型,高压并联电容器装置设备选型,并联电容器单台熔丝的选择,真空断路器的选择,串联电抗器的选择,放电线圈选择,避雷器的选择,29,一、使用阶梯补偿电容器的意义 根据电力系统电压和无功电力技术导则 SD325-1989第5.7之规定，110KV变电站无功补偿设备的配置容量可按变电站变压器容量的10%-30%配置。但是为了节省占地面积和减少投资，造成无功补偿的支路较少，有效补偿的接梯性过大。在轻负荷情况下，需要补偿的无功容量减小，但由于补偿电容器的组的容量偏大，电容器投入后出现
18、过补，切除后系统又缺少无功，造成电容器开关频繁投切，影响电网安全运行。为此供电单位和厂家协商制造出抽头式集合电容器，从抽头上运行，以满足轻负荷时无功的需要。,第六节 并联电容器的阶梯补偿,30,二、阶梯补偿电容器接线方式,第六节 并联电容器的阶梯补偿,当隔离刀闸G1、G2断开时，电抗器X1、X2与电容器C1串联运行，投入容量为半容量，用以满足较轻负荷时无功的需要；当G1、G2合上时，电容器C1、C2并联与电抗器X1串联运行，电抗器X2被短接，投入容量为全容量，用以满足较大负荷时用户的需要。,31,三、阶梯补偿电容器在实际运行中的问题,1从保护上看，根据接线情况，当采用抽头运行时，保护定值需要调
19、整，如采用两套保护，也是不合理的。2从产品本身看，元件内熔丝特性是按整台考虑的，当采用抽头运行时，每串联段上的并联元件数将只有原设计的二分之一，元件故障时，并联元件的放电能量不足以在规定时间内熔断故障元件的熔丝，可导致断口重燃，损坏更多元件或整个单元。3如果配有串联电抗器，必须配用两组小容量电抗，以供改变运行容量时用。单用一组固定电抗率的电抗器，是不能满足改变运行容量的要求的。4抽头式集合并联电容器，不可能象有载调压变压器那样方便调节，调节时需停电操作，由于各地运行部门的制度不同，不少地方不允许运行人员操作，每次操作都要动用修试人员。操作次数多了，很难避免接线柱头松动或接线错误，甚至导致渗漏油
20、或烧损，此例事故在系统已发生多次，严重影响系统安全运行。,第六节 并联电容器的阶梯补偿,32,四、电容器回路加调压器调容问题,33,第六节 并联电容器的阶梯补偿,1.电容器自动调节装置的原理,一次电压调节器,母线,系统一次接线图,电容器自动调节装置工作原理框图,（二）电容器调节装置的主要功能,将固定电容器组无功输出容量通过电压调节器档位切换而细化，使补偿电网的无功容量根据无功负荷变化情况逐渐缓慢调节，避免严重的过补偿或欠补偿现象。减小了在投切电容器开关过程中产生较大的涌流和过电压对电网运行的不良影响。由于电容器两端电压的突变量越大，涌流就越大。所以用调压器调节电容器两端的电压，电压的改变量较小
21、，所以涌流也较小。减少电容器开关频繁动作，延长了电容器开关的使用寿命。,34,第六节 并联电容器的阶梯补偿,（三）电容器自动调节装置技术性能要求,根据断路器位置和变压器电流潮流方向自动识别变电站一次设备的运行方式，包括主变运行方式（并列、分列、单台带全站10kV等）和电容器组的运行方式；应按无功优先的原则，即优先投切电容器组实现无功就地基本平衡。在此基础上，满足母线电压曲线要求，进行变压器有载分接开关档位的自动调节。装置采样精度必须满足静态继电保护及安全自动装置通用技术条件DL 478-92的要求。电压测量误差0.5%；电流测量误差0.5%；有功功率、无功功率测量误差2.0%；时钟误差1s/2
22、4h。并按设置的时间延时，准确准时动作。,35,第六节 并联电容器的阶梯补偿,（四）慎重选用电容器自动调节装置,1电容器自动调节装置一次部分相当于一台有载调压变压器，其成本非常昂贵。虽然其减少了电容器开关的投切次数，延长了电容器开关的使用寿命。但是电容器开关的投切次数减少是建立在增加了电压调节器的档位开关动作次数之上，所以应从价格和功效上综合考虑。2从上述电容器自动调节装置的原理来看此类装置的应用地点应该是有投切振荡问题的变电站，即由于变电站占地面积有限，将本应配置2台电容器而只配置了1台，造成无功设备容量选择过大以及变电站负荷变化频繁的变电站。但是由于此类装置成本昂贵，加之增加了一次设备的维
23、护量和电压调节器自身的有功损耗，所以要慎重选用电容器自动调节装置。,36,第六节 并联电容器的阶梯补偿,（五）新投变电站电容器选取应合理,37,第六节 并联电容器的阶梯补偿,35-220kV变电站无功补偿装置设计技术规定（DL/T5242-2010）规定110kV变电站无功补偿装置单组电容器不宜大于6Mvar.国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则第7.2条规定：“110（66）kV变电站单台主变压器容量为40MVA及以上时，每台主变压器应配置不少于两组的容性无功补偿装置.当在主变压器的同一电压等级侧配置两组容性无功补偿装置时，其容量宜按总无功容量的1/3和2/3进行配置”。,一、并联电容器
