并聯(lián)電容器

變電站裝設(shè)并聯(lián)電容器是改善電壓質(zhì)量和降低電能損耗的有效措施。 電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過(guò)程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無(wú)功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無(wú)功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無(wú)功功率，由于減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線路和變壓器因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗。

電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)刻發(fā)生變化,并聯(lián)電容器需頻繁投入和切除,斷路器開(kāi)斷并聯(lián)電容器的過(guò)程中,不可避免發(fā)生操作過(guò)電壓,可能會(huì)損壞并聯(lián)電容器,影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

常用的并聯(lián)電容器按其結(jié)構(gòu)不同，可分為單臺(tái)鐵殼式、箱式、集合式、半封閉式、干式和充氣式等多類品種。

單臺(tái)鐵殼式并聯(lián)電容器

這類電容器量大面廣，單臺(tái)容量一般是50、100、200、334kvar等多種，還有更大容量（例如500kvar及以上容量）的產(chǎn)品問(wèn)世，一般100kvar以上容量的產(chǎn)品帶有內(nèi)熔絲。這種產(chǎn)品一旦損壞，用戶可以很快用備品自行更換，及時(shí)讓裝置恢復(fù)運(yùn)行，因此采用此類產(chǎn)品時(shí)投運(yùn)率高。加之可以配置外熔斷器，保護(hù)相對(duì)比較完善。220kV、特別是330kV及以上電壓等級(jí)變電站大多采用單臺(tái)鐵殼式并聯(lián)電容器。也有越來(lái)越多的人為了提高電容器的防銹防腐能力，要求用不銹鋼板代替普通鋼板生產(chǎn)電容器。即使如此，也有的還要在其表面噴涂防紫外線漆；這樣的防護(hù)層即可防銹防腐蝕，又可大大減少紫外線輻射對(duì)電容器溫升的負(fù)面效應(yīng)，從而延長(zhǎng)電容器的使用壽命。

這種款式的電容器中，我國(guó)二三十年間一直以內(nèi)熔絲電容器為主，即電容器內(nèi)部每個(gè)元件上都配裝一根小熔絲。近幾年來(lái)出現(xiàn)了無(wú)熔絲電容器，是一種既無(wú)內(nèi)熔絲、也無(wú)外熔絲的電容器。20世紀(jì)70年代以前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的全紙電容器與早期的紙膜復(fù)合電容器，白于當(dāng)時(shí)內(nèi)熔絲還處在研究階段，不可能采用到產(chǎn)品中去，保護(hù)電容器的專用外熔斷器也是從1980年起才開(kāi)始研制。電容器出現(xiàn)內(nèi)部元件擊穿后，全依靠電磁式繼電器來(lái)保護(hù)，所以當(dāng)時(shí)的電容器都是完全的無(wú)熔絲電容器。隨后內(nèi)外熔絲的相繼應(yīng)用，使我國(guó)的無(wú)熔絲電容器消失了約30年。此間雖然也一直存在無(wú)內(nèi)熔絲電容器，但要配置外熔絲后才允許使用。

無(wú)熔絲全膜電容器有與前不同的新含義，越過(guò)了晶體管繼電器、集成電路繼電器階段，直接進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)時(shí)代。我國(guó)無(wú)熔絲電容器內(nèi)部元件的連接方式，有以下三種：

(1)傳統(tǒng)的占主導(dǎo)地位的元件先并聯(lián)后串聯(lián)的方式。內(nèi)部并聯(lián)元件數(shù)量比較少，不宜配置內(nèi)熔絲的小容量電容器（例如lO0kvar以下），一直沿用這種接線方式。

(2)內(nèi)部元件先串聯(lián)后并聯(lián)的方式，即最近又被重新倡導(dǎo)的一種接線方式。

(3)內(nèi)部元件既有串聯(lián)成分，也有并聯(lián)成分，但與上述兩種接線方式不同，串中有并，并中有串，屬于混合連接方式。這樣的接法沒(méi)有統(tǒng)一的格式，需要根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)單臺(tái)容量大小與保護(hù)上的要求而定。

這類電容器不宜用于lOkV級(jí)電容器成套裝置。先串后并的元件接線方式雖然在三者中相對(duì)來(lái)說(shuō)好一些，其單臺(tái)容量也不宜做得大于lOOkvar。無(wú)熔絲電容器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗與制造成本較低。

