變電站并聯(lián)補償電容器組的配置前言為了減少電網(wǎng)中輸送的無功功率，降低有功電量的損失，改善電壓質(zhì)量，供電企業(yè)普遍在變電站內(nèi)安裝并聯(lián)補償電容器組（以后簡稱電容器組）。電容器組由電容器、串聯(lián)電抗器、避雷器、斷路器、放電線圈及相應(yīng)的控制、保護、儀表裝置組成。目前，國內(nèi)絕大部分電容器制造廠只生產(chǎn)電容器，其他設(shè)備均需外購，在成套設(shè)計成套供貨方面尚有不足之處。使用單位必須對電容器及配套設(shè)備進行選型。由于各地的具體情況不同，在電容器組的設(shè)備選型、安裝布置上差別很大，本文就此提出一些分析意見。電容器容量的選擇電容器組容量的配置應(yīng)使電網(wǎng)的無功功率實現(xiàn)分層分區(qū)平衡，各電壓等級之間要盡量減少無功功率的交換。由于電容器組在運行中的容量不是連續(xù)可調(diào)的，從減少電容器組的投切次數(shù)、提高功率因數(shù)的角度出發(fā)，希望電容器組在大部分時間內(nèi)能正常投入運行而不發(fā)生過補償。通過對變電站負荷變化情況的分析，徐州地區(qū)變電站負荷率一般在70%?80%之間，一天當(dāng)中約有2/3的時間負荷水平在平均負荷以上。我們以變電站變壓器低壓側(cè)全年無功電度量除以年運行時間求出年平均無功負荷，電容器組容量按照年平均無功負荷的90%選取。實際運行時，由于電容器組額定電壓一般為電網(wǎng)額定電壓的倍，而變電站低壓母線電壓一般控制在電網(wǎng)額定電壓的1?1.07倍，電容器組實際容量要降低5.4%?17.4%，從而保證了電容器組在絕大部分時間內(nèi)都能投入運行。對于負荷季節(jié)性變化比較大的農(nóng)村變電站和預(yù)計近期內(nèi)負荷將有較大增長的變電站，電容器組容量可以適當(dāng)增加，但要求電容器組必須能減容運行。這一點對集合式與箱式電容器而言，要求具有中間容量抽頭，組架式和半封閉式電容器組只要將熔斷器去掉幾只即可。同時要求配有抑制諧波放大作用的串聯(lián)電抗器有中間容量抽頭，以保證電抗率不變。增加電容器分組數(shù)有利于提高補償效果，但是相應(yīng)地要增加設(shè)備投資，所有35?110kV變電站內(nèi)電容器組一般按照一臺變壓器配置一組。從降低單位千乏投資的角度出發(fā)，單組電容器組容量不能太小。以10kV全膜三相集合式電容器組為例比較3600kvar和1200kvar電容器組的單位千乏投資。兩種電容器組均配置三臺單相放電線圈（單臺放電容量1700kvar）,三只氧化鋅避雷器,1%的干式空芯串聯(lián)電抗器，一組真空開關(guān)柜，電力電纜長度40m,土建及安裝費按照設(shè)備總投資的25%計算。各項投資詳見表1。根據(jù)表1計算，3600kvar和1200kvar電容器組的單位千乏投資分別為65.5元和142.8元。1200kvar電容器組的單位千乏投資已經(jīng)超過自動投切的10kV線路桿上式電容器組的單位千乏投資。因此，變電站內(nèi)電容器組單組容量不宜小于1200kvar。表1電容器組投資比較表單位：萬元成套設(shè)備真空開關(guān)柜電纜土建安裝總投資3600kvar13.174.51.24.7223.591200kvar84.51.23.4317.13電容器組的選型型式選擇就電容器組而言，目前國內(nèi)常用的主要有組架式、半封閉式、集合式、箱式四種，各有其優(yōu)缺點。組架式電容器組是將單臺殼式電容器、熔斷器等安裝在框架上，框架采用熱鍍鋅的型鋼材料，是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。這類產(chǎn)品使用時間最長，運行經(jīng)驗豐富。優(yōu)點是安全距離大、故障影響范圍小、檢修維護方便、容量增減靈活、單位容量造價較低。缺點是占地面積較大、安裝及檢修維護工作量大。