變電站一次設備并聯補償電容

并聯補償電容器的應用西安供電公司宋煒1【內容提要】

本章節(jié)主要介紹了并聯電容器基礎知識、并聯電容器基本原理及構造、高壓并聯電容器組常規(guī)設計及安裝、高壓并聯電容器運行問題、高壓并聯電容器組配套設備、并聯電容器的階梯補償、高壓并聯電容器的運行管理等內容。溫馨提示2第一節(jié)并聯電容器基礎知識

一、并聯電容器的作用

并聯電容器是一種無功補償設備。通常（集中補償式）接在變電站的低壓母線上，其主要作用是補償系統(tǒng)的無功功率，提高功率因數，從而降低電能損耗、提高電壓質量和設備利用率。常與有載調壓變壓器配合使用。3二、并聯電容器的分類按照電壓等級低壓并聯電容器高壓并聯電容器第一節(jié)并聯電容器基礎知識4（二）高壓并聯電容器分類（6種）殼式單元電容器箱式高壓并聯電容器集合式高壓并聯電容器充氣式集合并聯電容器自愈式電容器靜止型動態(tài)無功功率補償裝置（SVC）第一節(jié)并聯電容器基礎知識5三、并聯電容器型號表達式及含義W-戶外型，G-高原型，戶內型無字母1-單相，3-三相額定容量，Kvar額定電壓，KV；分子表示線電壓，分數值表示相電壓設計序號，可略去M-全膜介質，MJ-金屬化膜，MH-集合式，F-膜紙復合介質A-芐基甲苯，B-異丙基聯苯，F-二芳基乙烷，G-硅油，W-烷基苯B-并聯電容器第一節(jié)并聯電容器基礎知識6銘牌參數：

電容器名稱、型號、額定頻率，HZ、額定電壓，KV、額定電流，A、額定容量，kavr、實測電容量，uF、內部元件串并聯數、重量，kg、環(huán)境溫度類別（例如：-40/A）；內部有放電元件，以符號“

”表示、內部有熔絲的，以符號“

”表示、編號、出廠年月、制造廠家。額定值：1.額定電壓（KV）

一般宜選擇以下額定電壓（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。也可根據實際需要選用其他額定電壓。2.額定容量（kvar）

一般宜選擇以下額定容量（kvar）：（25）、50、100、200、334、1000、1200、1500、1667、1800。也可根據實際需要選用其他額定容量。四、高壓并聯電容器額定值及銘牌參數第一節(jié)并聯電容器基礎知識7第二節(jié)并聯電容器基本原理及構造一、并聯電容器的基本原理電容器的電容（F）：并聯電容器的容量(kvar)：電容器的損耗功率（W）

：8二、并聯電容器的結構

并聯電容器主要由芯子、外殼、出線結構進行裝配，經過真空干燥浸漬處理和密封即成電容器。

9第二節(jié)并聯電容器基本原理及構造第三節(jié)高壓并聯電容器組常規(guī)設計10一、并聯電容器容量的確定

國家電網公司所屬的各級電網企業(yè)、并網運行的發(fā)電企業(yè)、電力用戶在配置無功補償設備時均應嚴格按照Q/GDW212-2008《國家電網公司電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》進行配置。具體配置詳見第一章。第三節(jié)高壓并聯電容器組常規(guī)設計投切裝置

斷路器隔離開關等

控制、測量、保護裝置

包括并聯電容器、串聯電抗器、過電壓保護裝置、放電裝置、單臺電容器保護熔斷器、氧化鋅避雷器、接地刀閘、構架等

電壓、電流變比設備，測量儀表、繼電器保護、自動控制裝置

（一）并聯電容器的組成元件

主功能裝置

11二、并聯電容器裝置組件并聯電容器:產生相位超前于電網電壓的無功電流，提高電網功率因數。串聯電抗器：抑制合閘涌流，抑制電網諧波。放電裝置：泄放電容器的儲能，提供繼電保護信號。氧化鋅避雷器及過電壓保護裝置：抑制操作過電壓。單臺電容器保護熔斷器：為無內熔絲電容器的極間短路提供快速保護。接地刀閘：用于檢修時的安全接地。導體、支柱絕緣子、構架等：構成裝置的承重體系、電流回路。其他（如電流互感器等）：根據設計需要，作為電容器組內部故障保護的信號監(jiān)測單元。（二）并聯電容器裝置中各元件的作用12第三節(jié)高壓并聯電容器組常規(guī)設計

