先來理解無(wú)功功率的概念：
無(wú)功功率：就是電路中感性元件（或容性元件）中的磁場(chǎng)能（或電場(chǎng)能）與電路中的電能相互轉(zhuǎn)化所需的功率，單位為乏(var)。
許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無(wú)功功率。因此，所謂的無(wú)功并不是無(wú)用的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無(wú)功電源，兩者缺一不可。
系統(tǒng)多為電機(jī)設(shè)備，所以呈現(xiàn)感性負(fù)載。在這些電氣設(shè)備中除有有功電流外，還有無(wú)功電流（即電感電流），而電容電流在相位上和電感電流相差180°，感性電氣設(shè)備的無(wú)功由電容來補(bǔ)償，互相抵消。從而減少線路能量損耗，改善電壓質(zhì)量，提高系統(tǒng)供電能力。
電容器組投入運(yùn)行吸收系統(tǒng)的感性無(wú)功功率，這就相當(dāng)于電容器組向系統(tǒng)發(fā)出容性無(wú)功。因此，電容器組的作用有：
1）向電網(wǎng)系統(tǒng)提供容性無(wú)功功率，提高系統(tǒng)運(yùn)行的功率因數(shù)，提高受電端母線的電壓水平；
2）減少了線路上感性無(wú)功的輸送，減少了電壓和功率損耗，因而提高了線路的輸電能力。
接下來介紹電容器組的結(jié)構(gòu)：
電力系統(tǒng)中的電容器組有串聯(lián)和并聯(lián)兩種無(wú)功補(bǔ)償方式。變電站普遍采用并聯(lián)電容器組的無(wú)功補(bǔ)償方式。
并聯(lián)電容器組的接線方式一般有單星形接線、雙星形接線、三角形接線方式，其接線如圖4所示。
補(bǔ)充說明：
國(guó)內(nèi)運(yùn)行的電容器組有兩類接線:三角形；星形類(單星形、雙星形)。20世紀(jì)八十年代在電業(yè)部門以星形接線最多，少部分采用三角形接線；在工礦企業(yè)卻大量存在三角形接線電容器組。當(dāng)三角形接線電容器組發(fā)生電容器全擊穿短路時(shí)，即相當(dāng)于相間短路，注入故障點(diǎn)的能量不僅有故障相健全電容器的涌放電流，還有其他兩相電容器的涌放電流和系統(tǒng)的短路電流。這些電流的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電容器油箱的耐爆能量，因而油箱爆炸事故較多。全國(guó)各地發(fā)生了不少三角形接線電容器組的爆炸起火事故，損失嚴(yán)重。而星形接線電容器組發(fā)生電容器全擊穿短路時(shí)，故障電流受到健全相容抗的限制，來自系統(tǒng)的工頻電流將大大降低，最大不超過電容器組額定電流的三倍，并且沒有其他兩相電容器的涌放電流，只有來自同相的健全電容器的涌放電流，這是星形接線電容器組油箱爆炸事故較低的重要原因之一。在操作過電壓保護(hù)方面，三角形接線電容器組的避雷器的運(yùn)行條件和保護(hù)效果，均不如星形接線電容器組好。因此，國(guó)內(nèi)比較一致的意見是舍棄三角形接線，采用單星形或雙星形接線。1985年以后，電業(yè)部門執(zhí)行統(tǒng)一的部頒設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，新(擴(kuò))建電容器組均未采用三角形接線。
因此，本次培訓(xùn)主要講解并聯(lián)電容器組的投退注意事項(xiàng)。
變電站要配置足夠、合理的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，
各電壓等級(jí)變電站無(wú)功補(bǔ)償容量要求如下：
1）500kV變電站無(wú)功補(bǔ)償容量按主變壓器容量的10 ～20％配置；
2）220kV變電站容性無(wú)功補(bǔ)償容量按照主變壓器容量的15 ～30 %配置；
3） 110kV變電站容性無(wú)功補(bǔ)償容量按照主變壓器容量的10 ～30 %配置。