24、装置的验收投运（一）验收1外观检查2设备完好性检查3运行要求核实4对成组安装的并联电容器的要求5电容器装置验收时应提交的资料,38,第七节 高压并联电容器的运行管理,（二）投运 电容器组电缆投运前应定相，应检查电缆头接地良好，并有相色标志。两根以上电缆两端应有明显的编号标志，带负荷后应测量负荷分配是否适当。在运行中需加强监视，一般可用红外线测温仪测量温度，在检修时，应检查各接触面的表面情况。停电超过一个星期不满一个月的电缆，在重新投入运行前，应用摇表测量绝缘电阻。电力电容器组新装投运前，除各项试验合格并按一般巡视项目检查外，还应检查放电回路，保护回路、通风装置应完好。构架式电容器装置每只电容器
25、应编号，在上部三分之一处贴4550试温蜡片。设备新投运时应在额定电压下合闸冲击三次，每次合闸间隔时间5分钟，应将电容器残留电压放完时方可进行下次合闸。,39,第七节 高压并联电容器的运行管理,二、并联电容器装置的运行操作（一）运行操作 电容器停用时，应先拉开断路器，再拉开电容器侧隔离开关，后拉开母线侧隔离开关。投入时的操作顺序与此相反。电力电容器组的断路器一次合闸不成功，必须待5min后再进行第二次合闸，事故处理亦不得例外。全所停电及母线系统停电操作时，应先拉开电力电容器组断路器，再拉开各馈路的出线断路器。全站恢复供电时，应先合各馈路的出线断路器，再合电力电容器组断路器，禁止空母线带电容器组运
26、行。变电所全所停电或接有电容器的母线失电压时，应先拉开该母线上的电容器断路器，再拉开线路断路器，来电后根据母线电压及系统无功功率补偿情况最后投人电容器。,40,第七节 高压并联电容器的运行管理,遇有下列情况时，应退出电容器：电容器发生爆炸；接头严重发热或电容器外壳示温蜡片熔化；电容器套管发生破裂并有闪络放电；电容器严重喷油或起火；电容器外壳明显膨胀，有油质流出或三相电流不平衡超过5%以上，以及电容器或电抗器内部有异常声响；当电容器外壳温度超过55，或室温超过40时，采取降温措施无效时；密集型并联电容器压力释放阀动作时。,41,第七节 高压并联电容器的运行管理,（二）出现下列情况时须将并联电容器
27、组立即停运,42,第七节 高压并联电容器的运行管理,三、并联电容器装置的巡检（一）日常巡检,（二）特殊巡检,43,第七节 高压并联电容器的运行管理,44,第七节 高压并联电容器的运行管理,四、并联电容器装置的维护（一）日常维护 连接电容器的金具应使用铜螺母，且无烧伤损坏，连接紧固。固定金具使用铝制金具，无裂纹，尺寸合适。电容器本体的引出线端连接用的螺母、垫圈应齐全，外壳无显著变形。瓷件应完好无破损。导电杆无弯曲变形。接地应可靠，接地螺丝应紧固。电容器编号应向外，铭牌应完整，联接母线应平整无弯曲。熔断器无断裂、虚接，熔断器规格应符合设备要求。放电线圈瓷套无破损，油位应正常，无渗漏现象，二次接线应
28、紧固。干式电抗器外观检查完好，绝缘层无破损；支持瓷柱应无破裂；接线板螺丝紧固并无发热现象。（二）定期维护 按照装置校验检修工艺标准对所用装置进行校验。操作回路检查包括：手分手和回路；开关防跳回路；开关压力试验。传动试验包括：模拟故障查看保护动作行为、断路器动作是否正确；模拟故障查看就地信号是否正确；模拟故障查后台机、远方监控系统显示情况、光子牌显示是否正确。核对定值包括：打印定值单与最新保护定值通知单进行核对正,五、并联电容器装置的定期预试,45,第七节 高压并联电容器的运行管理,46,六、并联电容器装置的检修,第七节 高压并联电容器的运行管理,（一）检修周期 经过检查与试验并结合运行情况、制
29、造质量原因造成故障频发的同类型电容器、结合定期预防性试验进行相应的检查、缺陷处理、校验、调整等检查。（二）检修准备工作 检查在电容器装置电源侧是否已经三相短路并接地，电容器组中性点接地（或合上接地刀闸）和绝缘台架是否接地。（三）检修项目及要求 外部清扫绝缘子、套管、油箱表面、构架及通风装置；检查接线和各连接部分是否紧固，放电回路是否中断；对电容器及附属设备的外壳和构架除锈刷漆；检查保护熔丝是否松弛、有无异常，对熔断器外部涂刷保护绝缘漆，但不应将漆流到弹簧上，更不得对弹簧刷漆；更换锈蚀的熔断器；电容器油箱的渗油处理和附属设备检修，补充或调整电容器容量，更换绝缘子等；渗漏油的电容器应先经过测试，如
30、果绝缘和电容量没有问题，应计划尽快退出；如绝缘或电容量有问题应立即退出。,47,七、并联电容器装置的常见故障处理,第七节 高压并联电容器的运行管理,48,第七节 高压并联电容器的运行管理,电容器组断路器跳闸后，不允许强送电。过流保护动作跳闸应查明原因，否则不允许再投入运行；在检查处理电容器故障前，应先拉开断路器及隔离刀闸，然后验电装设接地线；由于故障电容器可能发生引线接触不良，内部断线或熔丝熔断，因此有一部分电荷有可能未放出来，所以在接触故障电容器前，应戴绝缘手套，用短路线将故障电容器的两极短接，方可动手拆卸。对双星形接线电容器组的中性线及多个电容器的串接线，还应单独放电。,电容器组断路器跳闸后的处理,49,谢谢大家,