電容器組接線方式有星形接線和三角形。實際運行經驗表明，三角形接線的電容器組其損壞率遠高于星形接線，爆炸起火的事故大多發(fā)生在三角形接線的電容器組。這是因為三角形接線的電容器組當電容器發(fā)生極間擊穿時，會造成電源的相間短路，較大的短路電流流過故障電容器會造成較大的沖擊波而使電容器外殼爆破而起火。而星形接線電容器組，當電容器極間發(fā)生擊穿不會形成相間短路。即使發(fā)生電容器的極間擊穿，其故障電流只有電容器組相電流的3倍，比起相間短路時故障電流要小得多。因此，目前高壓并聯電容器組接線只采用星形接線。三、并聯電容器接線方式13第三節(jié)高壓并聯電容器組常規(guī)設計常規(guī)保護

——過電壓保護、失電壓保護、過電流保護、速斷保護。

并聯電容器整組內部故障保護——開口三角電壓、差動電壓、中性線不平衡電流、橋差電流、單相接地保護。并聯電容器單臺內部故障保護——有熔斷器保護。

并聯電容器元件故障保護——有內熔絲保護。電容器組的操作過電壓保護———電容器組限制操作過電壓的主要手段是加裝避雷器，通常選用電容器組專用的無間隙氧化鋅避雷器。四、并聯電容器裝置的保護配置14第三節(jié)高壓并聯電容器組常規(guī)設計（一）電容器的布置和安裝：電容器裝置的構架設計應便于維護和更換設備，分層布置不宜超過三層，每層不應超過兩排，四周及層間不應設置隔板。

五、并聯電容器及配套裝置安裝名稱電容器(戶外、戶內)電容器底部距地面框架頂部至屋頂凈距間距排間距離戶外戶內最小尺寸1002003002001000

裝置應設維護通道，其寬度（凈距）不應小于1200mm，維護通道與電容器之間應設置網狀遮攔。電容器構架與墻或構架之間設置檢修通道時，其寬度不應小于1000mm。單臺電容器套管與母線應使用軟導線連接。不得利用電容器套管支撐母線。單套管電容器組的接殼導線，應由接線端子的連接線引出。15第三節(jié)高壓并聯電容器組常規(guī)設計（二）串聯電抗器的選擇布置：串聯電抗器的電抗率即每相額定感抗與額定容抗百分比（%）。電抗器的接線位置是干式空心串聯電抗器宜接在裝置電源側；鐵心串聯電抗器宜接在中性點側。

五、并聯電容器及配套裝置安裝電抗器的布置方式干式空心串聯電抗器的布置推薦水平安裝，應避免三相疊裝

布置空心電抗器時，要避開繼電保護和微機室。空心電抗器周邊墻體的金屬結構件及地下接地體均不得呈金屬閉合環(huán)路狀態(tài)，避免電抗器損壞。

干式空心串聯電抗器的電源引入線，應軟連接。

16第三節(jié)高壓并聯電容器組常規(guī)設計第四節(jié)高壓并聯電容器運行問題一、電壓對電容器的影響（一）電壓對電容器的影響

運行電壓過高，會使電容器過負荷發(fā)熱量增加，絕緣加速老化，導致損壞或縮短使用壽命，反之，如果運行電壓過低，會影響電容器無功出力是不經濟的。因此，在日常運行中要加強電壓監(jiān)視，控制好運行電壓。（二）電容器的最高工作電壓電容器額定電壓選擇應考慮:電網處的運行電壓、運行中承受的長期工頻過電壓、串聯電抗器引起的運行電壓升高。電容器組的投入而引起的母線電壓升高、諧波引起的電容器端電壓升高、一相中電容器串聯段之間的電容器偏差引起電壓升高、外熔絲熔斷引起的電容器缺臺運行、星形接線中性點不接地電容器組三相電容不平衡引起的中性點電位偏移導致電容器電壓升高。17

