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[行业技术文章]关于集合式电容器的应用
更新时间:2013-07-15 发布:www.1024sj.com

摘要:本文介绍了平顶山供电区装设的纠合式电容器成套装配,对装设进程中变电站无功抵偿容简直定、纠合式电容器及其配套装备型式和参数的选择等作了说明,还对纠合式电容器运行进程中可能泛起的涌流、过电压和对电网谐波放年夜等一系列问题进行了分析并介绍了接纳的抑制措施,后对若何更合理地选用纠合式电容器成套装配提出了一些看法。


1 前言

  平顶山供电区地处华中电网火电基地,大都变电站运行电压偏高,所以曩昔各站均未装设无功抵偿装配。这就造成平顶山供电区内缺少无功,功率因数偏低,线损率偏高。随着有载调压变压器的普遍使用,经计较分析,安装抵偿电容装配后,与变压器有载调压装配配合,年夜部门变电站可知足母线电压的要求,同时也提高了系统功率因数,到达《城市电力网计划设计导则》的有关划定和供电企的考核要求。因而从1998年起,平顶山供电区相继在辖区内的1个220kV变电站、5个110kV变电站和2个35kV变电站装设了纠合式电容器成套装配。
  并联抵偿电容器在运行中存在操作过电压、合闸涌流及放年夜谐波电流等一系列问题,这是设计工作中所必需斟酌的。笔者加入了在这些变电站装设纠合式电容器成套装配的安装设计工作,设计工作中遇到了较多问题,  经由过程对有关著的学习研究和向有关家就教,对这些问题有了一些初步的熟悉。这里针对一些具有普遍性的问题,连系平顶山供电区的具体做法,进行一些简单的回纳和分析,以便于和广年夜同进行分析和探讨,配合提高对电力电容器的熟悉。

2 变电站无功抵偿容简直定

  凭据无功分层平衡,就地抵偿的原则,变电站装设的无功抵偿装配仅用来抵偿站内的无功消耗。站内的无功消耗主要是主变的无功消耗,包括励磁消耗和漏抗消耗两部门,励磁消耗属不变无功消耗,其值为变压器额定容的比例即变压器的空载电流百分数,数值较小。漏抗无功消耗与变压器的运行负荷年夜小有关,在变压器无功消耗中占尽年夜部门。是以在计较时必需凭据主变当前负荷并斟酌到负荷未来的成长,计较出主变的无功消耗后,连系纠合式电容器产物规格,来肯定无功抵偿容。

3 纠合式电容器的选用

  纠合式电容器由多个带小铁壳的单元电容器组成,单元电容器是全密封的,其内部主要是多个并联的装有内熔丝的小电容元件和液体浸渍剂。单元电容器按设计要求并联和串联联接,固定在支架上,装进年夜油箱,注进尽缘油,组成纠合式电容器。
  我们采用的纠合式电容器全数为全膜介,全膜产物较膜纸复合产物损坏率很低,且体积小、重轻、介损低、节能,元件击穿时击穿点的膜融化,不析出气体,年夜年夜提高了产物的靠得住性。
  我们采用的纠合式电容器可分三档(分Q/3、2Q/3和Q三档,Q为纠合式电容器总容)或两档(分Q/2和Q两档调容,这使变电站可凭据负荷变化合理调整抵偿容,避免负荷轻时电容器投不上的弊端。调容须在断电情况下进行,调容的方式有抽头调容和转换开关调容两种。
    使用转换开关调容的纠合式电容器调容转换开关置于纠合式电容器的箱体内,由调容转换开关引出一根16芯控制电缆至调容控制器,在断电情况下经由过程调容控制器上的档位转换按钮实现纠合式电容器的调容。调容控制器上还装有远动接口,所以采用转换开关调容的纠合式电容器为电容分组自动投切、实施无功、电压综合控制和实现远方操作缔造了条件。其错误谬误是若转换开关泛起故障,需打开纠合电容器箱体进行维修,这需厂方派技术人员现场指导。
  使用抽头调容的纠合式电容器在电容器箱体上一般按总容的1/3和2/3引出抽头,并在箱体上安装两组调容隔脱离关,经由过程操作调容隔脱离关,对纠合式电容器进行调容。其点是调容隔脱离关装配的故障机率较低,泛起故障后也容易维修,错误谬误是使用抽头调容的纠合式电容器体积较年夜,难以实现远动、自动功能。
  在平顶山供电区变电站装设无功抵偿装配前,除郏县变和龙泉变外其它各已建成的变电站均未预留装设电容抵偿装配的位置,大都变电站内可哄骗空位较少。凭据我局现实情况,比力其错误谬误,我们肯定采用纠合式电容器成套装配对各已建成的变电站进行无功抵偿。
  今朝全膜、充油的纠合式电容器已成为并联抵偿电容器的主导产物。但更进步前辈的产物已泛起并投进运行。

