毕业论文-基于无熔丝电容器的并联电容补偿装置设计

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文- PAGE II - PAGE II -基于无熔丝电容器的并联电容补偿装置设计摘要通过无功补偿，可以提高负载和系统的功率因数、减少设备的功率损耗、降低设备容量、挖掘发供电设备潜力，对国家可以节约能源，对企业节省用电支出，都具有重要意义。本文选取当前我国无功补偿应用最为广泛的并联电容补偿装置作为主要研究对象。文中分析了并联电容补偿装置的工作原理，即利用超前于电压的容性电流补偿负载中普遍存在的滞后于电压的感性电流；分析了装置的设计原理，包括其组成、电压容量的确定方法以及配套部件、保护方式和布置方式的选择方法；对其核心部分电力电容器中无熔丝电

2、容器的技术特征进行阐述，分析了无熔丝电容器的含义、原理、接线及其优点，并从电压等级和容量两方面对无熔丝电容器的适用范围进行了讨论；通过理论计算，设计一台无熔丝电容器BAM21-334-1W，并参照相关国家标准选取装置相关配套部件，设计了一套基于无熔丝电容器的并联电容补偿装置TBB66-4008/334-AQW。关键词无功补偿 并联电容补偿装置 电力电容器 无熔丝电容器Parallel capacitor compensator design based on fuseless capacitorAbstractReactive power compensation, improves load

3、 and system power factor, reduces the power loss of the equipment, reduces the equipment capacity and taps the potential of power equipment. The state can save energy and the enterprise can reduce electricity consumption spending, both are of great significance. This paper selects the parallel capac

4、itance compensation device which is the most widely used reactive power compensation as the main object of study.This paper analyzes the works of the parallel capacitor compensation equipment, namely to use the capacitive current ahead of the voltage compensates the load ubiquitous inductive current

5、 lags the voltage. Analysis of the design principle of the device, including its composition, determines the voltage capacity and ancillary components, protective mode and the layout of the selection methodology. Discuss the core part fuseless capacitor in the power capacitors on its meaning, princi

6、ple, wiring, and its advantages, and the scope of fuseless capacitor voltage rating and capacity. Design a fuseless capacitor BAM21-334-1W by theoretical calculation, and with reference to the relevant national standards, to select a device related components, has designed a parallel capacitor compe

7、nsator TBB66-4008/334-AQW based on fuseless capacitor. Keywordsreactive power compensation, parallel capacitor compensation device, power capacitor, fuseless capacitorPAGE II- - PAGE IV -目录摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327959884 第1章 绪论 PAGEREF _Toc327959884

8、h 1 HYPERLINK l _Toc327959885 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc327959885 h 1 HYPERLINK l _Toc327959886 1.1.1 电力系统无功补偿 PAGEREF _Toc327959886 h 1 HYPERLINK l _Toc327959887 1.1.2 无功补偿装置分类 PAGEREF _Toc327959887 h 1 HYPERLINK l _Toc327959888 1.1.3 无熔丝电容器在补偿装置中的应用 PAGEREF _Toc327959888 h 3 HYPERLINK l _Toc327959889 1

9、.2 国内外发展现状 PAGEREF _Toc327959889 h 3 HYPERLINK l _Toc327959890 1.2.1 并联电容补偿装置的发展 PAGEREF _Toc327959890 h 3 HYPERLINK l _Toc327959891 1.2.2 无熔丝电容器的发展 PAGEREF _Toc327959891 h 4 HYPERLINK l _Toc327959892 1.3 本文研究内容 PAGEREF _Toc327959892 h 5 HYPERLINK l _Toc327959893 第2章 并联电容补偿装置设计原理 PAGEREF _Toc3279598

10、93 h 6 HYPERLINK l _Toc327959894 2.1 容性无功补偿原理 PAGEREF _Toc327959894 h 6 HYPERLINK l _Toc327959895 2.2 并联电容补偿装置 PAGEREF _Toc327959895 h 7 HYPERLINK l _Toc327959896 2.2.1 装置型号说明及组成 PAGEREF _Toc327959896 h 7 HYPERLINK l _Toc327959897 2.2.2 补偿容量及电压的确定 PAGEREF _Toc327959897 h 7 HYPERLINK l _Toc327959898

11、2.2.3 其他配套部件的选择 PAGEREF _Toc327959898 h 8 HYPERLINK l _Toc327959899 2.3 继电保护 PAGEREF _Toc327959899 h 10 HYPERLINK l _Toc327959900 2.4 装置布置方式 PAGEREF _Toc327959900 h 13 HYPERLINK l _Toc327959901 2.5 本章小结 PAGEREF _Toc327959901 h 14 HYPERLINK l _Toc327959902 第3章 无熔丝电容器 PAGEREF _Toc327959902 h 15 HYPERL