電網運行電壓的允許范圍：滿足GB12325-1990《電能質量供電電壓允許偏差》的規(guī)定。電容器允許過電壓：按右表要求。電容器額定電壓與電網運行電壓的關系：國標規(guī)定電容器額定電壓應不低于該電容器所要接入電網的最高運行電壓，還需考慮接入電容器后所引起的電壓升高。因此，所選的電容器額定電壓應略高于電網額定電壓。一、電壓對電容器的影響電容器和電容器元件的工頻穩(wěn)態(tài)過電壓和相應的運行時間工頻過電壓倍數持續(xù)時間說明1.05連續(xù)1.10每24h中8h1.15每24h中30min系統(tǒng)電壓調整與波動1.205min輕荷載時電壓升高1.301min3．標準對電容器運行電壓的要求18第四節(jié)高壓并聯電容器運行問題二、電流對電容器的影響國家標準規(guī)定電容器應能在有效值為1.3In的穩(wěn)定電流下運行。在實際的供電網絡中，運行電壓的升高和電源電壓中的諧波往往是同時存在的。如果要求電容器的實際無功功率不超過額定無功功率的l．35倍，則允許運行電壓升高和允許某次諧波分量的大小兩者之間是互相限制的。若運行電壓太高，可調整變壓器分接頭或在電壓過高時將電容器退出運行，如電流增大，卻沒有伴隨電壓增高時，說明存在高次諧波電流，應采取限制諧波的措施，如大功率整流器近旁安裝交流濾波器，整流裝置多極化。當諧波源影響到電容器安全運行時，可在電容器回路中裝串聯電抗器。19第四節(jié)高壓并聯電容器運行問題三、溫度對電容器的影響

電容器和大部份其他電氣設備（變壓器、發(fā)電機）不同，它通常都在滿負荷下較長時間運行的，而其他電氣設備則負荷隨時變化，溫升也隨之增高或降低，因此電容器是不能從日負荷變化而使平均溫升較低的特性中得到好處。另一方面電容器的絕緣介質又在較高場強下運行。如長時間在高場強和高溫下運行將導致電容器逐漸劣化、介質擊穿、或因介質損耗的增加，熱平衡破壞造成熱擊穿縮短使用壽命，因此電容器制造設計的運行溫升較其他電氣設備的溫升要低些。20第四節(jié)高壓并聯電容器運行問題電容器組在投入時會出現涌流，涌流的頻率較高，可達幾百到幾千赫，幅值比電容器正常工作電流大幾倍到幾十倍，但持續(xù)時間很短，小于20ms。涌流過大可能造成高壓斷路器觸頭熔焊、燒損；涌流產生的電動力可能會使零件損壞；也可能給電流互感器和串聯電抗器造成絕緣損傷。電容器涌流由工頻部分和高頻部分組成。限制涌流的有效措施是在電容器組上串聯合適的電抗器。四、合閘涌流問題21第四節(jié)高壓并聯電容器運行問題第五節(jié)

高壓并聯電容器裝置設備選型高壓并聯電容器裝置設備選型并聯電容器單臺熔絲的選擇真空斷路器的選擇串聯電抗器的選擇放電線圈選擇避雷器的選擇22一、使用階梯補償電容器的意義根據《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術導則》SD325-1989第5.7之規(guī)定，110KV變電站無功補償設備的配置容量可按變電站變壓器容量的10%-30%配置。但是為了節(jié)省占地面積和減少投資，造成無功補償的支路較少，有效補償的接梯性過大。在輕負荷情況下，需要補償的無功容量減小，但由于補償電容器的組的容量偏大，電容器投入后出現過補，切除后系統(tǒng)又缺少無功，造成電容器開關頻繁投切，影響電網安全運行。為此供電單位和廠家協商制造出抽頭式集合電容器，從抽頭上運行，以滿足輕負荷時無功的需要。第六節(jié)