3.1 充气纠合式电容器

  这类纠合式电容器的内部电容器单元与常规纠合式电容器不异,但在年夜外壳中采用SF6等气体进行尽缘和散热,在场强和容不异的情况下含油为常规纠合式电容器的1/8,年夜年夜下降了故障情况下造成火灾的危险性,固然也不存在渗漏油的问题。充气纠合式电容器更容易维护,只在气体压力低于0.005MPa时,充进少许氮气既可,而这通常为在产物正常使用十年以后的事。另外充气纠合式电容器还具有零部件种类少,结构简单;重轻,安装运输利便;防爆,经济性能好(成本与常规纠合式电容器相当)等点。

3.2 箱式电容器

  箱式电容器基本上相当于往失落单元电容器小金属外壳的纠合式电容器,这就破除了单元电容器对小金属外壳击穿的可能性,提高了靠得住性。用油少,较同品级的纠合式电容重视减轻30%左右。箱式电容器在比特征、制造成本、消耗金属材料和冷却介和重等技术经济指标上均于纠合式电容器,但如果发生内部故障则必需返厂修理。在日本,纠合式电容器经太短暂时间即被箱式电容器所取代。

3.3 干式可自愈高压并联电容器

  这类电容器的元件采用金属化聚丙烯膜绕卷而成,并由树脂灌封,多个这类电容器元件并联组成电容器单元,电容器单元电压限制在1kV左右。多个电容器单元串联组成这类电容器。这类电容器难燃、难爆,免维护,为模块结构,可凭据需要扩大成分歧容。
   这些更进步前辈的产物应是我们从此选用并联抵偿电容器时重点关注的对象。

4 并联抵偿电容器投进电网时的涌流计较及串联电抗器的选择
  
  在电容器(组)投进电网运行的瞬间总会泛起高幅值的电流,称为涌流。若不串联电抗器加以限制,涌流峰值可能跨越电容器(组)额定电流的100倍。在高幅值涌流的冲击下,不仅会使电容器发生损坏,还会使电网中的开关、电流互感器等装备受损,继电庇护装备误动。
   并联抵偿电容器装配的合闸涌流限值为电容器额定电流的20倍,当跨越时应装设串联电抗器予以限制。装设的串联电抗器仅用于限制合闸涌流时,电抗率宜取0.1%~1%。
    连系平顶山供电区谐波治理情况,斟酌到纠合式电容器成套装配中为限制某次谐波而设置装备摆设年夜电抗器时一方面增加无功消耗,另外一方面还将提高电容器端子上的运行电压,提高过电压水平,影响电容器的平安与寿命。所以我们的纠合电容器成套装配中均设置装备摆设K=1%的小电抗器,仅用来限制合闸涌流。

 


5 并联抵偿电容器的过电压庇护

5.1 今朝国内外主要使用氧化锌避雷器(MOA)对并联抵偿电容器进行操作过电压庇护。实验研究中的数据讲明:
   ①各类操作过电压中,分闸操作时的过电压是主要的,其中分闸操作过电压又主要泛起在单相重击穿时,两相重击穿和一次操作时泛起屡次重击穿的机率均很少。
  ②单相重击穿的突出特点是电容器极间电压基本不升高,过电压主要在中性点对地的杂散电容上,然后由中性点传递到非重击穿相,是以,不管直接限制相—地间电压,仍是限制中性点—地间电压,均能到达限制单相重击穿过电压的目的。这类过电压可跨越4(P.U)。而当电源侧有接地故障时发生单相重击穿,其过电压倍数更高。
  ③两相重击穿由于重击穿后时间上的差异,不仅可能发生极对地的过电压,也可发生电容器的极间过电压。极对地过电压是在一相首先击穿后,即单相重击穿进程中发生。随即在另外一相断口上发生很高的恢复电压,而使断口击穿,即形成两相重击穿。两相重击穿后在两相的电容、电感回路中发生强烈的暂态进程,由此在电容器极间发生过电压。过电压值与网络参数、XL/XC值等有关。两相重击穿时极间过电压可达3(P.U),而极对地过电压却远没有带接地故障时的单相重击穿严重。如电容器相间杂散电容与回路中的电感发生谐振,则可能发生更高的过电压。
  ④电源侧有单相接地故障时的单相重击穿,对电容器的极间电压无影响;两相重击穿时过电压也不受单相接地的影响。
   以上四点是我们肯定避雷器接线方式和选择避雷器参数的主要依据。

5.2 庇护并联抵偿电容器用MOA的接线方式

  典型的对纠合式电容器进行操作过电压庇护的MOA的接线方式见图1。

 


