第五章电力电容器和电抗器

第五章电力电容器和电抗器第一节电力电容器第二节电抗器5.1电力电容器5.1电力电容器一、电力电容器的种类和作用任意两块金属导体，中间用绝缘介质隔开，就可以构成一个电容器。电容器电容的大小，由其几何尺寸和两极板间绝缘介质的特性来决定。当电容器在交流电压下使用时，常以其无功功率表示电容器的容量，单位为乏或千乏。并联电容器：又称为移相电容器。主要用来补偿电力系统感性负载的无功功率，以提高系统的功率因数，改善电能质量，降低线路损耗；还可以直接与异步电机的定子绕组并联，构成自激运行的异步发电装置。串联电容器：又叫做纵向补偿电容器，串联于工频高压输、配电线路中，主要用来补偿线路的感抗，提高线路末端电压水平，提高系统的动、静态稳定性，改善线路的电压质量，增长输电距离和增大电力输送能力。耦合电容器：主要用于高压及超高压输电线路的载波通信系统，同时也可作为测量、控制、保护装置中的部件。均压电容器：又叫断路器电容器，一般并联于断路器的断口上，使各断口间的电压在开断时分布均匀。脉冲电容器：主要起贮能作用，用作冲击电压发生器、冲击电流发生器、断路器试验用振荡回路等基本贮能元件。二、电力电容器的基本结构基本结构：电容元件、浸渍剂、紧固件、引线、外壳和套管。高压并联电容器外观图（1）电容元件用一定厚度和层数的固体介质与铝箔电极卷制而成。若干个电容元件并联和串联起来，组成电容器芯子。电容元件用铝箔作电极，用复合绝缘薄膜绝缘。电容器内部绝缘油作浸渍介质。在电压为10kV及以下的高压电容器内，每个电容元件上都串有一熔丝，作为电容器的内部短路保护。当某个元件击穿时，其他完好元件即对其放电，使熔丝在毫秒级的时间内迅速熔断，切除故障元件，从而使电容器能继续正常工作。高压并联电容器内部电气连接示意图R－放电电阻；F－熔丝；C－元件电容（2）浸渍剂电容器芯子一般放于浸渍剂中，以提高电容元件的介质耐压强度，改善局部放电特性和散热条件。浸渍剂一般有矿物油、氯化联苯、SF6气体等。（3）外壳、套管外壳一般采用薄钢板焊接而成，表面涂阻燃漆，壳盖上焊有出线套管，箱壁侧面焊有吊攀、接地螺栓等。大容量集合式电容器的箱盖上还装有油枕或金属膨胀器及压力释放阀，箱壁侧面装有片状散热器、压力式温控装置等。接线端子从出线瓷套管中引出。目前在我国低压系统中采用自愈式电容器。特点：具有优良的自愈性能、介质损耗小、温升低、寿命长、体积小、重量轻。结构：采用聚丙烯薄膜作为固体介质，表面蒸镀了一层很薄的金属作为导电电极。当作为介质的聚丙烯薄膜被击穿时，击穿电流将穿过击穿点。由于导电的金属化镀层电流密度急剧增大，并使金属镀层产生高热，使击穿点周围的金属导体迅速蒸发逸散，形成金属镀层空白区，击穿点自动恢复绝缘。低压自愈式电容器结构1－心轴；2－喷合金层；3－金属化层；4－薄膜三、电力电容器的型号电容器的型号由字母和数字两部分组成：12-3-4-561：字母部分。第一位字母是系列代号，表示电容器的用途特征：A－交流滤波电容器；B－并联电容器；C－串联电容器；D－直流滤波电容器；E－交流电动机电容器；F－防护电容器；J－断路器电容器；M－脉冲电容器；O－耦合电容器；R－电热电容器；X－谐振电容器；Y－标准电容器（移相，旧型号）；Z－直流电容器。第二位字母是介质代号，表示液体介质材料种类：Y－矿物油浸纸介质；W－烷基苯浸纸介质；G－硅油浸纸介质；T－偏苯浸纸介质；F－二芳基乙烷浸介质；B－异丙基联苯浸介质；Z－植物油浸渍介质；C－篦麻油浸渍介质。第三位字母也是介质代号，表示固体介质材料种类：F－纸、薄膜复合介质；M－全聚丙烯薄膜；无标记－全电容器纸。第四位字母表示极板特性：J－金属化极板。