并聯電容器的階梯補償23二、階梯補償電容器接線方式第六節(jié)

并聯電容器的階梯補償容器組一次接線圖X1X2C1C2G1G2當隔離刀閘G1、G2斷開時，電抗器X1、X2與電容器C1串聯運行，投入容量為半容量，用以滿足較輕負荷時無功的需要；

當G1、G2合上時，電容器C1、C2并聯與電抗器X1串聯運行，電抗器X2被短接，投入容量為全容量，用以滿足較大負荷時用戶的需要。24三、階梯補償電容器在實際運行中的問題1．從保護上看，根據接線情況，當采用抽頭運行時，保護定值需要調整，如采用兩套保護，也是不合理的。2．從產品本身看，元件內熔絲特性是按整臺考慮的，當采用抽頭運行時，每串聯段上的并聯元件數將只有原設計的二分之一，元件故障時，并聯元件的放電能量不足以在規(guī)定時間內熔斷故障元件的熔絲，可導致斷口重燃，損壞更多元件或整個單元。3．如果配有串聯電抗器，必須配用兩組小容量電抗，以供改變運行容量時用。單用一組固定電抗率的電抗器，是不能滿足改變運行容量的要求的。

4．抽頭式集合并聯電容器，不可能象有載調壓變壓器那樣方便調節(jié)，調節(jié)時需停電操作，由于各地運行部門的制度不同，不少地方不允許運行人員操作，每次操作都要動用修試人員。操作次數多了，很難避免接線柱頭松動或接線錯誤，甚至導致滲漏油或燒損，此例事故在系統(tǒng)已發(fā)生多次，嚴重影響系統(tǒng)安全運行。

第六節(jié)

并聯電容器的階梯補償25四、電容器回路加調壓器調容問題26第六節(jié)

并聯電容器的階梯補償1.電容器自動調節(jié)裝置的原理一次電壓調節(jié)器YHLH二次微機控制器主變分接開關電容器母線系統(tǒng)一次接線圖電容器自動調節(jié)裝置工作原理框圖（二）電容器調節(jié)裝置的主要功能將固定電容器組無功輸出容量通過電壓調節(jié)器檔位切換而細化，使補償電網的無功容量根據無功負荷變化情況逐漸緩慢調節(jié)，避免嚴重的過補償或欠補償現象。減小了在投切電容器開關過程中產生較大的涌流和過電壓對電網運行的不良影響。由于電容器兩端電壓的突變量越大，涌流就越大。所以用調壓器調節(jié)電容器兩端的電壓，電壓的改變量較小，所以涌流也較小。減少電容器開關頻繁動作，延長了電容器開關的使用壽命。27第六節(jié)

并聯電容器的階梯補償（三）電容器自動調節(jié)裝置技術性能要求根據斷路器位置和變壓器電流潮流方向自動識別變電站一次設備的運行方式，包括主變運行方式（并列、分列、單臺帶全站10kV等）和電容器組的運行方式；應按無功優(yōu)先的原則，即優(yōu)先投切電容器組實現無功就地基本平衡。在此基礎上，滿足母線電壓曲線要求，進行變壓器有載分接開關檔位的自動調節(jié)。裝置采樣精度必須滿足《靜態(tài)繼電保護及安全自動裝置通用技術條件》DL478-92的要求。電壓測量誤差≤0.5%；電流測量誤差≤0.5%；有功功率、無功功率測量誤差≤2.0%；時鐘誤差≤1s/24h。并按設置的時間延時，準確準時動作。28第六節(jié)

