電力電容器無(wú)功補(bǔ)償及其安全應(yīng)用研究

陶然

(武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

摘要：電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，電力系統(tǒng)中的各種用電設(shè)備只有在額定電壓下運(yùn)行才能獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而保證電壓穩(wěn)定的重要手段就是利用電力電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。現(xiàn)結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要闡述電力電容器無(wú)功補(bǔ)償原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)常見(jiàn)的幾種電容器無(wú)功補(bǔ)償方式，并對(duì)其安全應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行深入分析。

關(guān)鍵詞：電力電容器；無(wú)功補(bǔ)償；安全應(yīng)用

收稿日期:2015-05-14

作者簡(jiǎn)介：陶然(1995—)，女，河南信陽(yáng)人，研究方向：電氣工程與自動(dòng)化。

0引言

目前，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷迅速增加，對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)載要求也越來(lái)越高。由于現(xiàn)今用電設(shè)備大多為感性負(fù)荷，自然功率較小，會(huì)直接影響輸出功率；而若系統(tǒng)輸出有功功率降低，則會(huì)影響用電和輸電能力；若有功容量降低，則電力系統(tǒng)總能耗會(huì)明顯增大。因此，對(duì)接入電網(wǎng)的電力設(shè)備既有有功功率要求，又有無(wú)功功率要求。

1電力電容器無(wú)功補(bǔ)償原理及優(yōu)缺點(diǎn)

從原理上分析，電力電容器相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，可產(chǎn)生容性無(wú)功電流。電力電容器無(wú)功補(bǔ)償即將感性負(fù)荷和容性負(fù)荷進(jìn)行連接，轉(zhuǎn)換不同負(fù)荷間的能量?，F(xiàn)階段，電力系統(tǒng)中應(yīng)用電力電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是較為常見(jiàn)的，其優(yōu)點(diǎn)在于：投入資金少、施工周期短、功率損耗小、裝置簡(jiǎn)單，后期方便管理、維護(hù)；若某一電力電容器內(nèi)部構(gòu)件損壞，不會(huì)影響電容器組運(yùn)行。當(dāng)然應(yīng)用電力電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償也存在一些缺點(diǎn)，例如電容器裝置電壓特性不夠完善，切斷電源后存在殘余電荷；運(yùn)行中的電力電容器若通風(fēng)不暢，溫度可能超過(guò)70 ℃，會(huì)有爆炸危險(xiǎn)；不具備平滑調(diào)節(jié)功能，僅能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)節(jié)；補(bǔ)償精度較低，影響補(bǔ)償效果。

2電力電容器無(wú)功補(bǔ)償方式

2.1低壓集中補(bǔ)償方式

該補(bǔ)償方式是將變壓器低壓母線與低壓開(kāi)關(guān)、電力電容器相連，由無(wú)功補(bǔ)償投切裝置充當(dāng)保護(hù)控制裝置。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，電力電容器是整組完成投切動(dòng)作的，不能進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。其優(yōu)勢(shì)是連接簡(jiǎn)單、電能損耗較少、后期維護(hù)量較小，可作為電力電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾绞健?/p>

2.2低壓分散補(bǔ)償方式

該補(bǔ)償方式充分結(jié)合某一特殊用電設(shè)備的無(wú)功量需求，把電力電容器分散安裝在用電設(shè)備周?chē)?，補(bǔ)償?shù)蛪合到y(tǒng)的無(wú)功功率需求。其優(yōu)勢(shì)是無(wú)功補(bǔ)償在設(shè)備運(yùn)行時(shí)投入；設(shè)備停運(yùn)后，也停止無(wú)功補(bǔ)償，補(bǔ)償具有針對(duì)性，效果更佳。缺點(diǎn)為投入資金多，電能利用率低，不能較好地適用于點(diǎn)動(dòng)、反接制動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

2.3高壓集中補(bǔ)償方式

該補(bǔ)償方式是在6～10 kV高壓母線上或變電站安裝電力電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。對(duì)于補(bǔ)償容量較大、距離配電母線較近、負(fù)荷相對(duì)集中的場(chǎng)所，在高壓母線上進(jìn)行集中式的無(wú)功補(bǔ)償，可使電力系統(tǒng)中的無(wú)功消耗降低，較好地發(fā)揮補(bǔ)償功能。其優(yōu)勢(shì)是有自動(dòng)投切功能，能夠提高電能利用率，投資小，便于維護(hù)。缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)效益較低。

