電容器組

電容器組配套設(shè)置的串聯(lián)電抗器是為了限制合閘涌流和限制諧波兩個目的，是降低電容器組在合閘過程中產(chǎn)生的涌流倍數(shù)和涌流頻率對電容器組的影響；能限制操作過電壓，濾除指定的高次諧波，同時抑制其它次諧波放大，減少電網(wǎng)中電壓波形畸變。

電抗器特性

1、鐵芯電抗器

噪聲大、電抗器線性度差、能引起漏磁、局部過熱，易發(fā)生磁飽和，燒毀線圈。系統(tǒng)過壓、過流和諧波的影響，致使鐵芯過飽和電抗值急劇下降，抑制諧波的能力下降，抗短路電流能力低。干式鐵芯式電抗器除上述缺點外，還不能在室外運行。

2、干式空芯電抗器

干式空心電抗器結(jié)構(gòu)上不用任何鐵磁性材料，因此，線性度大大優(yōu)于鐵芯電抗器，應(yīng)該首選。但由于沒有鐵芯，繞組中通過單位電流所產(chǎn)生的磁通較小，所以體積較大。再有空心電抗器附近存在磁導(dǎo)體的話，將使電抗值升高，在正常情況下電抗器的磁通在空氣中形成回路，但安裝場所屋頂、地面、墻壁、圍欄等如有鐵鋼等磁性材料存在，則會在其中引起發(fā)熱，因此空心電抗器在安裝時對周圍物體有一定距離要求，同時為避免相鄰兩組電抗器相互影響，同樣也需要保持一定距離。

3、半芯電抗器

半芯電抭器是介于鐵芯電抭器和空芯電抗器之間的一種新型電抭器， 在空芯電抗器繞組內(nèi)加上不閉合磁路的鐵芯，使半芯電抗器具有鐵芯電抗器和空芯電抗器的優(yōu)點。組成全新的半芯電抗器，半芯電抗器線圏直徑比空芯電抗器直徑小 20% 電抗器損耗低 25%，線性度接近于直線，阻抗不隨電流增加而減小，噪聲低于 50db。便于在柜內(nèi)安裝，是無功補償比較好的串聯(lián)電抗器 。

串聯(lián)電抗器的選型原則

用電企業(yè)都有自身的特點，對設(shè)備有不同的要求，干式電抗器有噪音小、電抗器的線性度好、機械強度高、安裝簡單等特點；油浸電抗器損耗小、占地面積小、線性度不好、噪音大。因此，采用什么樣的電抗器應(yīng)綜合考慮。串聯(lián)電抗器主要作用是抑制諧波、限制涌流和濾除諧波。電抗率是電抗器的主要參數(shù)，電抗器的大小直接影響它的作用 。

高次諧波對電容器組的危害

由于容抗與電源頻率成反比，當(dāng)高次諧波電壓作用于電容器組上時，因高頻率諧波使電容器容抗減小，所以通過電容器內(nèi)的電流增大；換言之，此時，在基波電流的基礎(chǔ)上又增添了電流諧波分量，這樣波形勢必發(fā)生畸變， 結(jié)果使系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生諧波過電壓疊加于原電壓上， 造成電壓波形畸變放大。 同時 ，通過電容器組的電流還與其電容量有關(guān)，容量愈大，容抗愈小，進(jìn)而使電流更大，故在投入大容量電容器組時，上述畸變過電壓更為嚴(yán)重。諧波過電壓不僅會使系統(tǒng)電流、電壓的波形發(fā)生畸變，而且還會造成：

1)電能質(zhì)量變壞。

2)電氣設(shè)備損耗增加。

3) 電氣設(shè)備出力降低。

4)絕緣介質(zhì)加速老化。

5) 影響控制、保護(hù)、檢測裝置的工作精度及工作可靠性。

特別是因高次諧波激發(fā)引起諧振的情況下，極易導(dǎo)致電容器過負(fù)荷、 發(fā)熱、振動及異常噪聲直至最終被燒毀， 同時還可能引起過流保護(hù)誤動作 、熔斷器熔絲熔斷、電容器組無法合閘等事故或障礙。尤其當(dāng)電容器組距離諧波較近處，所造成的后果更為嚴(yán)重。為此，實施技術(shù)手段對諧波進(jìn)行抑制非常重要，常用的方法比如采用串聯(lián)電抗器、加裝濾波裝置。我們通常采用諧波濾波裝置對 3 次諧波進(jìn)行抑制，采用串聯(lián)電抗器對 5 次及以上諧波進(jìn)行抑制 。