箱式并聯(lián)電容器

該電容器外形和中小型變壓器相似，內(nèi)部為去掉鐵殼的單臺(tái)電容器芯子，按設(shè)計(jì)要求若干個(gè)串并聯(lián)、預(yù)留散熱油道、抽空脫氣后注滿合格的油而成。這種產(chǎn)品單臺(tái)容量較大(500kvar及以上)，內(nèi)部出現(xiàn)損壞元件后，一旦炭黑析出并擴(kuò)散，則基本無(wú)法修理了。

集合式并聯(lián)電容器

這款電容器按其結(jié)構(gòu)分，有半密封和全密封兩大類。儲(chǔ)油柜加干燥過(guò)濾器的，入口處無(wú)論有無(wú)油封，屬于前者；無(wú)儲(chǔ)油柜而在箱體內(nèi)部用其他方式來(lái)補(bǔ)償油位冷熱變化的，屬于后者。研發(fā)的一種電動(dòng)調(diào)容產(chǎn)品，運(yùn)行實(shí)踐表明不太可靠，它的活動(dòng)觸點(diǎn)在油里面，久而久之很容易出現(xiàn)接觸不良，可能產(chǎn)生局部過(guò)熱，加上在兩個(gè)端子間轉(zhuǎn)接瞬間會(huì)產(chǎn)生相位問(wèn)題，可能引發(fā)麻煩，因此可采用斷電后用開(kāi)關(guān)手動(dòng)調(diào)容的方法。

該電容優(yōu)點(diǎn)突出，缺點(diǎn)也突出。其主要優(yōu)點(diǎn)是安裝方便、維護(hù)工作量小、節(jié)省占她面積。而其缺點(diǎn)主要是給用戶帶來(lái)不便，它的維護(hù)工作量雖小，但對(duì)它的觀察很不直觀，不能放松對(duì)其容量變化的關(guān)注；特別是在有諧波的場(chǎng)所，對(duì)其容量的變化必須時(shí)刻注意。隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，內(nèi)熔絲可能會(huì)逐步動(dòng)作，從而引發(fā)三相電容量失衡，這一故障很難在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，返廠修理又費(fèi)時(shí)間，影響電容器的投運(yùn)率。再者因此引起的并補(bǔ)裝置串聯(lián)電抗百分率的變化，大到一定程度時(shí)會(huì)遠(yuǎn)離預(yù)定目標(biāo)，甚至帶來(lái)麻煩。特別是選取4. 5%電抗百分率的并聯(lián)補(bǔ)償裝置，應(yīng)事先做好預(yù)案，一旦這個(gè)百分率出現(xiàn)下滑向4%靠近時(shí)，要有可靠的應(yīng)對(duì)措施。更值得注意的是，電容器高壓出線套管下端（在油中）對(duì)地閃絡(luò)或擊穿時(shí)，對(duì)地保護(hù)有“死區(qū)”?！恫⒙?lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50227 --1995)及相關(guān)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)此沒(méi)有針對(duì)性措施；一旦發(fā)生這類事故，只能待其發(fā)展到元件損壞而出現(xiàn)不平衡電壓或電流后，才能迫使后備繼電保護(hù)動(dòng)作。運(yùn)行實(shí)踐表明已有這類事故發(fā)生，而且都是惡性事故。因此在投運(yùn)該類產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)此問(wèn)題加以防范。其實(shí)這類事故的起因是對(duì)地絕緣失效，在保護(hù)上存在盲區(qū)造成的。后備保護(hù)動(dòng)作是事故已經(jīng)擴(kuò)大，導(dǎo)致集合式電容器嚴(yán)重?fù)p壞，產(chǎn)生了不平衡電壓或電流后的補(bǔ)救揩施，現(xiàn)有保護(hù)不能對(duì)這類惡性事故起到預(yù)防作用。

近年來(lái)并聯(lián)補(bǔ)償裝置實(shí)際運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，集合式電容器的年損壞率大約是單臺(tái)鐵殼式電容器的4倍，有些地區(qū)還要高一些；加上現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法維修等因素，近年來(lái)這類產(chǎn)品的市場(chǎng)份額呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。

