摘要：本文介紹了平頂山供電區(qū)裝設的集合式電容器成套裝置，對裝設過程中變電站無功補償容量的確定、集合式電容器及其配套設備型式和參數(shù)的選擇等作了說明，還對集合式電容器運行過程中可能出現(xiàn)的涌流、過電壓以及對電網(wǎng)諧波放大等一系列問題進行了分析并介紹了采取的抑制措施，后對如何更合理地選用集合式電容器成套裝置提出了一些看法。
關鍵詞：集合式電容器 涌流 過電壓 諧波放大 1　前言

　　平頂山供電區(qū)地處華中電網(wǎng)火電基地之一，多數(shù)變電站運行電壓偏高，所以過去各站均未裝設無功補償裝置。這就造成平頂山供電區(qū)內(nèi)缺乏無功，功率因數(shù)偏低，線損率偏高。隨著有載調(diào)壓變壓器的廣泛使用，經(jīng)計算分析，安裝補償電容裝置后，與變壓器有載調(diào)壓裝置配合，大部分變電站可滿足母線電壓的要求，同時也提高了系統(tǒng)功率因數(shù)，達到《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則》的有關規(guī)定和一流供電企業(yè)的考核要求。于是從1998年起，平頂山供電區(qū)相繼在轄區(qū)內(nèi)的1個220kV變電站、5個110kV變電站和2個35kV變電站裝設了集合式電容器成套裝置。
　　并聯(lián)補償電容器在運行中存在操作過電壓、合閘涌流及放大諧波電流等一系列問題，這是設計工作中所必須考慮的。筆者參加了在這些變電站裝設集合式電容器成套裝置的安裝設計工作，設計工作中遇到了較多問題，　　通過對有關專著的學習研究和向有關專家請教，對這些問題有了一些初步的認識。這里針對一些具有普遍性的問題，結合平頂山供電區(qū)的具體做法，進行一些簡單的歸納和分析，以便于和廣大同行進行分析和探討，共同提高對電力電容器的認識。
2　變電站無功補償容量的確定
　　根據(jù)無功分層平衡，就地補償?shù)脑瓌t，變電站裝設的無功補償裝置僅用來補償站內(nèi)的無功損耗。站內(nèi)的無功損耗主要是主變的無功損耗，包括勵磁損耗和漏抗損耗兩部分，勵磁損耗屬不變無功損耗，其值為變壓器額定容量的比例即變壓器的空載電流百分數(shù)，數(shù)值較小。漏抗無功損耗與變壓器的運行負荷大小有關，在變壓器無功損耗中占絕大部分。因此在計算時必須根據(jù)主變當前負荷并考慮到負荷將來的發(fā)展，計算出主變的無功損耗后，結合集合式電容器產(chǎn)品規(guī)格，來確定無功補償容量。
3　集合式電容器的選用
　　集合式電容器由多個帶小鐵殼的單元電容器組成，單元電容器是全密封的，其內(nèi)部主要是多個并聯(lián)的裝有內(nèi)熔絲的小電容元件和液體浸漬劑。單元電容器按設計要求并聯(lián)和串聯(lián)聯(lián)接，固定在支架上，裝入大油箱，注入絕緣油，組成集合式電容器。
　　 我們采用的集合式電容器全部為全膜介質，全膜產(chǎn)品較膜紙復合產(chǎn)品損壞率很低，且體積小、重量輕、介損低、節(jié)能，元件擊穿時擊穿點的膜熔化，不析出氣體，大大提高了產(chǎn)品的可靠性。
　　 我們采用的集合式電容器可分三檔（分Q／3、2Q／3和Q三檔，Q為集合式電容器總容量）或兩檔（分Q／2和Q兩檔調(diào)容，這使變電站可根據(jù)負荷變化合理調(diào)整補償容量，避免負荷輕時電容器投不上的弊病。調(diào)容須在斷電情況下進行，調(diào)容的方式有抽頭調(diào)容和轉換開關調(diào)容兩種。
    使用轉換開關調(diào)容的集合式電容器調(diào)容轉換開關置于集合式電容器的箱體內(nèi)，由調(diào)容轉換開關引出一根16芯控制電纜至調(diào)容控制器，在斷電情況下通過調(diào)容控制器上的檔位轉換按鈕實現(xiàn)集合式電容器的調(diào)容。調(diào)容控制器上還裝有遠動接口，所以采用轉換開關調(diào)容的集合式電容器為電容分組自動投切、實施無功、電壓綜合控制以及實現(xiàn)遠方操作創(chuàng)造了條件。其缺點是若轉換開關出現(xiàn)故障，需打開集合電容器箱體進行維修，這需廠方派技術人員現(xiàn)場指導。
　　 使用抽頭調(diào)容的集合式電容器在電容器箱體上一般按總容量的1／3和2／3引出抽頭，并在箱體上安裝兩組調(diào)容隔離開關，通過操作調(diào)容隔離開關，對集合式電容器進行調(diào)容。其優(yōu)點是調(diào)容隔離開關裝置的故障機率較低，出現(xiàn)故障后也容易維修，缺點是使用抽頭調(diào)容的集合式電容器體積較大，難以實現(xiàn)遠動、自動功能。
　　 在平頂山供電區(qū)變電站裝設無功補償裝置前，除郟縣變和龍泉變外其它各已建成的變電站均未預留裝設電容補償裝置的位置，多數(shù)變電站內(nèi)可利用空地較少。根據(jù)我局實際情況，比較其優(yōu)缺點，我們確定采用集合式電容器成套裝置對各已建成的變電站進行無功補償。
　　 目前全膜、充油的集合式電容器已成為并聯(lián)補償電容器的主導產(chǎn)品。但更先進的產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)并投入運行。