串聯(lián)電抗器的作用

1.抑制高次諧波危害

電網(wǎng)在運行時不可能沒有諧波，很多電氣設(shè)備和用電設(shè)備在運行時都會產(chǎn)生諧波，只不過一般情況下對電網(wǎng)波形影響不大，不會危及正常的供電和用電，但某些情況則不同，如變壓器鐵心飽和 、電弧爐煉鋼，大型整流設(shè)備，都會對電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的諧波干擾，影響供電質(zhì)量，因此必須加以治理 。

為了回避諧波的影響，必須采取消除諧波影響的措施，其中一條重要的措施就是在電容器回路中串聯(lián)一定數(shù)值的電抗器，即造成一個對 n 次諧波的濾波回路。

實際運行中，各變電站普遍采有在回路中串聯(lián) 12%電抗構(gòu)成 3次諧波濾波器，12%電抗率的含義是指串聯(lián)電抗器的感抗值為該回路電容器容抗值的 12%，而用串聯(lián) 6%電抗構(gòu)成 5 次諧波濾波器。不正好采用 11%和 4%，而是稍大一點，目的是使電容器回路阻抗呈感性， 避免完全諧振時電容器過電流。

當(dāng)變電站母線上具有兩組以上電容器組 ，且既有串聯(lián)大電抗的電容器組又有串聯(lián)小電抗的電容器組時，電容器組的投切順序是一個應(yīng)該考慮的問題。投切順序不合理可能造成不良后果。由對諧波電流的分析可知：當(dāng)電容器回路呈電感性時 ，電容器回路和系統(tǒng)阻抗并聯(lián)分流，可使流入系統(tǒng)的諧波電流減小。當(dāng)電容器回路呈電容性時，由于電容器的“補償”作用，電容器回路在諧波電壓作用下，將產(chǎn)生的諧波電流流入系統(tǒng)，這時將使系統(tǒng)諧波電流擴大，并使母線電壓波形發(fā)生畸變。

2.降低電容器組的涌流倍數(shù)和涌流頻率

降低電容器組的涌流倍數(shù)和涌流頻率，以保護(hù)電容器和便于選擇配套設(shè)備。加裝串聯(lián)電抗器后可以把合閘涌流抑制在 1 電抗率倒數(shù)的平方根倍以下。通常要求應(yīng)將涌流限制在電容器額定電流的 20 倍以下，為了不發(fā)生諧波放大， 要求串聯(lián)電抗器的伏安特性盡量為線性。網(wǎng)絡(luò)諧波較小時 ，采用限制涌流的電抗器；電抗率在 0.1%－1%左右即可將涌流限制在額定電流的 10 倍以下，以減少電抗器的有功損耗，而且電抗器的體積小、占地面積小、便于安裝在電容器柜內(nèi)。采用這種電抗器是即經(jīng)濟，又節(jié)能。

3.提高短路阻抗，減小短路容量，降低短路電流

無功補償支路前置了串聯(lián)電抗器，當(dāng)出現(xiàn)電容器故障時，例如電容器極板擊穿或?qū)Φ負(fù)舸到y(tǒng)通過系統(tǒng)阻抗和串聯(lián)電抗器阻抗提供短路電流，由于串聯(lián)電抗器阻抗遠(yuǎn)大于系統(tǒng)阻抗，所以有效降低了電容器短路故障時的短路容量，保證了配電斷路器斷開短路電流可能，提高了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性能。

4.減少電容器組的投切涌流，降低涌流暫態(tài)過程的幅值，有利于接觸器滅弧

接觸器投切電容器的過程中都會產(chǎn)生涌流，串聯(lián)電抗器可以有效抑制操作電流的暫態(tài)過程， 有利于接觸器觸頭的斷開，避免弧光重燃，引起操作過電壓。降低過電壓的幅值，保護(hù)電容器，避免過電壓擊穿或絕緣老化。

5.減小操作電容器組引起的過電壓幅值，避免電網(wǎng)過電壓保護(hù)

接觸器投切電容器的過程中都會產(chǎn)生操作過電壓， 串聯(lián)電抗器可以有效抑制接觸器觸頭重?fù)舸┈F(xiàn)象出現(xiàn)，降低操作過電壓的幅值，保護(hù)電容器，避免過電壓擊穿或加速絕緣老化。

