對影響電力電容器安全運行的因素分析

王曉偉

摘要：電力系統中，電力電容器起著非常重要的作用，對其進行可靠的安全的正常的運行的電網經濟運行的重要保證。電容器雖是靜止元件，但由于制造技術、質量問題和運行維護不周，也常會遇到異?，F象和事故。又由于電容器是儲能元件，在電力系統中受過渡過程的影響，以及它與感性元件的相互作用，在一定條件下產生諧振，又給它的投、切操作及正常運行造成許多麻煩。本文將就影響電容器安全運行的因素做一些分析。

關鍵詞：電力電容器；安全運行；影響因素；保護方式

0 引言

隨著我國電力系統的迅猛發(fā)展，大量的電力電容器設備在電力系統中使用。對過去以往的電力電容器運行經驗進行總結，電容器的安全運行的影響因素主要表現在以下幾個方面。

1 環(huán)境溫度與工作溫度

電力電容器周圍環(huán)境的溫度變化對電容器的安全運行不容忽視。為了保證電容器進行可靠、安全的運行，為了保證電容器的壽命，對其進行溫度控制是最有效的手段，成為了保護電容器最為重要的條件之一。如果環(huán)境溫度太高，電容器工作時所產生的熱量就散不出去，很可能降低介質擊穿強度，或者致使其介質損耗的擴大。如果電容器運行的溫度發(fā)生繼續(xù)的上升，其將會直接影響到電容器的熱平衡，致使熱擊穿現象，直接影響著電容器的使用壽命。而如果環(huán)境溫度太低，電容器內的絕緣油（介質）就可能凝結，也容易發(fā)生絕緣擊穿，因此，選擇符合周圍環(huán)境溫度變化要求的電容器就顯得格外重要。一般在我國大部分地區(qū)可選擇-25/B類（最高冷卻空氣溫度50℃，下限溫度-25℃）的電容器，南方濕熱地區(qū)可選擇-25/D類（最高冷卻溫度60℃，下限溫度-25℃）的電容器。電容器正常工作時，其內部介質的工作溫度應低于制造廠家充許的溫度，最高不得超過70℃，否則會引起熱擊穿及鼓肚現象。

2 接線不符合安全技術要求

2.1 其額定電壓必須跟其所接的電力網電壓相符合

現在最普遍的接法是：如果額定電壓跟電力網電壓相符時，應該使用三角形接線法，盡管目前這種接法在反措過程中已停止使用。但是如果額定電壓跟電力網電壓不相符時，如低于電力網電壓的時候，其應該使用星形接線法。同時，在以上兩種接線中，電容器組往往采用的是雙Y接線，這主要是為了電容器的平衡保護。

2.2 針對需要集中補償的高壓電容器組

為使需要集中補償的高壓電容器組安全運行，必須對其另外建立電容器室，并將其通過斷路器和電纜跟母線連接。

2.3 針對電容器安裝的鐵架的層數和行數

針對電容器安裝鐵架，上下放置的層數不得超過三層，其放置的水平行數通常只能為一行，這樣主要是為了散熱。因此，還必須規(guī)定在同一行中，兩個電容器的間距必須大于100mm。并且最下一層的電容器跟地面的間距必須不得小于30cm，其最上一層電容器跟地面的間距不得必須小于2.5m。再者，電容器帶電部分跟地面的間距也必須大于3m，不然應該對其進行遮攔。如果鐵架的數量比較多時，每排鐵架之間的走道，其寬度必須大于1.5m，主要是為了工作人員巡視和以及溫度測量所用。同時鐵架上應該設置各種帶有網孔的鐵絲網進行遮攔。

2.4 電容器接線

電容器接線必須使用單獨的比較軟的導線跟電容器的母線進行連接，這樣做主要是由于使用硬導線容易產生應力，從而容易損壞電容器套管或致使其引線絲桿發(fā)生脫扣，導致密封遭受破壞而發(fā)生滲油現象。

2.5 針對中性點中沒有直接跟地連接的系統

如果電容器所使用的是星形接線法，應該對其外殼跟地進行絕緣處理，并且其設置的絕緣等級也必須符合電力網所規(guī)定的額定電壓。這主要是由于當中性點非直接接地系統如果一相接地，那么將會使其他的兩相對地電壓直接升高為線電壓，因此，為了阻止電容器超過規(guī)定電壓，必須對電容器外殼進行絕緣處理。