3．1　充氣集合式電容器

　　這種集合式電容器的內(nèi)部電容器單元與常規(guī)集合式電容器相同，但在大外殼中采用SF₆等氣體進行絕緣和散熱，在場強和容量相同的情況下含油量為常規(guī)集合式電容器的1／8，大大降低了故障情況下造成火災的危險性，當然也不存在滲漏油的問題。充氣集合式電容器更易維護，只在氣體壓力低于0．005MPa時，充入少量氮氣既可，而這一般是在產(chǎn)品正常使用十年之后的事。另外充氣集合式電容器還具有零部件種類少，結構簡單；重量輕，安裝運輸方便；防爆，經(jīng)濟性能好（成本與常規(guī)集合式電容器相當）等優(yōu)點。

3．2　箱式電容器

　　箱式電容器基本上相當于去掉單元電容器小金屬外殼的集合式電容器，這就排除了單元電容器對小金屬外殼擊穿的可能性，提高了可靠性。用油量少，較同等級的集合式電容器重量減輕30％左右。箱式電容器在比特性、制造成本、消耗金屬材料和冷卻介質以及重量等技術經(jīng)濟指標上均優(yōu)于集合式電容器，但若發(fā)生內(nèi)部故障則必須返廠修理。在日本，集合式電容器經(jīng)過短暫時間即被箱式電容器所取代。

3．3　干式可自愈高壓并聯(lián)電容器

　　這種電容器的元件采用金屬化聚丙烯膜繞卷而成，并由樹脂灌封，多個這種電容器元件并聯(lián)組成電容器單元，電容器單元電壓限制在1kV左右。多個電容器單元串聯(lián)組成這種電容器。這種電容器難燃、難爆，免維護，為模塊結構，可根據(jù)需要擴展成不同容量。
　　 這些更先進的產(chǎn)品應是我們今后選用并聯(lián)補償電容器時重點關注的對象。

4　并聯(lián)補償電容器投入電網(wǎng)時的涌流計算及串聯(lián)電抗器的選擇
　　
　　在電容器（組）投入電網(wǎng)運行的瞬間總會出現(xiàn)高幅值的電流，稱為涌流。若不串聯(lián)電抗器加以限制，涌流峰值可能超過電容器（組）額定電流的100倍。在高幅值涌流的沖擊下，不僅會使電容器發(fā)生損壞，還會使電網(wǎng)中的開關、電流互感器等設備受損，繼電保護設備誤動。
　　 并聯(lián)補償電容器裝置的合閘涌流限值為電容器額定電流的20倍，當超過時應裝設串聯(lián)電抗器予以限制。裝設的串聯(lián)電抗器僅用于限制合閘涌流時，電抗率宜取0．1％～1％。
    結合平頂山供電區(qū)諧波治理情況，考慮到集合式電容器成套裝置中為限制某次諧波而配置大電抗器時一方面增加無功損耗，另一方面還將提高電容器端子上的運行電壓，提高過電壓水平，影響電容器的*與壽命。所以我們的集合電容器成套裝置中均配置K＝1％的小電抗器，僅用來限制合閘涌流。
5　并聯(lián)補償電容器的過電壓保護