12、INK l _Toc327959903 3.1 油浸式电力电容器结构 PAGEREF _Toc327959903 h 15 HYPERLINK l _Toc327959904 3.2 无熔丝电容器技术特征 PAGEREF _Toc327959904 h 16 HYPERLINK l _Toc327959905 3.2.1 无熔丝电容器的含义、原理及接线 PAGEREF _Toc327959905 h 16 HYPERLINK l _Toc327959906 3.2.2 无熔丝电容器的优点 PAGEREF _Toc327959906 h 17 HYPERLINK l _Toc327959907

13、3.2.3 无熔丝电容器适用范围 PAGEREF _Toc327959907 h 17 HYPERLINK l _Toc327959908 3.3 本章小结 PAGEREF _Toc327959908 h 18 HYPERLINK l _Toc327959909 第4章 并补装置TBB66-4008/334-AQW设计 PAGEREF _Toc327959909 h 19 HYPERLINK l _Toc327959910 4.1 前提条件 PAGEREF _Toc327959910 h 19 HYPERLINK l _Toc327959911 4.2 装置型号确定 PAGEREF _Toc3

14、27959911 h 19 HYPERLINK l _Toc327959912 4.3 电容器单元设计 PAGEREF _Toc327959912 h 20 HYPERLINK l _Toc327959913 4.4 整定值计算 PAGEREF _Toc327959913 h 24 HYPERLINK l _Toc327959914 4.5 装置各部分参数 PAGEREF _Toc327959914 h 25 HYPERLINK l _Toc327959915 4.6 本章小结 PAGEREF _Toc327959915 h 27 HYPERLINK l _Toc327959916 结论 PA

15、GEREF _Toc327959916 h 28 HYPERLINK l _Toc327959917 致谢 PAGEREF _Toc327959917 h 29 HYPERLINK l _Toc327959918 参考文献 PAGEREF _Toc327959918 h 30 HYPERLINK l _Toc327959919 附录 PAGEREF _Toc327959919 h 31- PAGE 10 - PAGE 41 -绪论课题背景电力系统无功补偿在交流电路中，由电源供给负载的电功率分为有功功率和无功功率两种。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，是将电能转换为其他形式能量作出有效

16、功用的效率。而无功功率是用于电路内电场与磁场的交换，为建立交变磁场和感应磁通并维持磁场的电功率1。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。所以在电力系统中，负载不但要从电源取得有功功率，还要取得无功功率。如果电源所提供的无功功率不足，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么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会下降，从而影响用电设备的正常运行。而如果单方面提高电网的输电功率来满足用电设备所需的功率，就会有大量的无功功率浪费掉。合理地配置无功功率补偿容量，改善电力网的无功潮流分布，提高电力系统及负载的功率因数，降低设备容量；稳定电网的电压，提高供

17、电质量；平衡三相有功及无功负载，这是由于无功补偿装置可以补偿掉负序电流分量，同时通过合理的绕组接线使零序电流无法流通，就可使三相负荷平衡2-3。特别是近些年随着工业的发展、异步电机和变压器的使用、大型可控硅装置的应用以及大功率冲击性负荷的存在，使得供电系统功率因数变低，电压波动变大。在这种情况下，无功补偿装置显得尤为重要。所以在电网中需要设置一些无功补偿装置来补偿无功功率，以保证用电设备对无功功率的需要。无功补偿装置分类无功补偿装置类型见图1-14-5。无功补偿装置按照接入系统的方式，分为并联补偿和串联补偿。并联补偿是指装置并联在系统负荷两侧，主要用于减少线路损耗、提高功率因数。并联补偿装置的

18、发展主要历经了同步调相机、并联电容/抗补偿装置、静止无功补偿器（SVC）和静止无功发生器（SVG）四个阶段。同步调相机以损耗大、噪声大、造价高、效率低、运行成本高等原因现已很少使用，被随后出现的并联电容/抗补偿装置所取代。并联电容/抗补偿装置是指开关投切固定电容/抗器，因其造价低、效率高、运行成本低，保护完善的情况下可靠性很高，成为现今无功补偿装置的主流。SVC全称静止型相控电抗器式动态无功补偿装置，静止是相对同步调相机中电机的旋转所说的。SVC被国际大电网会议定义有自饱和电抗器（SR）、机械投切电容器（MSC）、机械投切电抗器（MSR）、晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）

19、、晶闸管投切电抗器（TSR）、自转向或电网转向转换无功补偿装置同步调相机无功补偿装置同步调相机静止无功发生器（SVG）静止无功补偿器（SVC）串联补偿装置并联补偿装置串联电容器补偿装置并联电抗 补偿装置并联电容 补偿装置交流滤波装置并联电容器装置图1-1图1-1 无功补偿装置类型上述无功补偿装置既有容性无功补偿也有感性无功补偿，实际系统由于大量存在着电机、变压器等阻感负载，对容性补偿的需求远大于感性补偿。本文只讲并联电容补偿装置，所述无功补偿均指容性无功补偿，所用电容器均指用于系统无功补偿并补的高压电力电容器。无熔丝电容器在补偿装置中的应用电力电容器发出容性无功功率，吸收感性无功功率，是容性无