2：额定电压（kV）；3：额定容量（kvar）；4：相数，1－单相，3－三相；5：使用场所，W－户外式，不标记－户内式；6：尾注号，表示补充特性：B－可调式；G－高原地区用；TH－湿热地区用；H－污秽地区用；R－内有熔丝。三、电力电容器的型号例如：（1）BFM12－200－1W，B表示并联电容器；F表示浸渍剂为二芳基乙烷；M表示全膜介质；12表示额定电压（kV）；200表示额定容量（kvar）；1表示相数（单相）；W尾注号（户外使用）。（2）BCMJ0.4－15–3，B表示并联电容器；C表示浸渍剂为篦麻油；M表示全膜介质；J表示金属化产品；0.4表示额定电压（kV）；15表示额定容量（kvar）；3表示三相。BCMJ-1.14-3-3自愈式低压并联电容器（三相）外观图BFM系列高压电力电容器外观图电容器的接线方式接线方式分为三角形接线和星形接线三角形接线：当电容器额定电压按电网的线电压选择时，应采用三角形接线。星形接线：当电容器额定电压低于电网的线电压时，应采用星形接线。相同的电容器，接成三角形接线，因电容器上所加电压为线电压，所补偿的无功容量则是星形接线的三倍。若是补偿容量相同，采用三角形接线比星形接线可节约电容值三分二，因此在实际工作中，电容器组多接成三角形接线。若某一电容器内部击穿，当电容器采用三角形接线时，就形成了相间短路故障，有可能引起电容器膨胀、爆炸、使事故扩大；当采用星形接线当某一电容器击穿时，不形成相间短路故障。电容器的接线方式四、电力电容器的无功补偿1.补偿容量的配置原则全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡。无功补偿的原理在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。无功补偿的原理无功功率比较抽象，它用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。无功补偿的原理在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。但是从发电机和高压输电线供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。不过在确定无功补偿容量时应注意在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功功率会造成功率损耗增加；另外功率因数越高，补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿四、电力电容器的无功补偿2．补偿方式（1）集中补偿:把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧母线上，并装设自动控制设备，使之能随负荷的变化而自动投切。电容器集中补偿接线图电容器接在变压器一次侧时，可使线路损耗降低，一次母线电压升高，但对变压器及其二次侧没有补偿作用，而且安装费用高；电容器安装在变压器二次侧时，能使变压器增加出力，并使二次侧电压升高，补偿范围扩大，安装、运行、维护费用低。优点：电容器的利用率较高，管理方便，能够减少电源线路和变电所主变压器的无功负荷。缺点：不能减少低压网络和高压配出线的无功负荷，需另外建设专门房间。工矿企业目前多采用集中补偿方式。四、电力电容器的无功补偿（2）分组补偿:将全部电容器分别安装于功率因数较低的各配电用户的高压侧母线上，可与部分负荷的变动同时投入或切除。采用分组补偿时，补偿的无功不再通过主干线以上线路输送，从而降低配电变压器和主干线路上的无功损耗，因此分组补偿比集中补偿降损节电效益显著。