半封閉式并聯(lián)電容器

半封閉式并聯(lián)電容器是將單臺(tái)電容器套管對(duì)套管臥放在特制的鋼架上，然后封閉其導(dǎo)電部分（地電位部分不封閉）而成的組裝體?？啥鄬硬挤拧⑾蚋呖瞻l(fā)展以節(jié)省占地面積。這種產(chǎn)品對(duì)電容器單元的浸漬工藝要求較高，最好要裝外熔絲，否則難以保證運(yùn)行安全。該類產(chǎn)品由ABB公司生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)亞熱帶地區(qū)有他們的產(chǎn)品，已安全運(yùn)行10多年。國(guó)產(chǎn)的早期出過(guò)一些問(wèn)題，也有人主張禁止使用，但改進(jìn)后的產(chǎn)品已有10年以上安全運(yùn)行記錄。

干式并聯(lián)電容器

該電容器是將低壓金屬化膜技術(shù)移植過(guò)來(lái)，若干個(gè)元件串、并聯(lián)后制成高壓電容器，因而仍具有自愈特性，而且符合產(chǎn)品無(wú)油化的發(fā)展方向。無(wú)油電容器不會(huì)像人們期待的那樣不燃燒，電容器內(nèi)部的聚丙烯基膜在條件具備時(shí)仍會(huì)著火。另外，自愈式電容器也不能萬(wàn)無(wú)一失，每次局部擊穿后都能可靠自愈。實(shí)踐證明不“自愈”（即自愈失效）的概率是存在的，因此這種產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)必須要有切實(shí)的防火措施和特殊的保護(hù)措施，方能確保安全運(yùn)行。

充氣式并聯(lián)電容器

這款電容器實(shí)際上是油氣并存，即將集合式產(chǎn)品箱體內(nèi)的油換成氣體，內(nèi)部的單臺(tái)鐵殼產(chǎn)品仍然是油浸的。由于氣體導(dǎo)熱性能不及液體，所以這類產(chǎn)品在這一方面要有特別措施，以便散熱可靠。熱管技術(shù)是其中常用的一種。但是，這類產(chǎn)品的實(shí)際表現(xiàn)不盡如人意；其原因之一是氣體的泄漏無(wú)法及時(shí)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)還要給斷路器發(fā)出跳閘信號(hào)，以便適時(shí)切除電容器，防止氣體泄漏導(dǎo)致絕緣水平下降引起惡性事故。

并聯(lián)電容器會(huì)對(duì)諧波放大,放大的諧波可能對(duì)電氣設(shè)備造成損害。

1 諧振

當(dāng)諧波與并聯(lián)電容器在低壓電網(wǎng)中并存時(shí)，最怕的就是引發(fā)串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振。

1.1 串聯(lián)諧振

若諧波來(lái)自電源系統(tǒng)，則變壓器的電抗和低壓并聯(lián)電容器的電容在一定的參數(shù)下配合，就能引發(fā)串聯(lián)諧振，文獻(xiàn)[1]有數(shù)字實(shí)例，一臺(tái)Uk為6%的1000kVA變壓器，在低壓母線上接有160kVar的并聯(lián)電容器，結(jié)果引發(fā)了11次諧波的諧振，使電容器中的11次諧波電流達(dá)175A，電容器中的基波電流只有233A，總有效電流Iceff為313A，過(guò)載1.35倍，已超過(guò)允許值1.30倍。負(fù)載母線上11次諧波電壓畸變系數(shù)達(dá)6.9%，也已超過(guò)允許值，而低壓電源(含變壓器阻抗ZT在內(nèi))母線上的畸變率只有1.5%。

1.2 并聯(lián)諧振

若諧波源來(lái)自低壓側(cè)的非線性負(fù)荷，例如變頻器，則變壓器的電抗(加上電源系統(tǒng)的少量電抗)和低壓側(cè)的電容可構(gòu)成并聯(lián)諧振，文獻(xiàn)[1]也有數(shù)字實(shí)例，低壓側(cè)接有300kvA的驅(qū)動(dòng)裝置，其它如變壓器和電容器參數(shù)同，1.1節(jié)串聯(lián)諧振中的實(shí)例，結(jié)果引發(fā)11次諧波的并聯(lián)諧振，使電容器中11次諧波電流達(dá)到212A，已大于電容器中基波的90%，總有效電流達(dá)334A，過(guò)載1.45倍，也超過(guò)允許值1.30倍，其實(shí)負(fù)載的11次諧波電流才39A，又11次諧波電壓的畸變率已達(dá)8.3%，大大超過(guò)允許值。