  图1a接线将串联电抗器串接在纠合式电容器之前,将MOA接在串联电抗器和纠合式电容器之间。图1b接线将串联电抗器后置,将MOA接在纠合式电容器和串联电抗器之前。由于串联回路中电容器和电抗器上的电压相位总是相反的,所以,对于图1b接线方式,避雷器上的电压要低于电容器上的电压,使电容器极地间过电压不能获得有用的庇护。
   运行中,使用MOA采用传统的相地庇护方案限制单相重击穿过电压时,屡次发生避雷器的爆炸事故。是以,武汉高压研究所和东北电力实验研究院都在自己的研究陈述中提出了中性点避雷器的庇护方案,并建议以此取代传统的相对地庇护方案。即采用图1c接线,陈述中分析认为,中性点避雷器有以下点:
    ①正常运行时荷电率接近于零,仅在电源侧有单相接地故障时荷电率较高,这使避雷器电阻片得以自恢复,年夜年夜延缓避雷器的老化速度,削减了避雷器的损坏事故,对电容器的平安运行有益;
    ②使用避雷器数目少,经济;
   ③避雷器接在中性点,万一发生爆炸事故,难以形成相间短路,事故影响面小。
   可是,当电源侧有单相接地故障时开断电容器发生单相重击穿,中性点避雷器的工作条件更为严酷,它将同时吸收电源、电容器组和中性点杂散电容释放的能,易引发避雷器爆炸,是以,中性点避雷器的使用条件还要局限于不斟酌电源侧有单相接地故障时的单相重击穿,或对运行条件加以限制:当电源侧有单相接地故障时不能作停运电容器的操作。
   对于两相重击穿时发生的极间过电压避雷器的图1a~图1c三种接线均限制不了,为限制两相重击穿过电压同时也能限制单相重击穿过电压,可采用图1d和图1e接线。但由于电容器极间耐受电压水平较低,用于电容器极间过电压庇护的MOA的直流1mA参考电压只能选择在(1.86~2)Un左右,在两相重击穿时承受过年夜的放电能,极易造成用于电容器极间过电压庇护的MOA的损坏,是以,这类庇护方式是不完全靠得住的。两相重击穿过电压发生的几率很小,为此增加用于电容器极间过电压庇护的MOA的2ms方波通流能力得不偿失,好的解决法子是选用不重击穿的,至少是不发生两相重击穿的真空开关投切电容器。
   经过度析比力,我们对纠合式电容器进行操作过电压庇护的MOA的接线方式采用图1a接线。避雷器采用有机复合外衣的MOA,以免因避雷器爆炸而造成纠合式电容器成套装配的相间短路。由于图1a接线没法限制两相重击穿过电压,我们尽选用性能秀的真空断路器来投切纠合式电容器,要求用来投切纠合式电容器的真空断路器必需经过“老炼”处置,并对真空断路器的机构严酷进行调整,保证三不异期操动,削减弹跳,以限制重击穿过电压。

6 竣事语

  经由过程对此次平顶山供电区年夜规模装设纠合式电容器成套装配的工作的回首和总结,对变电站的无功抵偿装配有这样几个想法。
6.1 依照变电站的无功抵偿装配仅抵偿站内无功消耗的原则来肯定变电站无功抵偿容时,准确掌握变压器的负荷情况长短常重要的。由于变电站的无功消耗主要是变压器的无功消耗,变压器的无功消耗直接受其所带负荷的影响。是以肯定变电站无功抵偿容时,首先应准确掌握变电站当前的负荷情况,包括其年年夜负荷、年小负荷、月年夜负荷、月小负荷及其负荷在1年内和1月
内的变化纪律等情况,然后还需掌握该变电站5年甚至10年的负荷成长,后凭据这些情况肯定无功抵偿总容和分档容。
6.2 今朝我们使用电压无功自动控制屏对纠合式电容器进行控制,它凭据变电站的功率因数和电压水平来调理有载调压变压器分接头和自动投切纠合式电容器,但纠合式电容器的分档调容仍需在断电情况下手动操作,这就难以充实阐扬可调容纠合式电容器的势,也难以使变电站的功率因数和电压水平到达好状态。据领会有的厂家已生产出了与其可调容纠合式电容器配套的高压可调容智能综合控制器,该装配可凭据变电站的功率因数和电压水平,对可调容纠合式电容器自动进行调档、投切。该装配同时还对电容器组设有过流、速断、欠压、过压和启齿三角形电压庇护,并可自动依照电容档位批改庇护定值。用这类装配和电压无功自动控制屏连系起来使用,无疑将会提高变电站对电压和无功功率自动控制的水平,更利于保证变电站电压及格,无功功率基本平衡。
6.3 并联抵偿电容器组的过电压庇护是个相当复杂的技术问题,对采用避雷器抑制电容器操作过电压的研究工作还在继续,出格是一些接线方式下避雷器参数的选择计较,还没有统一的结论。我们对于纠合式电容器的运行经验很是少,我们将在从此的运行中,紧密亲密关注纠合式电容器的运行情况,不竭总结经验。


参考文献

[1] GB50227-1995,并联电容器装配设计规范[S]
[2] DL/T620-1997,交流电气装配的过电压庇护和尽缘配合[S]
[3] 靳龙章,丁山.电网无功抵偿实用技术[J].中国水利水电出书社

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