配置合理的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，目的是對(duì)主變壓器及低壓母線的負(fù)荷線路進(jìn)行就地補(bǔ)償，盡量不向高壓側(cè)倒送無(wú)功。向高壓側(cè)倒送無(wú)功會(huì)降低有功功率的傳輸容量。當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償裝置電容配置不合理情況下，極易造成無(wú)功過補(bǔ)償。
此外，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的配置也應(yīng)滿足要求。但早期的部分變電站在主變壓器低壓側(cè)只裝設(shè)一組電容器，這就造成在實(shí)際運(yùn)行中高峰負(fù)荷時(shí)電容器容量略顯不足而在負(fù)荷低谷時(shí)電容器容量又偏大，特別是該電容器組故障而退出運(yùn)行時(shí)，更無(wú)法滿足補(bǔ)償要求。最佳配置要求配置2組。
500kV變電站、220kV變電站實(shí)際配置都能滿足要求。每段低壓（35kV或10kV）母線都配有2～4組相同容量的電容器組。
大部分110kV變電站及35kV變電站實(shí)際配置能滿足每段10kV母線配有2組相同容量的電容器組；只有少部分變電站每段10kV母線只配置1組電容器組，當(dāng)故障退出運(yùn)行時(shí)，將無(wú)法滿足補(bǔ)償要求，需要改進(jìn)。
第一，電容器組一般設(shè)有以下保護(hù)方可投入運(yùn)行：
1）單臺(tái)電容器故障有熔絲作保護(hù)。當(dāng)單臺(tái)熔絲熔斷時(shí)，不致影響其它電容器，熔絲可按1.375In～1.5In選擇 ，一般選擇1.43In；達(dá)到1.5In時(shí)，動(dòng)作時(shí)間不大于75秒；通過2In時(shí)，動(dòng)作時(shí)間不大于7.5秒；允許通過100In以下的涌流。
2）為防止單臺(tái)電容器故障后造成局部電容器過電壓，電容器組設(shè)有中性點(diǎn)不平衡電流保護(hù)，動(dòng)作后跳斷路器。
3）相間短路故障主要保護(hù)有電流速斷和定時(shí)過流，保護(hù)動(dòng)作后跳斷路器。
4）當(dāng)電容器組連接的母線失壓時(shí)，由失壓保護(hù)動(dòng)作跳斷路器。失壓保護(hù)即低壓保護(hù)，思考：正常運(yùn)行時(shí)造成母線失壓有哪幾種？
5）電容器組還設(shè)有過電壓保護(hù)，動(dòng)作后跳斷路器。過電壓保護(hù)將電容器組運(yùn)行電壓限制在額定電壓1.1倍以下。
第二，投退電容器組應(yīng)遵循如下規(guī)定：
1）電力電容器允許在額定電壓1.1倍波動(dòng)范圍內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行。表中顯示了不同過電壓倍數(shù)下可以持續(xù)的時(shí)間。
補(bǔ)充說明：運(yùn)行中電容器內(nèi)部的有功功率損耗由其介質(zhì)損耗和導(dǎo)體電阻損耗組成，而介質(zhì)損耗占電容器總有功功率損耗的98%以上，其大小與電容器的溫升有關(guān)系，可用以下公式表示：P=WCU2tanS，Q=WCU2。因此，當(dāng)運(yùn)行電壓超過額定值將使電容器過負(fù)荷，二電容器運(yùn)行電壓比額定值低，則降低了無(wú)功出力，如運(yùn)行電壓為額定電壓的90%時(shí)，無(wú)功功率降低19%，使容量沒有充分利用，也是不經(jīng)濟(jì)的。同時(shí)運(yùn)行電壓升高，使電容器發(fā)熱而且溫升也增加，由于電容器中介質(zhì)損失引起的有功功率損耗也隨著電壓值的平方變化，損耗經(jīng)轉(zhuǎn)換為熱能而被消耗，運(yùn)行電壓升高，發(fā)熱量也隨著增加。另一方面，電容器的壽命隨電壓的升高而縮短，在高場(chǎng)強(qiáng)下，絕緣介質(zhì)老化加速，壽命縮短。因此，電容器運(yùn)行電壓原則上等于額定電壓，并嚴(yán)格控制在一定的范圍以內(nèi)，以保證電容器的安全運(yùn)行。所以規(guī)定：電力電容器允許在額定電壓1.1倍范圍內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行，降低電容器的制造成本和充分發(fā)揮電容器的運(yùn)行容量。