2 避免諧振的措施

措施之一為改變網(wǎng)絡(luò)元件的電抗電容量值，然而，它的可能性不大，特別當(dāng)電容器組是自動(dòng)控制的場(chǎng)合，將有許多諧振條件都要考慮。同時(shí)要注意，即使系統(tǒng)參數(shù)只是接近諧振頻率也能使電容器組過(guò)電流和電壓畸變率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

最常用的方法是與電容器串聯(lián)一個(gè)電抗器，調(diào)諧的諧振頻率低于網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的最低次諧波的頻率，這樣，無(wú)論是串聯(lián)諧振還是并聯(lián)諧振就不會(huì)發(fā)生。

現(xiàn)代的工業(yè)和建筑物電網(wǎng)中完全沒(méi)有諧波電壓和電流是不可能的，那么是否凡并聯(lián)電容器都要串電抗器呢？那也不一定，如果需要串，電抗值取多少呢？下面著重討論1000V以下低壓電網(wǎng)情況。

2.1 并聯(lián)電容器組(不串電抗器)

當(dāng)不存在諧振條件即電網(wǎng)的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值所構(gòu)成的諧振頻率比較高而負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和母線的諧波電壓又很低時(shí)，此時(shí)，不需要考慮降低諧波值，但是IEC標(biāo)準(zhǔn)[1]并未給出劃分界線的具體數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為，諧波次數(shù)≥17就可以不考慮，即諧振頻率≥17次諧波。

15次諧波是3的整數(shù)倍，一般只存在于單相220V的設(shè)備中，這樣只考慮到了13次就可以了。什么場(chǎng)合一定要串聯(lián)電抗，GB[3]對(duì)此問(wèn)題沒(méi)有提及，廠家[4]在樣本中規(guī)定的條件為GN/SN<15%，GN為產(chǎn)生諧波設(shè)備的功率。SN為變壓器視在功率。筆者認(rèn)為產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型有幾種，發(fā)射諧波電流的大小也不同，還與一些外部條件的變動(dòng)有關(guān)。因此，規(guī)定 GN/SN<15%似乎并不明確說(shuō)明什么問(wèn)題，還不如IEC標(biāo)準(zhǔn)[1]的條件，至少概念上是明確的。

2.2 失諧濾波器(detuned filter)

失諧濾波器是一種濾波器，它的調(diào)諧頻率比有相當(dāng)大(considerable)，電壓(電流)副值的最低次諧波頻率還要小過(guò)10%多。

并聯(lián)電容器試驗(yàn) ：掌握正確的試驗(yàn)方法，進(jìn)行合理的試驗(yàn)項(xiàng)目，能在減少試驗(yàn)工作量的同時(shí)，及時(shí)檢出不良電容器，減少電容器組的故障率。

并聯(lián)電容器的試驗(yàn)包含以下項(xiàng)目：

1、絕緣電阻試驗(yàn)

2、極間電容量的測(cè)量

3、耐壓試驗(yàn)

內(nèi)容簡(jiǎn)介

電力系統(tǒng)內(nèi)大多數(shù)場(chǎng)合電感性設(shè)備較多，功率因數(shù)偏低，線路損耗大。為了克服這類缺點(diǎn)，確保電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在其各個(gè)電壓等級(jí)的變電站與高壓直供大負(fù)荷企業(yè)中，對(duì)其主要負(fù)荷側(cè)（10kV或35kV）加裝并聯(lián)電容器及其成套裝置，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的措施?！恫⒙?lián)電容器及其成套裝置》作者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，編著了《并聯(lián)電容器及其成套裝置》。

《并聯(lián)電容器及其成套裝置》共十二章，內(nèi)容包括并聯(lián)電容器、并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置、斷路器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、氧化鋅避雷器、熔斷器、電流互感器、繼電保護(hù)設(shè)備、投切設(shè)備、并補(bǔ)裝置的運(yùn)行維護(hù)、低壓并補(bǔ)裝置。

《并聯(lián)電容器及其成套裝置》可供電力系統(tǒng)從事并聯(lián)電容器及其成套裝置設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行管理人員參考使用。