除城市中心地段變電站外，多數(shù)變電站占地問題容易解決。因此，這類裝置仍然是今后大量使用的主導(dǎo)產(chǎn)品。為縮小占地面積可選用單臺容量較大的全膜殼式電容器。半封閉式電容器組是將單臺殼式電容器雙排臥放，端子向里，底部朝外，電容器帶電部分用金屬封閉起來，四周外殼接地。國外最早由ABB公司開發(fā)，在歐美得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)主要由桂林和錦州電容器廠生產(chǎn)。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，不需要設(shè)置隔離圍欄，占地面積較小，容量增減靈活，單位容量造價較低。缺點是帶電部分封閉后通風(fēng)散熱條件較差，絕緣子上易積灰，內(nèi)部濕度較大時易形成凝露，造成閃絡(luò)放電。運行中已發(fā)生多次事故，應(yīng)進一步改進完善，目前不宜廣泛推廣應(yīng)用。變電站并聯(lián)補償電容器組的配置集合式電容器是將單臺殼式電容器經(jīng)串并聯(lián)后裝入大油箱內(nèi)并充以絕緣油制成。國外最早由日本日新公司開發(fā)，國內(nèi)則在1985年由合陽電力電容器廠首先開發(fā)成功。目前已有合陽、西安、錦州、無錫等廠的多種型號產(chǎn)品通過了兩部鑒定，產(chǎn)量逐年大幅度提高，1996年已占到高壓并聯(lián)電容器年產(chǎn)量的20%。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小，接頭少，安裝和運行維護工作量很小。為克服容量不能調(diào)整的缺點，無錫電容器廠開發(fā)了可調(diào)容量的集合式電容器，按照容量調(diào)整范圍劃分有50%/100%和33.3%/66.7%/100%兩類產(chǎn)品。由于單元殼式電容器完全浸入絕緣油中，防止了單元殼式電容器的外絕緣發(fā)生故障。單元殼式電容器內(nèi)部配有內(nèi)熔絲，少量元件損壞后由熔絲切除，整臺電容器仍可繼續(xù)運行。缺點是含油量大，外殼大油箱易存在滲漏油，故障損壞后需返廠修理所用時間較長，單位容量造價較高。關(guān)于集合式電容器有兩個問題需要注意：(1)為避免大容量集合式電容器發(fā)生相間短路故障時造成嚴重后果，容量超過5000kvar的集合式電容器必須做成三相分體結(jié)構(gòu)，即一相一臺。(2)集合式電容器的引出套管外絕緣爬電比距必須〉3.5cm/kV相對于系統(tǒng)最高運行電壓)，以保證其絕緣強度。箱式電容器是在集合式電容器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種電容器，與集合式電容器的不同之處是內(nèi)部單元電容器沒有外殼，直接浸入絕緣油中，外殼大油箱采用波紋油箱或帶金屬膨脹器，與外部大氣完全隔離。同集合式電容器相比，外殼體積和內(nèi)部含油量進一步減少，以西安電力電容器廠3000kvar產(chǎn)品為例，箱式電容器比集合式電容器外殼體積減少59.1%，重量減少60.6%。由于材料用量減少，價格比集合式電容器要低。缺點是內(nèi)部元件發(fā)生故障由內(nèi)熔絲切除后，會對大油箱內(nèi)的絕緣油造成污染。國外只有日本生產(chǎn)和使用，與國內(nèi)產(chǎn)品不同之處是內(nèi)部由特大元件集合而成，沒有內(nèi)熔絲。國內(nèi)目前已有合陽、西安、錦州等廠生產(chǎn)，這類產(chǎn)品代表著今后的發(fā)展方向，可以有選擇性的逐步使用。1996年，桂林電容器廠開發(fā)積木型無油自愈式電容器，產(chǎn)品型號為BKMJJ,三相最大容量達到3000kvar，這種電容器由若干個單元串并聯(lián)而成，單元則是由若干個經(jīng)過樹脂灌封的元件并聯(lián)后裝在一個容器內(nèi)，接有放電電阻，所有帶電部分均由阻燃ABS壓制成的罩子蓋住。