2.4高壓分散補(bǔ)償方式

該補(bǔ)償方式是在高壓配電線路上分散安裝電力電容器組，采用固定補(bǔ)償且每一個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的電容器容量都不宜過(guò)大，否則在電力負(fù)荷處于谷值期時(shí)，將會(huì)向上一級(jí)電網(wǎng)倒送無(wú)功或引起無(wú)功功率流動(dòng)增加，帶來(lái)更多網(wǎng)損，并致使電壓升高，影響電力電容器以及其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。此種補(bǔ)償方式只能作為下級(jí)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)充。

3電力電容器的安全應(yīng)用

(1) 允許電流要求：電容器正常情況下應(yīng)在額定電流下運(yùn)行，三相電流差不超過(guò)5%，最大運(yùn)行電流小于或等于額定電流的1.3倍。

(2) 允許電壓要求：電容器對(duì)電壓敏感性較強(qiáng)，因電壓平方與電容器損耗成正比，會(huì)加速電容器溫升，從而加快絕緣老化速度，縮短電容器壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐呻姄舸┦鹿?。所以，電容器?yīng)在額定電壓下運(yùn)行，最高運(yùn)行電壓應(yīng)小于或等于額定電壓的1.1倍。當(dāng)高于額定電壓1.1倍時(shí)，須進(jìn)行降溫處理。

(3) 環(huán)境溫度影響：運(yùn)行人員應(yīng)隨時(shí)注意電力電容器運(yùn)行溫度。為保障電容器預(yù)定使用年限及安全運(yùn)行，必須保持環(huán)境溫度在正常范圍內(nèi)，以免對(duì)電容器運(yùn)行溫度產(chǎn)生較大影響。環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，電容器內(nèi)的油就可能會(huì)凍結(jié)，容易電擊穿；如果環(huán)境溫度太高，電容器工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量就散不出去，從而使熱平衡受到破壞。因此，電力部門(mén)應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的氣候條件，參照相應(yīng)的電容器技術(shù)規(guī)定，采取相應(yīng)措施控制環(huán)境溫度，保證電容器的安全運(yùn)行。

(4) 繼電保護(hù)問(wèn)題：當(dāng)前國(guó)內(nèi)大部分電氣廠家都已擁有較成熟的繼電保護(hù)技術(shù)及相應(yīng)產(chǎn)品，功能強(qiáng)大、安全穩(wěn)定，能夠有效切除故障電容器，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電容器繼電保護(hù)包括限時(shí)電流速斷保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、不平衡電流保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)、零序電流/電壓保護(hù)等。

(5) 合閘問(wèn)題：電容器開(kāi)關(guān)跳閘或保護(hù)熔絲熔斷后，必須查明確系外部原因造成，才能再次合閘試送或更換熔絲送電。電容器組禁止帶電合閘，否則可能承受兩倍左右的額定電壓，同時(shí)造成很大的沖擊電流。電容器組切除后必須立即放電，待電荷消失后(一般要求等待3 min)方可再次合閘。

(6) 爆炸問(wèn)題：在電容器運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)操作過(guò)電壓、諧波分量過(guò)大、運(yùn)行電壓過(guò)高、通風(fēng)不良、溫度過(guò)高、帶電荷合閘、漏油和密封不良、外殼絕緣損壞、內(nèi)部元件擊穿等情況，均可能引起爆炸。一般情況下，繼電保護(hù)裝置能夠減少甚至避免電容器爆炸事故的發(fā)生，但也要

加大對(duì)電容器的巡檢力度，嚴(yán)密監(jiān)視電容器溫升情況，從根本上避免電容器出現(xiàn)鼓肚、漏油現(xiàn)象，以防爆炸。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力電容器具有無(wú)功補(bǔ)償原理簡(jiǎn)單、安全可靠、運(yùn)行維護(hù)方便、有功損耗少、投資小、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，利用其進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是降低網(wǎng)損、減少電壓降、提高電網(wǎng)供電能力的一項(xiàng)有效措施。隨著當(dāng)前電力負(fù)荷的不斷增加，要想提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，需合理選型無(wú)功補(bǔ)償電容器，以顯著提高供電質(zhì)量，從而為電力企業(yè)爭(zhēng)得更大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

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