无功补偿电容器运行特性参数选取.pdf

供 用 电 第22卷第4期 2005年8月 无功补偿电容器运行特性参数选取 于建平 广东省中山供电分公司,广东 中山 528400 中图分类号TM 53 文献标识码B 文章编号1006 - 6357200504 - 0020 - 03 1 电力电容器及其主要特性参数 电力电容器是无功补偿装置的主要部件。随 着技术进步和工艺更新,纸介质电容器已被自愈 式电容器所取代,自愈式电容器采用在电介质中 两面蒸镀金属体为电极,其最大的改进是电容器 在电介质局部击穿时其绝缘具有自然恢复性能, 即电介质局部击穿时,击穿处附近的金属涂层将 熔化和气化并形成空洞,由此虽然会造成极板面 积减少使电容C及相应无功功率有所下降,但不 影响电容器正常运行。 自愈式电容器主要特性参数有额定电压、 电 容、 无功功率。 1. 1 额定电压 GB 1274721991自愈式低电压并联电容器 第3. 2条规定 “电容器额定电压优先值如下 0. 23 ,0. 4 ,0. 525及0. 69 kV。 ” 电容器额定电压 选取一般比电气设备额定运行电压高5 。 1. 2 电容 电容器的电容是极板上的电荷相对于极板间 电压的比值,该值与极板面积、 极板间绝缘厚度和 绝缘介质的介电系数有关,其计算式为 C 1 4π εS D 式中ε为极板间绝缘介质的介电系数;S为电容 器极板面积;D为电容器绝缘层厚度。 在上式中,电容C数值与电压无直接关系,C 值似乎仅取决于电容器极板面积和绝缘介质,但 这只是电容器未接网投运时的静态状况;接网投 运后,由于电介质局部击穿造成极板面积减少从 而会影响到电容C数值降低,因此运行过程中, 电容C是个逐年衰减下降的变量,其衰减速度取 决于运行电压状况和自身稳态过电压能力。出厂 电容器的电容值定义为静态电容。一般,投运后 第一年电容值下降率应在2 以内,第二年至第 五年电容值下降率应在1 ～2 ,第五年后因电 介质老化,电容值将加速下降,当电容值下降至出 厂时的85 以下,可认为该电容器寿命期结束。 1. 3 无功功率 在交流电路中,无功功率QCUIsinφ由于 电容器电介质损耗角极小,φ 90,所以sinφ 1 , 则无功功率QCUIωCU210 - 3 2πf CU2 10 - 3 μF ,从该式可见,电容器无功功率不仅取 决于电容C,而且还与电源频率f、 端电压U直接 相关,电容器额定无功功率的准确定义应是标准 频率下外接额定电压时静态电容C所对应的无 功率。接网投运后电容器所输出实际无功功率能 否达到标定容量,则需视运行电压状况。当电网 电压低于电容器额定电压时,电容器所输出的无 功功率将小于标定值。因此如果电容器额定电压 选择偏高,电容器实际运行电压长期低于额定值, 很可能因电容器无功出力低于设计值造成电网无 功短缺。 3 无功补偿电容装置参数的选取误区 无功补偿装置在进行设计选型及设备订货 时,提供给厂家的参数往往仅是电容补偿柜型号 和无功功率数值,而电容器额定电压及静态电容 值这两个重要参数常被忽略。由于电容器生产厂 家对产品安装处电压状况不甚了解,在产品设计 时往往侧重于降低产品生产成本和减少电介质局 部击穿,所选取的电容器额定电压往往高于国家 标准推荐值,这样做对电网运行的无功补偿效果 会造成什么影响对电网建设投资又会引起什么 变化呢可通过以下案例进行分析。 例如某台10/ 0. 4 kV变压器,按照功率因 数0. 9的运行要求,需在变压器低压侧进行集中 无功补偿,经计算需补偿无功功率100 kvar ,如果 02 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2005年第4期供 用 电 按额定电压U 450 V配置电容器,根据QC ωCU210 - 3计算 ,电容器组的静态电容值C为 1 572μF ,接入电网后在运行电压U 400 V的状 态下,该电容器实际向电网提供的无功功率QC 为79 kvar ,补偿效果仅达预期的79 。