并联电容无功补偿装置的几个重要问题讨论

作者：孙伟中

来源：《科技资讯》 2014年第13期

孙伟中

(深圳市中冶菲斯电气设备有限公司 广东深圳 518048)

摘 要:对并联电容无功补偿装置设计、安装和运行中的几个重要问题进行分析讨论。主要包括:无功补偿容量的选择,串联电抗器抑制谐波及实际运行电压对电容器使用寿命的影响。

关键词:无功补偿 电容器 串联电抗器 谐波 使用寿命

中图分类号:TM5 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)05(a)-0125-02

并联电容无功补偿的作用主要就是以提高功率因数上来减少对设备中的功率与容量的损耗,同时还可以提高供电的质量,并且对供电电压有稳定作用。设备中安装上并联电容器来做无功补偿,而在电网中还可以限制无功功率的传输,这样就对线路的电压损耗有所减少,并且提高了电网的电压质量。

它的缺点是难以实现无级调节,补偿容量确定有较大的灵活性,并且当通风不良、运行温度过高时,或流入的谐波电流及合闸涌流限制不当时,易造成谐波过流、过压和涌流超过规定值,而使电容器损坏。下面对设计和运行中的几个重点问题进行讨论。

1 补偿容量的选择

(1)当计算静电电容器补偿容量时,应考虑电容器(电网)实际的运行电压不等于电容器额定电压的情况,对电容器的额定容量加以修正,其实际的容量为:

2 高次谐波对并联电容器的影响及采用电抗器抑制措施时的注意事项

高次谐波对并联电容器的影响,表现在以下三个方面。

(1)增加电容器损耗,谐波电流的存在在电容器内产生附加功率损耗。

(2)增加无功输出。由于谐波的存在,电容器发出的总无功,不仅包括基波无功,还包括谐波无功。

(3)会引起谐波过电压或过电流。谐波有可能引起电容器与系统间产生串联或并联谐振,而造成电容器过电压或者过电流。

上述现象均可引起电容器过热,而导致电容器损坏。

为减少和避免高次谐波对电容器的危害,应从供电系统和无功补偿装置设计上采取措施,具体方法有设置滤波器、增加整流装置谐波源的整流相数和脉冲数、串联电抗器等,这里只重点讨论串电抗器的问题。

要特别注意避免串联谐振和并联谐振的发生,在串联谐振时,一较小的谐波电压,就可形成较大的谐波电流流过电容器。而并联谐振对谐波源呈现出高阻抗,使得母线谐波电压升高,造成电容器回路谐波电流很大,甚至可达十几倍到几十倍。

为减少谐波流入电容器和合闸涌流,可串联适当参数的电抗器。其感抗值的选择应使在可能产生的任何谐波下,均使电容器回路的总电抗为感抗而不是容抗,从而消除了谐振的可能。电抗器的感抗值按下式计算:

式中为串联电抗器的感抗,Ω;是补偿电容器的工频容抗,Ω;n为可能产生的最低谐波次数;K为可靠系数,一般取1.2～1.5。

为了防止可能出现的铁磁谐振,一般宜采用无铁芯的电抗器。电抗器的额定电流应稍大于电容器实际电流。但应注意,由于串联电抗器会使电容器的基波电压升高,其值为

式中为电容器的基波电压升高,kV;为系统额定电压,kV。

例如,在设计中对于最常见的5次谐波,端电压升高可达6%,所以电容器额定电压应高于系统电压于星形或双星形接线,6.3 kV系统应采用4 kV电容器,10.5 kV系统应采用6.6 kV电容器。

3 电力电容器的实际使用寿命与工作电压和环境温度的关系

众所周知,在电容器介质上的额定工作场强与其它电器相比是比较高的。所以在我国

GB/T11024.1-2001中明确规定,电容器的额定工作电压是电容器容许在电网中连续工作的最高电压。如果在高于其额定电压的电压下连续运行,电容器的实际使用寿命就将大大缩短,可靠性也将因电老化而下降。电力电容器的实际使用寿命与实际工作电压的关系通常可以用式 (1)表示:

通过式(1),我们可以分别求出在不同的实际工作电压下电容器的实际使用寿,见表1和图1。

从表1和图1中可以看出,如果电容器在高于其额定电压的电压下长期连续地运行,由于电老化的作用其实际使用寿命的就会大大缩短。虽然,电容器是可以在高于其额定电压的电压,例如:1.03,1.05,1.1下作非连续的几个小时的运行,但决不能在高于其额定电压的电压下作连续长期的运行,不然将大大缩短电容器的实际使用寿命和可靠性,是得不偿失的。对此,希望能引起广大电容器用户的注意,千万不要使电容器在高于其额定电压的电压下连续运行。

4 结语

以上对电容无功补偿装置在设计和运行中至关重要,但常常被忽略的三个重要技术问题进行的简要分析,此三者之间又存在着较大的相关性,比如电抗器的选择直接关系到电容器的实际运行电压,而实际运行电压又影响到电容的使用寿命,所以,无论是在实际的设计中还是在最终用户的运行使用中,都应该引起重视,权衡考虑。

参考文献

[1] 蒲如兰.无功补偿装置的选择与控制[J].福州大学学报：自然科学版.

[2] 钢铁企业电力设计手册(上)[M].冶金工业出版社.ISBN7-5024-1534-3.

[3] 沈文琪.电力电容器的实际使用寿命与使用条件的关系[J].电力电容器，2004(1).