串聯(lián)電容器補償技術(shù)是提高輸變電網(wǎng)穩(wěn)定極限以及經(jīng)濟性的有效手段之一，在高壓長線上加裝串聯(lián)電容器以補償線路感抗，縮短交流傳輸?shù)碾姎饩嚯x，提高線路輸送容量，降低線路輸送損耗，更加合理地分配輸送功率。從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行水平和經(jīng)濟性、可靠性 。

無功功率補償最簡單經(jīng)濟的辦法就是安裝并聯(lián)電容器組，目前，我國電力發(fā)電裝機總?cè)萘恳堰_(dá) 13 億 kW 以上，容性無功裝機容量已達(dá) 6 億 kvar 以上，其中絕大部分是并聯(lián)電容器裝置，采用并聯(lián)電容器組能夠有效地減少線路損耗，提高供電質(zhì)量，最終達(dá)到提高電力系統(tǒng)運行效率的作用 。

1. 防止諧振過電壓

電容器組常接在變電所母線上作無功補償。

當(dāng)母線接有硅整流等諧波源設(shè)備時，就有可能發(fā)生諧波過電壓。因為這時的電路等效于R-L-C串聯(lián)電路，其固有頻率fo=1/2лLC，如果電網(wǎng)電壓中某次諧波的頻率fo等于或接近fo時，那么就會在這一諧波電壓作用下發(fā)生諧振，此時電容器組兩端的n次諧波電壓：

由于電容比較大，fo不高很可能與5次和7次諧波都是主要的高次諧波。因此，電網(wǎng)可能出現(xiàn)較高的過電壓。電容器組則可能因過電壓而損壞，電網(wǎng)也不能正常工作。

限制諧波過電壓的措施是在電容器回路中串一電抗器L，以消除在可能產(chǎn)生的諧波條件下發(fā)生諧振的可能性。

2. 防止電容器爆炸

由于電容器的功率損耗和發(fā)熱量與電壓的平方成正比，如電網(wǎng)電壓偏高，加之環(huán)境濕度過高，散熱困難，在較長時間的高溫、高電場強度作用下，絕緣加速老化，將導(dǎo)致電容元件擊穿。擊穿后，不但擊穿相電流增大，而且并聯(lián)的其他電容器向擊穿的電容器放電，使該電容器產(chǎn)生劇熱，從而絕緣油分解產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致箱殼、瓷導(dǎo)管爆炸。另外，諧波過電壓與操作過電壓能直接引起電容器爆炸。防止電容器爆炸的措施如下：

（1）給電容器配置熔絲加以保護(hù)。

對于單臺電容器，熔絲的額定電流可按電容器額定電流的1.5~2.5倍選定；對于電容器組（一般不超過4臺），熔絲的額定電流可按本組電容器額定電流的1.3~1.8倍選定。

（2）加強巡視。

高壓電容器裝有電流表進(jìn)行監(jiān)視，如果發(fā)現(xiàn)三相電流嚴(yán)重不平衡或超過額定電流的1.3倍，應(yīng)退出運行，并找出原因，妥善處理。在巡視過程中，發(fā)發(fā)現(xiàn)電容器有放電聲，嚴(yán)重滲油，外殼銹蝕，鼓肚或嚴(yán)重發(fā)熱等，應(yīng)及時退出運行，進(jìn)行檢修與處理。

（3）合理操作。

電容組每次重新合閘前，必須放電3min，禁止電容器帶電荷合閘，避免操作過電壓損壞電容器。為了保證電容器正常放電，每月都要檢查電容器的放電裝置是否良好。大功率硅整流設(shè)備、大容量電動勸機突然甩負(fù)或重復(fù)沖擊負(fù)荷時，會使電容器電壓升高，此時電容器也應(yīng)退出運行，避免諧振過電壓。

3. 防止檢測電容器時觸電

有些工作人員認(rèn)為，電容器裝有放電裝置，對其檢修時就不需要進(jìn)行人工放電。其實這種想法是錯誤的。因為電容器儲存的電荷雖經(jīng)放電裝置放電，但仍有可能存在殘余電荷（尤其是電容器內(nèi)部），所以無論裝有哪種放電裝置，都必須在人工放電后開始檢修。

人工放電的方法是：先把接地線的接地端固定好，再用接地棒對電容器多次放電，直到無放電火花和放電聲為止。如果是檢修電容器內(nèi)部故障，盡管通過人工放電，其故障部位還有可能存在殘余電荷，此時應(yīng)戴絕緣手套，把故障電容器兩極短接放電，而后才能檢修。