反之,在 上述条件下,要想保证实际补偿效果为100 kvar , 则至少需配置电容器无功功率为127 kvar ,也就 意味着设备投资需要增加27 。中山市2004年 变压器增加898台,合计容量近60万kvar ,按 30 补偿率计需补偿无功功率近18万kvar。按 上述分析,如选取额定电压为450 V ,则无功补偿 量需在原有数字上增加4. 86万kvar ,既便采取 交流接触器投切静态补偿方式,设备购置投资亦 需增加1 080万元/年。如采取晶闸管投切动态 补偿方式,则设备购置投资增加额则达到1 980 万元/年。 因此,为保证实际补偿效果与设计一致,无 功补偿设备订货不仅应提出电容补偿柜的型号 和无功功率数量,还应明确电容器额定电压,同 时应要求设备生产厂家在电容器出厂铭牌上标 明无功功率数量,额定电压数值以及静态电容C 数值。 3 低压电容器额定电压及稳态过电压范 围的选取 从以上分析可见,电容器额定电压高于运行 电压可能造成补偿容量不足或引起设备投资的增 加;而电容器额定电压选取过低又可能因电介质 局部击穿造成电容C值下降从而影响补偿效果。 正确的选择原则应是在保证补偿效果的前提下, 既满足建设前期设备投资最少,同时又需做到电 容器运行期间电介质局部击穿率最低,也就是说 电容器运行电压需尽可能保持在电容器所允许的 稳态过电压范围内。 GB 1274721991自愈式低电压并联电容器 第4. 1. 5. 1条对电容器稳态过电压明确规定如 下“电容器应能在1. 1倍额定电压下长期运行, 并且在整个使用寿命期内可承受200次以内的 1. 15倍额定电压值的电压冲击。 ” 中山市1998年以来公用变压器低压台区的 供电半径基本达到城镇为250 m以内,农村为 500 m以内,变压器设置按深入负荷中心原则, 75 以上的低压负荷分布在变压器附近150 m 内,根据国家 供电营业规则 规定10 kV及以下 三相供电用户受电端电压偏差为 7 ,220 V单 相供电用户受电端电压偏差为 7 ～- 10 。 本着兼顾变压器近端用户最高受电端电压和远端 用户最低受电端电压的原则,一般10/ 0. 4 kV公 用变压器低压出口平均电压保持在400～440 V , 但短时间仍存在 440 V的最高电压。近期,对 550台公用配电变压器的抽样检测数据1 300万 组进行统计分析,看到电压为400～440的抽样数 据1 181万组,约占90. 85 ;电压为440～460 V 的108. 4万组,约占8. 34 ;电压 ≥460 V的10. 6 万组,约占0. 82 。 按以上变压器低压运行状况,如电容器额定 电压选取400 V ,则每台变压器所配置电容器大 约每年可能经受193次1. 15倍额定电压冲击,显 而易见,对于电容器极板局部击穿乃至运行寿命 都非常不利。如果将电容器额定电压提高,又将 大大增加设备投资。对此,采取的做法是按国家 标准优先推荐值选取电容器额定电压为400 V , 同时电容器投切采用并联控制原则。 4 并联控制投切电容器 采取电容器安装处的功率因数和电压两参数 为投切控制依据来进行综合控制,可确保无功补 偿装置电容器运行区域始终保持在1. 1倍稳定过 电压范围。电容器投入运行的条件为功率因数 低于设计要求且电压低于上限值,或电压低于下 限值同时功率因数小于1 ;切除电容器退出运行 的条件为功率因数高于1或电压高于上限值。 一般电压上限取1. 05倍额定电压,电压下限取 0. 9倍额定电压。 近期,笔者对所在地区2002年安装的320套 公用变压器低压侧无功补偿电容器进行抽检测 试,所得数据显示安装处功率因数为0. 91～ 0. 99之间,最高运行电压为419 V ,电容器静态电 容值年平均下降 1. 2 。事实证明,采取功率因 数与电压并联控制投切方式,无功功率的补偿效 果及稳定电容器的运行电压均效果良好。 收稿日期2004年12月 于建平 电气高级工程,主要从事10 kV及以下配电网规 划、 建设及运行技术管理 12 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.