5．1　目前國內(nèi)外主要使用氧化鋅避雷器（MOA）對并聯(lián)補償電容器進行操作過電壓保護。試驗研究中的數(shù)據(jù)表明：
　 ?、俑鞣N操作過電壓中，分閘操作時的過電壓是主要的，其中分閘操作過電壓又主要出現(xiàn)在單相重擊穿時，兩相重擊穿和一次操作時出現(xiàn)多次重擊穿的機率均很少。
　?、趩蜗嘀負舸┑耐怀鎏攸c是電容器極間電壓基本不升高，過電壓主要在中性點對地的雜散電容上，然后由中性點傳遞到非重擊穿相，因此，無論直接限制相—地間電壓，還是限制中性點—地間電壓，均能達到限制單相重擊穿過電壓的目的。這種過電壓可超過4（P．U）。而當電源側有接地故障時發(fā)生單相重擊穿，其過電壓倍數(shù)更高。
　?、蹆上嘀負舸┯捎谥負舸┖髸r間上的差異，不僅可能產(chǎn)生極對地的過電壓，也可產(chǎn)生電容器的極間過電壓。極對地過電壓是在一相首先擊穿后，即單相重擊穿過程中產(chǎn)生。隨即在另一相斷口上產(chǎn)生很高的恢復電壓，而使斷口擊穿，即形成兩相重擊穿。兩相重擊穿后在兩相的電容、電感回路中產(chǎn)生強烈的暫態(tài)過程，由此在電容器極間產(chǎn)生過電壓。過電壓值與網(wǎng)絡參數(shù)、X_L／X_C值等有關。兩相重擊穿時極間過電壓可達3（P．U），而極對地過電壓卻遠沒有帶接地故障時的單相重擊穿嚴重。如電容器相間雜散電容與回路中的電感發(fā)生諧振，則可能產(chǎn)生更高的過電壓。
　?、茈娫磦扔袉蜗嘟拥毓收蠒r的單相重擊穿，對電容器的極間電壓無影響；兩相重擊穿時過電壓也不受單相接地的影響。
　　 以上四點是我們確定避雷器接線方式和選擇避雷器參數(shù)的主要依據(jù)。
5．2　保護并聯(lián)補償電容器用MOA的接線方式