3 電容器的工作電壓與工作電流

3.1 電容器的過電壓

電容器對電壓變化十分敏感，長時過電壓會使電容器嚴重發(fā)熱，電容器絕緣會加速老化，壽命縮短，甚至發(fā)生電擊穿或熱擊穿；電網電壓一般應低于電容器本身的額定電壓。并聯電容器裝置應在額定電壓下運行，一般不宜超過額定電壓的1.05倍，最高運行電壓不應超過額定電壓的1.1倍。在電容器的使用過程中，應注意以下幾種易產生過電壓的常見情況：

①在幾個單臺電容器進行串聯再接入電網的過程中，如果每臺電容器的電容不同，其所能承擔的電壓也不是均勻分布，則會使部分電容器發(fā)生過電壓。

②在電容器組斷開的時候，經常會引起電容-電感產生回振蕩，從而致使其操作發(fā)生過電壓現象。

③為了防止高次諧波諧振，電抗器和電容器組進行串聯而接入電力網相電壓時，加于電容器的電壓可能超過額定電壓。

④對于裝在母線附近的電容器，因為變電站母線產生的電壓跟額定電壓相比比較高，使電容器長期處于一種過電壓的環(huán)境中。

3.2 電容器的過電流

當電容器工作在有鐵心飽和的設備（如大型整流器和電弧爐等）“諧波源”的電網上時，運行中就會出現高次諧波，對于n次諧波而言，電容器的電抗將是基波時的1/n，因此，諧波電流會顯著增加。諧波電流極易使電容器發(fā)熱引起擊穿，考慮到諧波的存在，規(guī)定電容器的工作電流不得超過額定電流的1.3倍[1]，必要時應在電容器上串聯適當的電抗（串聯電抗器）以抑制諧波電流。同時，在電容器的使用過程中，應注意以下幾種易產生過電流的常見情況：

①在電容器組進行投入瞬間，其兩端的電壓不會躍變，就好像電源合閘致使了短路，從而致使幅值很大、頻率很高的過渡性電流，這種電流叫做合閘涌流，通常情況下，這種合閘涌流往往是正常幅值的6～8倍作用。

②由于電源的電壓波形發(fā)生畸變從而致使電容器產生電流。由于電力系統中采用了功率較大的可控硅整流器來作為電源以及電氣化鐵道和電解工藝的發(fā)展，加上變壓器鐵芯的飽和，這些都會造成電壓波形畸變。

③在運行電壓發(fā)生升高的時候，電容器中產生電流。由于電容器的無功電流功率跟運行電壓的平方成正比，因此，在運行電壓升高的時候，電容器的無功功率也會增大，導致電容器的溫度大幅度的升高。

4 電力電容器的保護方式

電容器可采用內熔絲或外熔斷器作為第一道保護，其保護動作電流一般選擇電容器額定電流的1.5倍[2]。對于由多臺電容器組成的電容器組應采用第二道保護措施，如橋式差流保護、開口三角電壓保護、分相差壓保護以及過電流等。當電容器組總容量小于10000kvar，電壓小于35kV時，采用開口三角保護的較多，當電容器組總容量大于10000kvar，電壓等級在35kV～66kV之間時，多采用分相差壓保護，當電容器組容量很大，一般為幾十兆乏時，采用橋式電流保護。[3]正確選擇電容器組的保護方式，是確保電容器安全可靠運行的關鍵，均應符合以下幾項要求：

①保護裝置應有足夠的靈敏度，不論電容器組中單臺電容器內部發(fā)生故障，還是部分元件損壞，保護裝置都能可靠動作。

②在電容器投入、退出電力系統過程中及電力系統發(fā)生接地或其它故障時，保護裝置不能有誤動作。

③能夠有選擇地切除故障電容器，或在電容器組電源全部斷開后，便于檢查出已損壞的電容器。

④保護裝置應便于進行安裝、調整、試驗和運行維護，消耗電量要少，運行費用要低。

5 結語

電力電容器是按標準和技術條件進行設計生產的，只有按標準和技術條件正確使用，并選擇合理的保護方式才能保證電容器的可靠性和預期的使用壽命。

參考文獻：

[1]倪學鋒.關于并聯電容器過電壓保護方式的分析[J].電力電容器，1997（4）：26-35.

[2]周登洪.高壓電力電容器用內熔絲[J].電力電容器與無功補償，2009，30（1）：16-17.

[3]GB/T11024-2001，標稱電壓1kV以上交流電力系統用并聯電容器[S]