根據(jù)容量大小對單元電容器按照水平或鉛直方向進行組合。經(jīng)掛網(wǎng)試運行后，1998年4月已通過鑒定。這種電容器滿足了城市變電站設(shè)備向無油化方向發(fā)展的要求，在城網(wǎng)變電站中可以逐步推廣應(yīng)用。3.2斷路器的選擇對電容器組斷路器的主要要求是：分閘時不發(fā)生重擊穿，合閘時不應(yīng)有明顯彈跳。目前，6?10kV電壓等級主要采用少油斷路器和真空斷路器。真空斷路器的優(yōu)點是耐頻繁操作，滅弧室不需要檢修，不存在滲漏油的問題。因此，存在一種傾向：即全部采用真空斷路器。我們認為對此問題不能一刀切。真空斷路器由于存在開斷后重燃問題，運行中已經(jīng)多次造成事故，即使是進口真空斷路器也發(fā)生過這種事故。而少油斷路器具有切除電容器不重燃的優(yōu)點，東北電管局對少油斷路器觸頭進行改造后可以連續(xù)操作1000次不檢修不換油，解決了少油斷路器不耐頻繁操作的問題。因此，6?10kV電容器組斷路器應(yīng)與變電站出線斷路器選型一致，不必全部采用真空斷路器。設(shè)備訂貨時真空斷路器要求必須經(jīng)過老練試驗，少油斷路器則要求對觸頭進行改造。35kV電容器組斷路器自然是SF6斷路器占絕對優(yōu)勢。3.3串聯(lián)電抗器設(shè)計部門在進行電容器組設(shè)計時一般總是配置6%的串聯(lián)電抗器。這樣既增加了設(shè)備投資又不一定能起到好的作用。據(jù)對某電網(wǎng)3個220kV變電站24個110kV變電站18個35kV變電站的諧波實測結(jié)果表明，僅有3個變電站3次諧波含量偏高，4個變電站5次諧波含量偏高，分別需要配置4.5%和12%的串聯(lián)電抗器抑制諧波放大。其它變電站諧波含量很低只需要考慮限制電容器組合閘涌流的問題。因此，變電站配置電容器組時應(yīng)對電網(wǎng)背景諧波水平進行實測以確定串聯(lián)電抗器的電抗率。油浸串聯(lián)電抗器由于存在滲漏油和飽和的問題，一般已不再選用。干式空芯串聯(lián)電抗器以其機械強度高、噪音低、維護量小的優(yōu)點已得到廣泛應(yīng)用，為減少占地面積，可采用三相迭裝產(chǎn)品。安裝時必須注意三相的迭裝順序不能搞錯。如果只需要考慮限制電容器組合閘涌流，可以采取阻尼式限流器，它是由阻尼電阻、放電間隙和小容量電抗器組成。合閘瞬間電抗器承受全部電壓，放電間隙擊穿將阻尼電阻接入電路限制涌流。涌流衰減后，電抗器端電壓下降，放電間隙息弧，將阻尼電阻退出運行。放電線圈放電線圈是保證設(shè)備與人身安全的必要裝置，必須配置。關(guān)于放電線圈有以下兩個問題要引起注意：(1)放電線圈必須直接跨接在電容器兩端，而不能接在電容器與電抗器串聯(lián)后的兩端。后一種接線方式既不能正確反映電容器內(nèi)部故障后產(chǎn)生的不平衡電壓，又延長了放電時間(2)集合式電容器不宜采用內(nèi)藏放電線圈的結(jié)構(gòu)。因為放電線圈去掉外殼裝在集合式電容器油箱頂部后，雖然簡化了外部接線，但內(nèi)部增加了交叉接線，也就增加了故障點。運行中已發(fā)生過因內(nèi)藏的放電線圈故障造成集合式電容器退出運行。鑒于放電線圈本身價格很便宜，從提高集合式電容器運行可靠性的角度出發(fā)，只有在放電線圈可靠性高出集合式電容器一到二個數(shù)量級時才能采用內(nèi)藏放電線圈。為便于接線布置，可要求制造廠在集合式電容器的頂部或側(cè)壁加裝支架放置放電線圈。避雷器少油斷路器不存在切除電容器后重燃問題，一般可以不配置避雷器。真空斷路器必須配置避雷器。電容器組的避雷器是起保護電容器作用的，其安裝地點應(yīng)盡量靠近電容器，由于發(fā)生過安裝在開關(guān)柜內(nèi)的避雷器爆炸造成母線上全部設(shè)備停電的事故，所以避雷器不宜安裝在開關(guān)柜內(nèi)。應(yīng)優(yōu)先考慮在電容器中性點安裝一只氧化鋅避雷器的接線方式，這種接線方式能夠限制單相重燃過電壓而且正常運行時避雷器不承受電壓。