并聯(lián)電容�,shunt capacitor,原稱移�電容�。主要用于補(bǔ)償電力系�(tǒng)感性負(fù)荷的�(wú)功功�,以提高功率因數(shù),改善電壓質(zhì)�,降低線路損�。單相并�(lián)電容器主要由心子�外殼和出線結(jié)�(gòu)等幾部分組成。用金屬箔(作為極板)與絕緣�或塑料薄膜疊起來(lái)一起卷繞,由若干元件、絕緣件和緊固件�(jīng)�(guò)壓裝而構(gòu)成電容心�,并浸漬絕緣油。電容極板的引線�(jīng)�、并�(lián)后引至出線瓷套管下端的出線連接�。電容器的金屬外殼內(nèi)充以絕緣介質(zhì)��
電網(wǎng)中的電力�(fù)荷如電動(dòng)�(jī)、變壓器�,大部分屬于感性負(fù)�,在�(yùn)行過(guò)程中需向這些�(shè)備提供相�(yīng)的無(wú)功功率。在電網(wǎng)中安裝并�(lián)電容器等�(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以�,可以提供感性負(fù)載所消耗的�(wú)功功率,減少了電�(wǎng)電源向感性負(fù)荷提�、由線路輸送的�(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��
1 諧振
�(dāng)諧波與并�(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�(lián)諧振�
1.1 串聯(lián)諧振
若諧波來(lái)自電源系�(tǒng),則變壓器的電抗和低壓并�(lián)電容器的電容在一定的參數(shù)下配�,就能引�(fā)串聯(lián)諧振,文�(xiàn)[1]有數(shù)字實(shí)�,一�(tái)Uk�6%�1000kVA變壓�,在低壓母線上接�160kVar的并�(lián)電容器,�(jié)果引�(fā)�11次諧波的諧振,使電容器中�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�313A,過(guò)�1.35�,已超過(guò)允許�1.30倍。負(fù)載母線上11次諧波電壓畸變系�(shù)�(dá)6.9%,也已超�(guò)允許值,而低壓電�(含變壓器阻抗ZT在內(nèi))母線上的畸變率只�1.5%�
1.2 并聯(lián)諧振
若諧波源�(lái)自低壓側(cè)的非線性負(fù)荷,例如變頻�,則變壓器的電抗(加上電源系統(tǒng)的少量電�)和低壓側(cè)的電容可�(gòu)成并�(lián)諧振,文�(xiàn)[1]也有�(shù)字實(shí)�,低壓側(cè)接有300kvA的驅(qū)�(dòng)裝置,其它如變壓器和電容器參�(shù)同,1.1節(jié)串聯(lián)諧振中的�(shí)�,結(jié)果引�(fā)11次諧波的并聯(lián)諧振,使電容器中11次諧波電流達(dá)�212A,已大于電容器中基波�90%,總有效電流�(dá)334A,過(guò)�1.45�,也超過(guò)允許�1.30倍,其實(shí)�(fù)載的11次諧波電流才39A,又11次諧波電壓的畸變率已�(dá)8.3%,大大超�(guò)允許��
2 避免諧振的措�
措施之一為改變網(wǎng)�(luò)元件的電抗電容量�,然�,它的可能性不�,特別當(dāng)電容器組是自�(dòng)控制的場(chǎng)�,將有許多諧振條件都要考慮。同�(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)�(biāo)�(zhǔn)�
最常用的方法是與電容器串聯(lián)一�(gè)電抗器,�(diào)諧的諧振頻率低于�(wǎng)�(luò)中產(chǎn)生的次諧波的頻率,這樣,無(wú)論是串聯(lián)諧振還是并聯(lián)諧振就不�(huì)�(fā)生�
�(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�,那么是否凡并聯(lián)電容器都要串電抗器呢?那也不一�,如果需要串,電抗值取多少�?下面著重討�1000V以下低壓電網(wǎng)情況�
2.1 并聯(lián)電容器組(不串電抗�)
�(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�(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�(shí),不需要考慮降低諧波�,但是IEC�(biāo)�(zhǔn)[1]并未給出劃分界線的具體數(shù)�(jù)。筆者認(rèn)為,諧波次數(shù)�17就可以不考慮,即諧振頻率�17次諧泀�
15次諧波是3的整�(shù)�,一般只存在于單�220V的設(shè)備中,這樣只考慮到了13次就可以�。什么場(chǎng)合一定要串聯(lián)電抗,GB[3]�(duì)此問(wèn)題沒(méi)有提�,廠家[4]在樣本中�(guī)定的條件為GN/SN<15%,GN為產(chǎn)生諧波設(shè)備的�(xiàn)在功�。SN為變壓器視在功率。筆者認(rèn)為產(chǎn)生諧波的�(shè)備類型有幾種,發(fā)射諧波電流的大小也不�,還與一些外部條件的變動(dòng)有關(guān)。因�,規(guī)� GN/SN<15%似乎并不明確�(shuō)明什么問(wèn)�,還不如IEC�(biāo)�(zhǔn)[1]的條�,至少概念上是明確的�
2.2 失諧濾波�(detuned filter)
失諧濾波器是一種濾波器,它的調(diào)諧頻率比有相�(dāng)�(considerable),電�(電流)副值的次諧波頻率還要小�(guò)10%多�
常用的并�(lián)電容器按其結(jié)�(gòu)不同,可分為單臺(tái)鐵殼�、箱式、集合式、半封閉�、干式和充氣式等多類品種�
單臺(tái)鐵殼式并�(lián)電容�
這類電容器量大面�,單�(tái)容量一般是50�100�200�334kvar等多�,現(xiàn)在還有更大容量(例如500kvar及以上容量)的產(chǎn)品問(wèn)�,一�100kvar以上容量的產(chǎn)品帶有內(nèi)熔絲。這種�(chǎn)品一旦損�,用戶可以很快用備品自行更換,及�(shí)讓裝置恢�(fù)�(yùn)�,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�,保�(hù)相對(duì)比較完善。目�220kV、特別是330kV及以上電壓等�(jí)變電站大多采用單�(tái)鐵殼式并�(lián)電容�。也有越�(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�(chǎn)電容�。即使如此,也有的還要在其表面噴涂防紫外線漆;這樣的防�(hù)層即可防銹防腐蝕,又可大大減少紫外線輻射�(duì)電容器溫升的�(fù)面效�(yīng),從而延�(zhǎng)電容器的使用壽命�
這種款式的電容器�,我�(guó)二三十年間一直以�(nèi)熔絲電容器為�,即電容器內(nèi)部每�(gè)元件上都配裝一根小熔絲。近幾年�(lái)出現(xiàn)了無(wú)熔絲電容�,是一種既�(wú)�(nèi)熔絲、也�(wú)外熔絲的電容��20世紀(jì)70年代以前,國(guó)�(nèi)生產(chǎn)的全紙電容器與早期的紙膜�(fù)合電容器,白于當(dāng)�(shí)�(nèi)熔絲還處在研究階�,不可能采用到產(chǎn)品中�,保�(hù)電容器的專用外熔斷器也是�1980年起才開(kāi)始研�。電容器出現(xiàn)�(nèi)部元件擊穿后,全依靠電磁式繼電器�(lái)保護(hù),所以當(dāng)�(shí)的電容器都是完全的無(wú)熔絲電容�。隨后內(nèi)外熔絲的相繼�(yīng)用,使我�(guó)的無(wú)熔絲電容器消失了�30�。此間雖然也一直存在無(wú)�(nèi)熔絲電容�,但要配置外熔絲后才允許使用�
�(wú)熔絲全膜電容器有與前不同的新含義,越�(guò)了晶體管繼電�、集成電路繼電器階段,直接�(jìn)入了微機(jī)保護(hù)�(shí)�。我�(guó)�(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�(lián)的方�。內(nèi)部并�(lián)元件�(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)�(nèi)部元件先串聯(lián)后并�(lián)的方�,即最近又被重新倡導(dǎo)的一種接線方式�
(3)�(nèi)部元件既有串�(lián)成分,也有并�(lián)成分,但與上述兩種接線方式不�,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�,需要根�(jù)�(shè)�(jì)�(shí)�(duì)單臺(tái)容量大小與保�(hù)上的要求而定�
這類電容器不宜用于lOkV�(jí)電容器成套裝�。先串后并的元件接線方式雖然在三者中相對(duì)�(lái)�(shuō)好一些,其單�(tái)容量也不宜做得大于lOOkvar。無(wú)熔絲電容器的�(yōu)�(diǎn)是結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單,損耗與制造成本較��
箱式并聯(lián)電容�
該電容器外形和中小型變壓器相�,內(nèi)部為去掉鐵殼的單�(tái)電容器芯子,按設(shè)�(jì)要求若干�(gè)串并�(lián)、預(yù)留散熱油�、抽空脫氣后注滿合格的油而成。這種�(chǎn)品單�(tái)容量較大(500kvar及以�),內(nèi)部出�(xiàn)損壞元件后,一旦炭黑析出并�(kuò)�,則基本�(wú)法修理了�
集合式并�(lián)電容�
這款電容器按其結(jié)�(gòu)�,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�(wú)油封,屬于前�;無(wú)�(chǔ)油柜而在箱體�(nèi)部用其他方式�(lái)�(bǔ)償油位冷熱變化的,屬于后�。目前研�(fā)的一種電�(dòng)�(diào)容產(chǎn)�,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)�,加上在兩�(gè)端子間轉(zhuǎn)接瞬間會(huì)�(chǎn)生相位問(wèn)�,可能引�(fā)麻煩,因此可采用斷電后用�(kāi)�(guān)手動(dòng)�(diào)容的方法�
該電容優(yōu)�(diǎn)突出,缺�(diǎn)也突�。其主要�(yōu)�(diǎn)是安裝方便、維�(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�(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�(guān)�;特別是在有諧波的場(chǎng)所,對(duì)其容量的變化必須�(shí)刻注�。隨著運(yùn)行時(shí)間的推移,內(nèi)熔絲可能�(huì)逐步�(dòng)�,從而引�(fā)三相電容量失�,這一故障很難在現(xiàn)�(chǎng)修復(fù),返廠修理又�(fèi)�(shí)間,影響電容器的投運(yùn)�。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)�(huì)�(yuǎn)離預(yù)定目�(biāo),甚至帶�(lái)麻煩。特別是選取4. 5%電抗百分率的并聯(lián)�(bǔ)償裝�,應(yīng)事先做好�(yù)�,一旦這�(gè)百分率出�(xiàn)下滑�4%靠近�(shí),要有可靠的�(yīng)�(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�(luò)或擊穿時(shí),對(duì)地保�(hù)有“死區(qū)�?!恫�?lián)電容器裝置設(shè)�(jì)�(guī)范�(GB 50227 --1995)及相�(guān)�(guó)家行�(yè)�(biāo)�(zhǔn)均對(duì)此沒(méi)有針�(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�(xiàn)不平衡電壓或電流后,才能迫使后備繼電保護(hù)�(dòng)�。運(yùn)行實(shí)踐表明已有這類事故�(fā)�,而且都是惡性事�。因此在投運(yùn)該類�(chǎn)品時(shí),應(yīng)考慮�(duì)此問(wèn)題加以防�。其�(shí)這類事故的起因是�(duì)地絕緣失�,在保護(hù)上存在盲區(qū)造成�。后備保�(hù)�(dòng)作是事故已經(jīng)�(kuò)�,導(dǎo)致集合式電容器嚴(yán)�?fù)p�,產(chǎn)生了不平衡電壓或電流后的�(bǔ)救揩施,�(xiàn)有保�(hù)不能�(duì)這類惡性事故起到預(yù)防作��
近年�(lái)并聯(lián)�(bǔ)償裝置實(shí)際運(yùn)行的�(tǒng)�(jì)�(shù)�(jù)表明,集合式電容器的年損壞率大約是單�(tái)鐵殼式電容器�4�,有些地區(qū)還要高一�;加上現(xiàn)�(chǎng)�(wú)法維修等因素,近年來(lái)這類�(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�
半封閉式并聯(lián)電容器是將單�(tái)電容器套管對(duì)套管臥放在特制的鋼架�,然后封閉其�(dǎo)電部分(地電位部分不封閉)而成的組裝體??啥鄬硬�?、向高空�(fā)展以節(jié)省占地面積。這種�(chǎn)品對(duì)電容器單元的浸漬工藝要求較高,要裝外熔絲,否則難以保證運(yùn)行安�。該類產(chǎn)品由ABB公司生產(chǎn),國(guó)�(nèi)亞熱帶地區(qū)有他們的�(chǎn)品,已安全運(yùn)�10多年。國(guó)�(chǎn)的早期出�(guò)一些問(wèn)�,也有人主張禁止使用,但改�(jìn)后的�(chǎn)品已�10年以上安全運(yùn)行記��
干式并聯(lián)電容�
該電容器是將低壓金屬化膜技�(shù)移植�(guò)�(lái),若干�(gè)元件�、并�(lián)后制成高壓電容器,因而仍具有自愈特�,而且符合�(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�,電容器�(nèi)部的聚丙烯基膜在條件具備�(shí)仍會(huì)著火。另�,自愈式電容器也不能�(wàn)�(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�(chǎn)品設(shè)�(jì)�(shí)必須要有切實(shí)的防火措施和特殊的保�(hù)措施,方能確保安全運(yùn)��
充氣式并�(lián)電容�
這款電容器目前實(shí)際上是油氣并�,即將集合式�(chǎn)品箱體內(nèi)的油換成氣體,內(nèi)部的單臺(tái)鐵殼�(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�(chǎn)品在這一方面要有特別措施,以便散熱可�。熱管技�(shù)是其中常用的一�。但�,這類�(chǎn)品的�(shí)際表�(xiàn)不盡如人�;其原因之一是氣體的泄漏�(wú)法及�(shí)自動(dòng)�(bào)�,同�(shí)還要給斷路器�(fā)出跳閘信�(hào),以便適�(shí)切除電容�,防止氣體泄漏導(dǎo)致絕緣水平下降引起惡性事��