　　典型的對集合式電容器進行操作過電壓保護的MOA的接線方式見圖1。

摘要：對金屬化膜高壓并聯(lián)電容器內(nèi)熔絲的考核方法、不自愈時的保護以及與斷路器開斷時間的配合等問題進行了討論。
關鍵詞：金屬化膜 并聯(lián)電容器 內(nèi)熔絲 試驗方法 保護 開斷時間 　　金屬化膜低壓并聯(lián)電容器已經(jīng)有30余年的歷史了?，F(xiàn)在盡管還在不斷地提高和創(chuàng)新，但早已被人們普遍接受，因而完全取代了老式的油浸式產(chǎn)品。而高壓并聯(lián)電容器，暫且不談金屬化膜產(chǎn)品，就以油浸式產(chǎn)品而論，還是膜紙復合產(chǎn)品用量居多，而且較為可靠。據(jù)不完全統(tǒng)計，至2000年底，我國（未計臺灣、香港和澳門地區(qū)）高壓并聯(lián)電容器的總裝機容量約為168Gvar左右，其中絕大多數(shù)是膜紙復合產(chǎn)品。全膜電容器雖然走過了20余年的艱難歷程，只是近兩年全膜產(chǎn)品的產(chǎn)量才超過膜紙復合產(chǎn)品。以2000年為例，按行業(yè)12個廠家的統(tǒng)計，高壓并聯(lián)電容器中，全膜產(chǎn)品按臺數(shù)計占59．24％，按容量計占64．03％。而某省電力部門1990～1998年連續(xù)九年的統(tǒng)計表明，在已投運的8．646Gvar電容器中，膜紙復合產(chǎn)品的容量故障率為0．46％，而全膜產(chǎn)品（大部分是進口產(chǎn)品）的容量故障率卻高達11．88％，后者是前者的近26倍！這充分說明，一類新產(chǎn)品的研制成功并非易事！
　　金屬化膜高壓并聯(lián)電容器從20世紀80年代才開始研制，至今在國外仍因種種原因而未在市場上占主導地位。我國的起步要晚得多，從桂林電力電容器總廠開創(chuàng)性的研究工作開始計算，僅僅六七年光景。但產(chǎn)品上市的速度卻大大高于國外。作者認為，我們的此類產(chǎn)品還處在成長期，加之市場需求過旺，該類產(chǎn)品在運行中出了一些問題，應當屬于產(chǎn)品成長期的正常情況。與上述全膜并聯(lián)電容器的發(fā)展情況比較，似乎不應該感到意外。當然，我們有責任抓緊研究，讓它日趨完善，以滿足用戶不斷增長的需要。為此，下面想從幾個方面發(fā)表幾點拙見。

　　首先是對內(nèi)熔絲的考核方法。這似乎是一個不成問題的問題。因為各國標準都有規(guī)定，而且基本一致。但作者認為，這種用鐵釘對有內(nèi)熔絲的元件造成人為短路，用來考核內(nèi)熔絲保護是否可靠的方法，僅僅對油浸式膜紙和全膜電容器適合，而對金屬化膜電容器就不能認為是合適的了！因為此種方法從根本上講，不能模擬金屬化膜電容器擊穿瞬間的工況，這一點恐怕是大家的共識，不必為之再費筆墨了。那么，為什么還要用此方法來考核金屬化膜電容器中的“內(nèi)熔絲”呢？我想答案也許只有一個：嚴格執(zhí)行標準！這當然無可非議。但是，人們不禁要問：用這樣的方法考核后“合格”的產(chǎn)品，能在紛繁復雜的運行工況中經(jīng)受住考驗嗎？近年來僅作者所知的若干情況，已經(jīng)能給出否定的答案。所以我認為，研制者切不可因為試驗通過后產(chǎn)品運行時就高枕無憂了，而應該補充額外的但又非常必要的針對性強的試驗項目，嚴格考核，以確保產(chǎn)品出廠后*可靠運行。

　　其次是“自愈性”。人所共知，這正是金屬化膜電容器的獨特優(yōu)點。很可能就是這一優(yōu)點，吸引了不少人的目光，想方設法要把它推而廣之，讓它也在高壓并聯(lián)電容器領域一顯身手，這無疑有著誘人的前景。同時人們也沒有忘記，金屬化膜電容器的“自愈性”并非無處不在、無時不有；而令人費解的是普遍承認、但卻大多有意（應讀做相信上述考核試驗結果）或無意的予以忽視，或者說措施不能滿足真實要求。既然不自愈或自愈失敗的現(xiàn)象時有發(fā)生，而且此時故障處的絕緣電阻不降低到零，而是歐姆級至兆歐級的某個不確定的值，那末這一根小小的熔絲怎么能對如此不同的情況給予可靠的保護呢？也許有人會說，這時無需熔絲勞神，元件還可繼續(xù)工作。事實上這種元件也確實還在繼續(xù)運行，但絕非令人放心地*運行。為此我們不妨假定故障后的殘留阻值為幾十歐或百歐級，那時該元件的溫度必然會升高，這一點在運行中已經(jīng)得到充分證明。這種溫升不能歸咎于元件端部局部放電所致：①投運初期也有局部放電現(xiàn)象出現(xiàn)，但是未見元件表面溫度升高，此種溫度大幅度升高只能認為是不自愈出現(xiàn)后的結果；②經(jīng)對在室內(nèi)運行的電容器組元件表面溫度的實際測試，竟達80℃甚至還高一些。