關(guān)于全膜電容器的使用問題全膜電容器具有損耗低、發(fā)熱量小、溫升低、體積小、重量輕的優(yōu)點。國產(chǎn)全膜電容器自1986年開始生產(chǎn)以來，經(jīng)過不斷改進完善，質(zhì)量已趨于穩(wěn)定，在可靠性方面已經(jīng)好于部分進口產(chǎn)品。自1995年以來產(chǎn)量逐年大幅度增長，已有多家產(chǎn)品通過了兩部鑒定。同國外先進產(chǎn)品相比，差距主要表現(xiàn)在比特性上，材料消耗是國外先進產(chǎn)品的兩倍。既便如此，同膜紙復(fù)合介質(zhì)產(chǎn)品相比體積、重量均大幅度下降。以桂林電容器廠100kvar產(chǎn)品為例：全膜產(chǎn)品比膜紙復(fù)合介質(zhì)產(chǎn)品體積下降31.2%，重量下降44.4%。集合式產(chǎn)品以錦州電容器廠3000kvar產(chǎn)品為例：全膜產(chǎn)品比膜紙復(fù)合介質(zhì)產(chǎn)品體積下降55%,重量下降47.9%。箱式電容器采用全膜產(chǎn)品后可取消散熱器。最近，電容器制造業(yè)制訂了關(guān)于加速發(fā)展國產(chǎn)高壓全膜電容器的若干措施,必將進一步提高國產(chǎn)高壓全膜電容器的質(zhì)量。因此，新增電容器應(yīng)全部采用全膜產(chǎn)品，浸漬劑優(yōu)先選用芐基甲苯 (M/DBT)和SAS—40。結(jié)論變電站并聯(lián)補償電容器組容量一般按照低壓側(cè)年平均無功負荷的90%選取，用地不緊張的地區(qū)優(yōu)先選用組架式與集合式產(chǎn)品。城市中心變電站可逐步選用干式或箱式電容器，新增電容器應(yīng)全部選用全膜產(chǎn)品，浸漬劑優(yōu)先采用M/DBT或SAS—40。作者單位：江蘇徐州電業(yè)局(徐州221005)參考文獻1房金蘭.國內(nèi)外電容器的目前水平及有關(guān)技術(shù)發(fā)展的探討.電力電容器，1997(1)2倪學(xué)峰等.關(guān)于并聯(lián)電容器過電壓保護方式的分析.電力電容器，1997(4)3并聯(lián)電容器運行情況通報，調(diào)網(wǎng)(1996)136號234摘要：對一起電容器速斷跳閘事故的原因進行了分析，并提出了相應(yīng)的措施。訪問中國電力網(wǎng)關(guān)鍵詞：諧波電流；過負荷中國電力網(wǎng)資料頻道提供電力行業(yè)最新統(tǒng)計資料中圖分類號：TM531.1文獻標(biāo)志碼：B文章編號：1003-0867(2007)12-0037-02110kV張河變電站10kV母線開口三角保護出現(xiàn)單相接地信號，大約1s后，電容器速斷保護動作，當(dāng)檢修人員趕到現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)第一組電容器的外殼已明顯鼓肚、變形。分析了引起事故導(dǎo)致電容器速斷跳閘的原因，并對配套設(shè)備加以改進，增加必要的保護裝置，使無功補償裝置順利運行。1故障原因分析并聯(lián)電容器一次原理接線圖圖1一次原理接線圖該變電站補償電容5000kvar,分4組自動投切，一次原理接線圖如圖1所示，每組電容器容量1250kvar，電容器型號為BAM11-1250-3W,電抗器接于電源側(cè)。4組電容器安裝一套總保護裝置：保護配置速斷、過流、過壓、失壓等保護。電容器內(nèi)部故障保護設(shè)置內(nèi)熔絲。配套設(shè)備包括：投切電容器為真空斷路器，安裝于10kV中置柜內(nèi)，各分組為真空交流接觸器，金屬氧化物避雷器安裝于電容器母線上，電壓互感器TV并接于電容器首、末兩端，中性點與電容器中性點相連，一次線圈做放電用鐵芯電抗器接于電源側(cè)，電抗率為6%。電容器組故障分析電容器組采用常用的星型接線方式，三相共體外殼接于同一鐵框架，框架接地。