这种补偿方式补偿范围更大，效果比较好，但设备投资较大，利用率不高，一般适用于补偿容量小、用电设备多而分散和部分补偿容量相当大的场所。优点：电容器的利用率比单独就地补偿方式高，能减少高压电源线路和变压器中的无功负荷。缺点：不能减少干线和分支线的无功负荷，操作不够方便，初期投资较大。四、电力电容器的无功补偿四、电力电容器的无功补偿（3）个别补偿:即对个别功率因数特别不好的大容量电气设备及所需无功补偿容量较大的负荷，或由较长线路供电的电气设备进行单独补偿。把电容器直接装设在用电设备的同一电气回路中，与用电设备同时投切。图中的电动机同时又是电容器的放电装置。用电设备消耗的无功能就地补偿，能就地平衡无功电流，但电容器利用率低。一般适用于容量较大的高、低压电动机等用电设备的补偿优点：补偿效果最好。缺点：电容器将随着用电设备一同工作和停止，所以利用率较低、投资大、管理不方便。电容器个别补偿接线图补偿容量选择原理实际做功的有功电流为：IR；补偿前感性电流为：IL0；线路总电流为：I0；并联电容器后，容性电流为:Ic；补偿后线路感性电流减为：IL；补偿后线路总电流为：I；如要将功率因数从cosφ1提高到cosφ2，需要的电容电流为：Ic=IL0-IL=IR(tgφ1-tgφ2)即:Q=P(tgφ1-tgφ2)用于配电网中的补偿五、电力电容器的使用知识1.检查和维护（1）新装：交接试验、布置、接线、电压符合；控制、保护和监视回路均应完善，温度计齐全，并试验合格，整定值正确；与电容器组连接的电缆、断路器、熔断器等试验合格；三相平衡，误差值不超过一相总容量的5%；外观良好，无渗漏油。（2）运行电容器：电容器外壳有无膨胀、漏油痕迹；有无异常声响和火花；熔断器是否正常；放电指示灯是否熄灭；记录有关电压表、电流表、温度表的读数。如箱壳明显膨胀、外壳渗油严重必须更换。（3）必要时可以短时停电并检查：螺丝松紧和接触；放电回路是否完好；风道有无积尘；外壳的保护接地线是否完好；继电保护、熔断器等保护装置是否完整可靠，断路器、馈电线等是否良好。六、电容器的安全运行电容器应在额定电压下运行。如暂时不可能，可允许在超过额定电压5％的范围内运行；当超过额定电压1.1倍时，只允许短期运行。但长时间出现过电压情况时，应设法消除。电容器应维持在三相平衡的额定电流下进行工作。如暂不可能，不允许在超过1.3倍额定电流下长期工作，以确保电容器的使用寿命。装置电容器组地点的环境温度不得超过+40℃，24h内平均温度不得超过+30℃，一年内平均温度不得超过+20℃。电容器外壳温度不宜60℃。超过如发现超过上述要求时，应采用人工冷却，必要时将电容器组与网路断开。电容器的投入和退出当功率因数低于0.9、电压偏低时应投入；当功率因数趋近于1且有超前趋势、电压偏高时应退出。发生下列故障之一时，应紧急退出：①连接点严重过热甚至熔化；②瓷套管闪络放电；③外壳膨胀变形；④电容器组或放电装置声音异常；⑤电容器冒烟、起火或爆炸。电容器的投入和退出注意事项：(1)电力电容器组在接通前应用兆欧表检查放电网络。(2)接通和断开电容器组时，必须考虑以下几点：①当汇流排(母线)上的电压超过1.1倍额定电压最大允许值时，禁止将电容器组接入电网。②在电容器组自电网断开后1min内不得重新接入，但自动重复接入情况除外。③在接通和断开电容器组时，要选用不能产生危险过电压的断路器，并且断路器的额定电流不应低于1.3倍电容器组的额定电流。电容器的操作(1)在正常情况下，全所停电操作时，应先断开电容器组断路器后，再拉开各路出线断路器。恢复送电时应与此顺序相反。(2)事故情况下，全所无电后，必须将电容器组的断路器断开。(3)电容器组断路器跳闸后不准强送电。保护熔丝熔断后，未经查明原因之前，不准更换熔丝送电。(4)电容器组禁止带电荷合闸