并联电容器设计应注意的问题

1、并联电容器设计应注意的问题并联电容器设计应注意的问题孙美君 (中国电子工程设计院，北京市 100840)接入电网的用电设备绝大多数是电感性负荷。自然功率因数低，如不采取提高功率因数措施，将产生以下不良后果：影响发电机的输出功率，降低有功功率的输出；影响变电、输电的供电能力，降低有功功率的容量；增加电力系统的电能损耗；增加输电线路的电压降。改善功率因数的方法首选提高用电设备的自然功率因数，如采用同步电动机，提高电动机、变压器的负荷率等，其次是选择并联电容器补偿提高功率因数。本文就广泛使用的并联电容器补偿问题进行讨论，这种方法投资小，有功功率损耗小，运行维护方便，事故范围小。但是高压电容难以实现无

2、级调节；通风不良，运行温度高；或流入谐波电流及合闸涌流限制不当，易造成谐波过电流、过电压，涌流超过规定值造成电容器损坏等不良后果。 1并联电容器的设置地点 并联电容器通常按以下三种方式设置。 11集中补偿 将高压电容器集中安装于总降压站或功率因数较低的配变电所高压母线上。但根据 并联电容器装置设计规范(GB5022795)第305条规定：“当配变电所中无高压负荷时，不得在高压侧装设并联电容器。”只有在设置有6kV及10kV空压机、冷冻机等高压用电设备时，才能在高压母线上设置并联电容器。 12分散补偿 用电负荷分散和功率因数较低的终端变电所，采用低压并联电容器安装在低压配电室的低压母线上，减少电

3、力损耗，提高变压器的输出功率。比如在各配电变压器的低压侧设置静电电容器补偿柜，对分散的各个用电设备进行相对集中的无功补偿。 13就地补偿 单台容量较大或虽然单台容量不大但自然功率因数很低的经常运行的低压用电设备，采用低压并联电容器对单台设备进行补偿，减少线路损耗。比如大型风机、气体放电灯等，根据设备容量及其自然功率因数在设备安装处并联电容器，电容器与设备同步运行，对单一设备进行无功补偿。2并联电容器的接线形式电容器的额定电压与电网运行的电压应相吻合，以充分发挥电容器的额定输出功率，并应在电容器本身故障的情况下，整组装置安全运行。目前6kV、10kV电容器一般采用星形接线，低压电容器一般采用三角

4、形接线。纯星形接线优势在于在电容器贯穿性击穿时，故障电容器流过的不是短路电流，而只是三倍的工频相电流，故障电流小，不会造成电容器爆炸事故；合闸涌流小；方便串联电阻；缺点是单台电容器退出运行时对剩余的其他电容器会产生过电压。因此星形接线电容器可以降低保护熔断器的断流容量的要求。目前可以配到6kV、10kV电容器所需要的电流保护用的熔断器，可以避免出现电容器的爆炸事故，既有经济性又有实用性，被广泛采用。 低压电容器组采用三角形接线。优点是一台或多台电容器退出运行时，对其余电容器不会产生过电压，适合比较频繁投切的低压电容器。缺点是三角形接线电容器的合闸涌流较大，并且一台电容器内部击穿时，会产生相问短

5、路，事故电流大，容易造成电容器爆炸。但是现在普遍使用的金属化膜并联电容器具有自愈性及内部安全隔离装置保证了电容器的安全可靠运行。因此低压电容器广泛采用三角形接线。 3 投切方式 应根据需要投切电容器，根据负荷的功率因数及电压的变化进行投切。既不能过补偿也不能欠补偿。可采用手动也可采用自动投切方式。投切电容器遵循下列原则：以功率因数为调整目标投切；以电压为调整目标投切；以固定时间段投切。投切手段可采用机械方法投切，即断路器或交流接触器控制；也可采用电子方法投切，即晶闸管控制。高压系统由于供电范围大，无功功率变化小，电容器运行相对稳定宜采用手动机械式投切方式。低压系统供电范围小，负荷变化大，无功功

6、率变化大，电容器投切相对频繁，宜采用自动控制投切方式。一般性负荷可采用机械方法投切，对无功功率变化范围大、速度快的或三相不平衡的负荷宜采用晶闸管控制投切，晶闸管控制可以调节电容电流和电感电流，快速补偿无功功率，平滑投入无涌流，避免系统的电压闪变，响应时间20ms，并可分相调节。比如大型电炉、轧机、电气化铁路等剧变负荷，可快速到位补偿无功功率。4 高次谐波对并联电容器的影响及抑制谐波 非线性用电设备的广泛应用。比如：电动机调速设备、整流设备、 电弧炉、磁饱和变压器、照明控制系统、办公自动化设备、开关电源、不间断电源、电子镇流器、电焊设备、电子控制机构等，使电力系统存在着许多谐波源。如果直接接人并

7、联电容器，电容器是容性阻抗，并且阻抗和频率成反比，因此电容器容易吸收谐波电流引起过载发热。更有甚者由于回路的参数改变，其容性阻抗与感性阻抗相等时，容易产生谐波谐振。在串联谐振时一个小的谐振电压就可产生较大谐波电流，增加电容器发热，导致绝缘击穿事故。基波电压和谐波电压叠加，会增加局部放电次数，降低电容器寿命。 41串联电抗 为了抑制谐波，在电容器装置中宜串联电抗，通过电容、电抗参数的选择避开谐振点。等效电路如下图所示。 当LC串联回路阻抗Z=XL - XC=0时，就会发生谐振因此谐波条件下： 2f L=1(2f C) 2fnL=K(2fn C) ffn=1K 上述各式中：K - 电抗率

8、；             f - 谐波频率；             fn-基波频率。 对谐波源来讲LC串联回路应保持感性。根据上述公式可得结果如下，串联电抗率K取值为：当抑制3次谐波时取12一13；当抑制5次谐波时取456；当抑制7次谐波时取3；当抑制9次谐波时取2。串联LC回路的谐振频率必须低于系统可能出现的最低次的谐波频率。因为这时串联LC回路可能出现的谐波频率均高于谐

9、振频率，回路为感性，不可能再激活任何谐振；如果LC回路谐振频率高于可能出现的谐波频率，回路为容性，与感性负载又可能产生谐振回路。另外串联电抗还能有效抑制电容器投入电网时产生的涌流，防止和减轻开断电容器组时发生的重燃。 42串联电抗应注意的问题 串联电抗后。在串联电抗器上存在着一个电压降，导致电容器的基波电压升高，电抗率越高，电压增加越大。实际加在电容器上的电压： UC=Un(1 K)式中：UC电容器实际电压；             Un系统标称电压。 无功功率输出量： QC=( UCUn)2×Q (1 K )式中：QC选择电压下应输出的无功补偿容量；             Qn标称电压下标称无功补偿容量。 比如，系统枥称电压400V，电容标称容量30kvar，电容器装置配6的电抗器则电容器的实际电压： UC= 400(1-6)=426 V 因此应选用440V电容器。选择电压下应输出的无功： Q =(440400)2×30(1 - 6)=3412 kvar 5 小结 建议