2）電力電容器允許在不超過額定電流的30%運(yùn)況下長(zhǎng)期運(yùn)行；同時(shí)，為了讓電容器組三相間容量的平衡，補(bǔ)償時(shí)才能保證三相的電壓保持平衡，因此運(yùn)行規(guī)定：三相不平衡電流不應(yīng)超過±5%，超過時(shí)應(yīng)查明原因，一般有電容器異常情況出現(xiàn)。
那么電容器能承受多大的涌流沖擊呢？
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電容器能承受100倍額定電流的涌流沖擊，但每年這樣的涌流沖擊不應(yīng)超過1000次 。
補(bǔ)充說明：近年來，隨著大型電弧爐、整流設(shè)備、家用電器等非線性用電設(shè)備的廣泛應(yīng)用，各種諧波源產(chǎn)生的高次諧波電流注入電網(wǎng)，從而引起電力系統(tǒng)的電壓和電流波形的嚴(yán)重畸變。電容器對(duì)高次諧波最敏感，因?yàn)楦叽沃C波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運(yùn)行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負(fù)荷而發(fā)熱，并可能發(fā)生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導(dǎo)致電容器過熱損壞。
為了讓電容器組三相間容量的平衡，補(bǔ)償時(shí)才能保證三相的電壓保持平衡，因此運(yùn)行規(guī)定：三相不平衡電流不應(yīng)超過5%，超過時(shí)應(yīng)查明原因，一般有電容器異常情況出現(xiàn)。
3）電力電容器運(yùn)行室溫不超過40℃或低于-25℃，外殼溫度不允許超過55℃。
補(bǔ)充說明：電容器和其它大部分電氣設(shè)備(變壓器、發(fā)電機(jī))不同，它通常都是在滿負(fù)荷下較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的，而其它電氣設(shè)備則負(fù)荷隨時(shí)變化。因此，環(huán)境溫度對(duì)電容器的運(yùn)行溫度影響很大。有試驗(yàn)表明，當(dāng)溫度升高1O℃，電容器的電容量下降速度將加快一倍，電容器長(zhǎng)期處于高場(chǎng)強(qiáng)和高溫下運(yùn)行將引起絕緣介質(zhì)老化和介質(zhì)損耗角∝的增大，使電容器內(nèi)部溫升超過允許值而發(fā)熱，縮短電容器的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)在高電場(chǎng)強(qiáng)度作用下導(dǎo)致電容器熱擊穿而損壞。按照電容器的有關(guān)技術(shù)條件規(guī)定，電容器的工作環(huán)境溫度一般以40℃為上限，反之，若溫度過低時(shí)，因浸漬劑粘度增加，流動(dòng)性、吸氣性變差，外殼內(nèi)部壓力下降，局部放電電壓降低，結(jié)果也會(huì)引起電介質(zhì)老化和擊穿，降低電容器的使用壽命。因此，一方面要選用其溫度類別與實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境溫度相適應(yīng)的電容器，另一方面在電容器的安裝使用中要特別注意電容器在實(shí)際使用工況下的通風(fēng)、散熱和輻射問題，使電容器在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量能即時(shí)散發(fā)出去，在高溫條件下降低電容器內(nèi)部的介質(zhì)溫度，以達(dá)到延長(zhǎng)電容器實(shí)際使用壽命的目的。