　　再次是保護動作時限。大家知道，目前投運電容器一般都用真空斷路器或六氟化硫斷路器，以10～35kV級而言，開斷時間通常為2．5～3．0周波左右，亦即50～60ms的時間。盡管如此之迅速，但仍時有不能防止故障電容器組事故擴大的情況出現(xiàn)。比如電容器爆裂著火后斷路器才跳閘。雖然這種現(xiàn)象原因極其復雜，很難三言兩語給出一個明確而又為大家公認的簡要說法，但有一點似乎可以明白，那就是斷路器的動作時間還過長，沒能趕在事故擴大前切斷電源；或者說有些時候事故擴大所需的時間小于50～60ms。這就是說，即使加上繼電保護出口繼電器的動作時間在內(nèi)，總的開斷時間也在100ms左右。如果仍然視“繼電保護為后備保護，電容器內(nèi)部的固有（因設計而定下來的）保護為主保護”是一條基本原則的話，那末，上述時限就得千方百計滿足，以確保電容器的*運行。如不遵守這一原則，發(fā)生惡性事故的可能性恐怕在所難免。當然，由于斷路器拒動釀成的大禍也是有的，這不能和上面的情況混為一談。

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無功功率補償，簡稱無功補償，在電子供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到大限度的 減少網(wǎng)絡的損耗，使電網(wǎng)質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。

1. 過電壓

過電壓對電力電容器的危害極大。電力電容器的壽命與過電壓的時間、 過電壓的幅值、過 電壓的次數(shù)有密切的關系。特別是長時間過電壓，會使電力電容器發(fā)熱，從而加速絕緣老化 。所以當電網(wǎng)電壓超過電力電容器額定電壓1.1倍時， 應將其退出運行。 工頻耐壓試驗裝 置適用于大型的水力/火力發(fā)電機的耐壓試驗，采用多節(jié)電抗器并聯(lián)的工作方式，調(diào)整可調(diào) 電抗器的電感量。

2. 過電流

當電容器電流超過1.3倍額定電流或三相不平衡電流超過5％時，應將其退出運行。因為電流 過大，將造成電容器的燒壞事故。

3. 滲漏油

電力電容器是全密封設備，密封不嚴則空氣、水分以及雜質都可能進入電力電容器內(nèi)部。當 電容器發(fā)生滲漏油時，則應減輕負載或降低周圍環(huán)境溫度，但不宜長期運行。若發(fā)現(xiàn)電力電 容器嚴重滲漏油，則應盡快將其停用。

4. 鼓肚變形

運行中電容器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，絕緣油被電弧的高溫分解，產(chǎn)生大量的氣體，會使油箱 鼓肚變形。出現(xiàn)這種情況時，應立即將其退出運行并更換備用品。

5. 電容器斷路器自動跳閘

斷路器跳閘后不得強送，此時首先應檢查保護動作的情況及有關一次回路，如檢查電容器有 無爆炸、鼓肚、噴油。并對電容器的斷路器、電流互感器、電壓互感器、電力電纜等進行檢 查，判斷故障性質。如無上述情況，而是由于外部故障造成母線電壓波動而使斷路器跳閘， 經(jīng)15min后允許進行試合閘。 未查明原因之前不得試送。

6. 電容器停用處理

遇有下列故障之一者，應停用電容器組，并報告值班調(diào)度員和部門領導。

(1) 電容器發(fā)生爆炸；

(2) 電容器套管發(fā)生破裂并有閃絡放電；

(3) 電容器嚴重噴油或起火；

(4) 電容器外殼有明顯膨脹，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(nèi)部有異常聲響；

(5) 接頭嚴重過熱；

(6) 密集型電容器油溫超過65℃，或壓力釋放閥動。

在供電系統(tǒng)中，根據(jù)《預防電容器裝置事故的技術措施》中規(guī)定：對高壓并聯(lián)電容器部分， 應定 期進行電容器組單臺電容器電容量的測量，推薦使用不拆連接線的測量方法，避免因 拆裝連接線導致套管受力而發(fā)生套管漏油的故障。因此可采用全自動電容電感測試儀對電容 器進行檢測，提高供電系統(tǒng)的安全可靠性。