并聯電容器的階梯補償（四）慎重選用電容器自動調節(jié)裝置1．電容器自動調節(jié)裝置一次部分相當于一臺有載調壓變壓器，其成本非常昂貴。雖然其減少了電容器開關的投切次數，延長了電容器開關的使用壽命。但是電容器開關的投切次數減少是建立在增加了電壓調節(jié)器的檔位開關動作次數之上，所以應從價格和功效上綜合考慮。2．從上述電容器自動調節(jié)裝置的原理來看此類裝置的應用地點應該是有投切振蕩問題的變電站，即由于變電站占地面積有限，將本應配置2臺電容器而只配置了1臺，造成無功設備容量選擇過大以及變電站負荷變化頻繁的變電站。但是由于此類裝置成本昂貴，加之增加了一次設備的維護量和電壓調節(jié)器自身的有功損耗，所以要慎重選用電容器自動調節(jié)裝置。29第六節(jié)

并聯電容器的階梯補償（五）新投變電站電容器選取應合理30第六節(jié)

并聯電容器的階梯補償《35-220kV變電站無功補償裝置設計技術規(guī)定》（DL/T5242-2010）規(guī)定110kV變電站無功補償裝置單組電容器不宜大于6Mvar.《國家電網公司電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》第7.2條規(guī)定：“110（66）kV變電站單臺主變壓器容量為40MVA及以上時，每臺主變壓器應配置不少于兩組的容性無功補償裝置.當在主變壓器的同一電壓等級側配置兩組容性無功補償裝置時，其容量宜按總無功容量的1/3和2/3進行配置……”。一、并聯電容器裝置的驗收投運（一）驗收1．外觀檢查2．設備完好性檢查3．運行要求核實4．對成組安裝的并聯電容器的要求5．電容器裝置驗收時應提交的資料31第七節(jié)高壓并聯電容器的運行管理（二）投運電容器組電纜投運前應定相，應檢查電纜頭接地良好，并有相色標志。兩根以上電纜兩端應有明顯的編號標志，帶負荷后應測量負荷分配是否適當。在運行中需加強監(jiān)視，一般可用紅外線測溫儀測量溫度，在檢修時，應檢查各接觸面的表面情況。停電超過一個星期不滿一個月的電纜，在重新投入運行前，應用搖表測量絕緣電阻。電力電容器組新裝投運前，除各項試驗合格并按一般巡視項目檢查外，還應檢查放電回路，保護回路、通風裝置應完好。構架式電容器裝置每只電容器應編號，在上部三分之一處貼45℃～50℃試溫蠟片。設備新投運時應在額定電壓下合閘沖擊三次，每次合閘間隔時間5分鐘，應將電容器殘留電壓放完時方可進行下次合閘。32第七節(jié)高壓并聯電容器的運行管理二、并聯電容器裝置的運行操作（一）運行操作