電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為多個元件并聯(lián)的四串結(jié)構(gòu)，并設(shè)置內(nèi)熔絲保護，檢修人員與廠家人員對損壞的電容器進行解剖，發(fā)現(xiàn)受損電容器的A、B相內(nèi)熔絲均熔斷了兩根，外包封破裂，經(jīng)過認真分析，認為一相熔絲熔斷兩根后，造成外包封損傷，在外包封受傷的情況下，長期運行發(fā)展成對殼擊穿，并發(fā)展成單相接地。由于單相接地呈不穩(wěn)定電弧接地，使健全相產(chǎn)生過電壓而另一相也有兩熔絲熔斷，外包封受傷致使在過電壓作用下發(fā)展成對殼擊穿，由此形成相間短路，盡管保護可靠動作，但巨大的短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，仍對電容器造成一定程度的損傷，使電容器外殼嚴重變形。這起事故主要是內(nèi)熔絲熔斷未被發(fā)現(xiàn)而造成，引起內(nèi)熔絲熔斷的原因是電容器的過電流而過電壓和高次諧波都可能造成電容器的過電流，由于電容器組的總保護設(shè)置過壓保護自動投切裝置按電壓和功率因數(shù)投切，因此由于系統(tǒng)異常，造成過電壓引起內(nèi)熔絲熔斷的可能性很小。但是由于電容器投切頻繁，盡管裝有金屬氧化物避雷器，分合閘引起的過電壓被限制在一定范圍內(nèi)，但是操作過電壓的累積效應(yīng)可能對電容器造成損壞，引起內(nèi)熔絲熔斷。另外由于電網(wǎng)中存在大量的非線性負荷，使得電網(wǎng)中諧波占有一定含量。110kV張河變電站除擔(dān)任城郊居民用電外，主要擔(dān)任工業(yè)供電，除幾條10kV工業(yè)專線外，其他10kV線路上還有一些小型化工廠、鑄造廠等工業(yè)用戶，這些用戶都可能產(chǎn)生諧波。盡管每戶產(chǎn)生的諧波很少，但可以匯集成較大的諧波電流饋入電網(wǎng)，使電網(wǎng)的諧波水平升高，影響電網(wǎng)設(shè)備的安全運行。由于此變電站的無功補償裝置，配置電抗率為6%的串聯(lián)電抗器，6%的電抗率雖然能對5次及以上諧波有抑制作用，但在3次諧波下使串聯(lián)電抗器與補償電容器的阻抗成容性，出現(xiàn)諧波電流放大現(xiàn)象，使電容器過負荷。盡管母線上以5次諧波為主，3次諧波含量不是很高，而裝設(shè)電容器后，容性阻抗將原有的3次諧波含量放大，可能造成內(nèi)熔絲熔斷。由于總保護按四組電容器額定電流的1.3倍整定，而4組電容器全部投入的情況極少。當(dāng)某一段時間內(nèi)諧波含量偏高時，總過流保護不能動作，造成某相內(nèi)熔絲熔斷，而內(nèi)熔絲熔斷后不能被及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致事故擴大，造成速斷跳閘。從保護配置來看，電容器內(nèi)部故障的保護只設(shè)置內(nèi)熔絲保護，而并未設(shè)置導(dǎo)致事故擴大的后備保護——不平衡電壓保護，使內(nèi)熔絲熔斷后不能及時發(fā)現(xiàn)，造成速斷跳閘事故，因此，保護配置不完善是造成電容器事故擴大的主要原因。另外，不定期測量電容量也是造成事故擴大的原因之一。由于電容器內(nèi)部裝置最直接的反應(yīng)是電容量的變化，而電容量測量手段落后，進行電容器電容量的測量時，需采用拆除連接線的測量方法，不僅測量麻煩而且可能因拆裝連接線導(dǎo)致套管受力而發(fā)生套管漏油的故障。因此，自投入運行以來檢修人員從未進行過電容量測量,而又未設(shè)置反應(yīng)電容器內(nèi)部故障的保護，當(dāng)內(nèi)部個別內(nèi)熔絲熔斷時，無法及時發(fā)現(xiàn)，造成事故擴大。2改進措施2.1在各分組回路中安裝過負荷保護由于過流保護根據(jù)4組電容器全部投入時整定，對分組諧波電流放大造成的過流現(xiàn)象反應(yīng)遲鈍，甚至不反應(yīng)，因此，在各分組