4）裝設(shè)自動(dòng)投切裝置的電容器組，應(yīng)有防止保護(hù)跳閘時(shí)誤投入電容器裝置的閉鎖回路，并應(yīng)設(shè)置操作解除控制開關(guān)。
自動(dòng)投、切是指利用AVC、VQC自動(dòng)投、切裝置，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降到某一定值時(shí)，自動(dòng)裝置將動(dòng)作合上電容器組斷路器。反之，當(dāng)電壓上升到某整定值時(shí)，自動(dòng)裝置將動(dòng)作電容器組斷路器跳閘。而進(jìn)行電容器組的操作時(shí)，必須將自動(dòng)裝置退出，以免在進(jìn)行操作過程中出現(xiàn)開關(guān)分合閘（特別是熱備用轉(zhuǎn)冷備用操作時(shí)，出現(xiàn)開關(guān)合閘，將可能造成帶負(fù)荷拉合刀閘的事件）。
7）各電壓等級(jí)的電容器組屬各級(jí)調(diào)度管轄，電容器組的投入和切除按調(diào)度下達(dá)的電壓曲線，按逆調(diào)壓原則操作。
母線一般都按電源端考慮，因此調(diào)度規(guī)程規(guī)定：正常運(yùn)行時(shí)，各電壓等級(jí)的母線電壓都會(huì)比額定電壓高些，但又不能讓電壓過高，因?yàn)闊o(wú)功過補(bǔ)償引起的電壓過分升高將會(huì)導(dǎo)致熱量不平衡，最后造成電容器的損壞，此外電容器內(nèi)部的油浸絕緣紙、在長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用下產(chǎn)生老化作用，運(yùn)行電壓越高、介質(zhì)老化越快，壽命也就越短。因此，要嚴(yán)格按規(guī)定投退電容器組、電抗器組、調(diào)節(jié)主變壓器分接頭等手段控制。
逆調(diào)壓原則為：
a)500kV變電站的 500kV母線在正常運(yùn)行方式情況下，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0%—+10%；
b)500kV變電站的中壓側(cè)母線在正常運(yùn)行方式情況下，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0%—+10%；
c)220kV 變電站的220kV 母線、 變電站的110kV—35kV 母線在正常運(yùn)行方式情況下，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的-3%—+7%；
d)帶地區(qū)供電負(fù)荷的變電站10kV 母線正常運(yùn)行方式下的電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0%—+7%。
超過規(guī)定值嚴(yán)格按照要求投退電容器組、調(diào)節(jié)主變壓器分接頭等手段控制。
10）多組電容器投切時(shí)，不得發(fā)生諧振（盡量在輕載荷時(shí)切除）；對(duì)采用混裝電抗器的電容器組應(yīng)先投電抗值大的，后投電抗值小的，切時(shí)與之相反。
補(bǔ)充說明：每組電容器的串聯(lián)電抗器，是為了限制電容器組在合閘過程中的涌流，以及限制操作過電壓和抑制電網(wǎng)中高次諧波對(duì)電容器的影響。因此為了抑制不同的高次諧波，會(huì)根據(jù)電網(wǎng)中不同地點(diǎn)高次諧波的影響程度，考慮配置不同電抗率的串聯(lián)電抗器，例如：一般在500kV變電站35kV母線上的并聯(lián)電容器組混裝有串聯(lián)電抗器電抗率為4-6%和12%，它們分別可以抑制電網(wǎng)5次及以上諧波，和抑制電網(wǎng)3次及以上諧波的影響，因此混裝電抗器的電容器組應(yīng)先投電抗率大的，以先抑制電網(wǎng)中3次及以上諧波的影響，后再投電抗率小的。同理，切時(shí)與之相反。如果不按以上投切順序，先投電抗率小的電容器組，將無(wú)法抑制3次諧波對(duì)電容器的影響，此時(shí)電容器將可能過電流而損壞。
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