電容器停用時，應先拉開斷路器，再拉開電容器側隔離開關，后拉開母線側隔離開關。投入時的操作順序與此相反。電力電容器組的斷路器一次合閘不成功，必須待5min后再進行第二次合閘，事故處理亦不得例外。全所停電及母線系統(tǒng)停電操作時，應先拉開電力電容器組斷路器，再拉開各饋路的出線斷路器。全站恢復供電時，應先合各饋路的出線斷路器，再合電力電容器組斷路器，禁止空母線帶電容器組運行。變電所全所停電或接有電容器的母線失電壓時，應先拉開該母線上的電容器斷路器，再拉開線路斷路器，來電后根據母線電壓及系統(tǒng)無功功率補償情況最后投人電容器。33第七節(jié)高壓并聯電容器的運行管理遇有下列情況時，應退出電容器：電容器發(fā)生爆炸；接頭嚴重發(fā)熱或電容器外殼示溫蠟片熔化；電容器套管發(fā)生破裂并有閃絡放電；電容器嚴重噴油或起火；電容器外殼明顯膨脹，有油質流出或三相電流不平衡超過5%以上，以及電容器或電抗器內部有異常聲響；當電容器外殼溫度超過55℃，或室溫超過40℃時，采取降溫措施無效時；密集型并聯電容器壓力釋放閥動作時。34第七節(jié)高壓并聯電容器的運行管理（二）出現下列情況時須將并聯電容器組立即停運35第七節(jié)高壓并聯電容器的運行管理三、并聯電容器裝置的巡檢（一）日常巡檢序號巡視內容及標準備注1檢查瓷絕緣有無破損裂紋、放電痕跡，表面是否清潔。2母線及引線是否過緊過松，設備連接處有無松動、過熱。3設備外表涂漆是否變色，變形，外殼無鼓肚、膨脹變形，接縫無開裂、滲漏油現象，內部無異聲。外殼溫度不超過50℃。4電容器編號正確，各接頭無發(fā)熱現象。5熔斷器、放電回路完好，接地裝置、放電回路是否完好，接地引線有無嚴重銹蝕、斷股。熔斷器、放電回路及指示燈是否完好。。6電容器室干凈整潔，照明通風良好，室溫不超過40℃或低于-25℃。門窗關閉嚴密。7電抗器附近無磁性雜物存在；油漆無脫落、線圈無變形；無放電及焦味；油電抗器應無滲漏油。8電纜掛牌是否齊全完整，內容正確，字跡清楚。電纜外皮有無損傷，支撐是否牢固電纜和電纜頭有無滲油漏膠，發(fā)熱放電，有無火花放電等現象。

（二）特殊巡檢36第七節(jié)高壓并聯電容器的運行管理序號巡視內容及標準備注1雨、霧、雪、冰雹天氣應檢查瓷絕緣有無破損裂紋、放電現象，表面是否清潔；冰雪融化后有無懸掛冰柱，樁頭有無發(fā)熱；建筑物及設備構架有無下沉傾斜、積水、屋頂漏水等現象。大風后應檢查設備和導線上有無懸掛物，有無斷線；構架和建筑物有無下沉傾斜變形。2大風后檢查母線及引線是否過緊過松，設備連接處有無松動、過熱。3雷電后應檢查瓷絕緣有無破損裂紋、放電痕跡，4環(huán)境溫度超過或低于規(guī)定溫度時，檢查溫蠟片是否齊全或熔化，各接頭有無發(fā)熱現象。5斷路器故障跳閘后應檢查電容器有無燒傷、變形、移位等，導線有無短路；電容器溫度、音響、外殼有無異常。熔斷器、放電回路、電抗器、電纜、避雷器等是否完好。6系統(tǒng)異常（如振蕩、接地、低周或鐵磁諧振）運行消除后，應檢查電容器有無放電，溫度、音響、外殼有無異常；

37第七節(jié)高壓并聯電容器的運行管理

四、并聯電容器裝置的維護

（一）日常維護

連接電容器的金具應使用銅螺母，且無燒傷損壞，連接緊固。固定金具使用鋁制金具，無裂紋，尺寸合適。電容器本體的引出線端連接用的螺母、墊圈應齊全，外殼無顯著變形。瓷件應完好無破損。導電桿無彎曲變形。接地應可靠，接地螺絲應緊固。電容器編號應向外，銘牌應完整，聯接母線應平整無彎曲。熔斷器無斷裂、虛接，熔斷器規(guī)格應符合設備要求。放電線圈瓷套無破損，油位應正常，無滲漏現象，二次接線應緊固。干式電抗器外觀檢查完好，絕緣層無破損；支持瓷柱應無破裂；接線板螺絲緊固并無發(fā)熱現象。（二）定期維護

按照裝置校驗檢修工藝標準對所用裝置進行校驗。操作回路檢查包括：手分手和回路；開關防跳回路；開關壓力試驗。傳動試驗包括：模擬故障查看保護動作行為、斷路器動作是否正確；模擬故障查看就地信號是否正確；模擬故障查