20、功补偿的核心器件。在电容器运行过程中，难免会有个别元件发生击穿，从而产生过电流，对系统造成危害，所以需要对电容器采取一定的保护措施。目前，按照电力电容器内部故障的第一道保护措施来划分，可分为内熔丝电容器、外熔断器电容器以及无熔丝电容器三种。内熔丝电容器是在电容器的每个元件上串联熔丝，当某元件击穿时，大电流使得熔丝迅速熔断，将击穿元件切除，使得整台电容器仍能在电网中正常运行。但是由于被隔离元件的相邻元件上需要承受较大的过电压，所以内熔丝保护方案一般不用于不接地星形电容器组。同时，由于将熔丝熔断需要有足够大的电流，所以内熔丝的应用对电容器内部并联元件的个数有要求，并联元件数一般不小于10个，因此内

21、熔丝保护方式对补偿容量较小的系统并不适用。此外，对于大元件电容器通常不采用内熔丝保护方案。外熔断器电容器也称外熔丝电容器。外熔丝电容器是用一个外部熔丝（熔断器）来保护多个电容元件，外熔丝是单台电容器内部元件短路故障（包括引线对外壳的短路故障）的保护器件。但是从运行情况来看，外熔丝的质量和性能并不稳定。而且当电容器组的串联段数等于或大于3时，外熔丝并不能可靠保护内部元件（包括极对壳故障）。外熔丝保护方式对外部环境要求比较大，天气状况的不确定性使得采用外熔丝保护的装置每二到三年就要更换一次外熔断器。此外，对于小元件电容器通常不采用外熔丝保护方式6。无熔丝电容器的保护方式相对较新，是在全膜介质应用到

22、电容器中之后才出现的。全膜介质电容器在元件击穿后，两极可以良好的熔焊在一起，可视为短路，利用这一特点并且改变电容器内部元件连接方式即可代替内熔丝形成自保护。无熔丝电容器对于元件大小没有要求，没有内外熔丝在熔丝上的功率损耗，同时还具备结构紧凑、运行可靠等诸多优点，逐渐推广使用。国内外发展现状并联电容补偿装置的发展国内1980年以前，成套装置技术还不够完善，1980年以后，国民经济发展速度加快，供用电部门对无功功率补偿的需求日渐迫切，国内电容器行业开始向电力用户提供并联电容器成套装置。相关行业在这种形势的推动下，积极开展电容器及有关配套件的开发研制, 使得上述情况很快有了变化：电容器由于介质不断更

23、新换代，单台大容量产品问世，目前国内最大可达1Mvar 左右；油浸铁芯乃至干式空心串联电抗器相继开发成功，最后又出现了干式铁芯产品；喷逐式熔断器广泛地投入使用；专用放电线圈和电容型大通流容量氧化锌避雷器的系列化生产；老炼处理后不重燃的真空开关投切电容器组顺利过关；三角形接线被星形接线淘汰。这一系列的技术进步，加之用户运用管理水平的提高，使得该类装置的事故率大幅下降，大多数厂家产品的年损率降至1%以下，接近或达到国外先进水平。与国内相比，国外成套装置的起步较早，发展到现在与国内相比主要有以下几点优势：（1）在国外，电容器几乎全部以成套形式供应，现场安装、调试简便，准备工作少，产品商业化程度很高。

24、（2）国外电容器制造商大多是信誉卓著，技术领先的大公司。因此其成套装置的水平很高，所有主、辅设备均可生产。（3）国外厂家的制造水平较高，无论从外观、排列方式、防腐蚀处理等方面，还是载流接头、夹持部分等细节，都表现出不少可取之处。（4）一般说来, 国外厂商很注意“系统设计”这一过程。由于其供货的成套性较强，甚至连电网规划都是厂家参与，使得其产品与系统工况贴近，比较注意实际使用效果。（5）国外在设计制造产品时，十分注重“成本”概念，因此其产品场强比国内高30%50%，成套中单个电器的性能不一定是用最好的，但经过综合配置后其整体性能是不错的，国内产品相比则显“保守”，价格缺乏竞争力7。无熔丝电容器的

25、发展国内早在上世纪七十年代之前，内熔丝和外熔丝尚未研制和应用到电容器当中，那时的电容器全都是无熔丝电容器。但那时所谓的无熔丝只是结构上不存在熔丝，而并非指一种保护方式。采用全纸介质或膜纸复合介质而又没有一些基本的保护措施，当有元件击穿后对系统影响比较大。后来研制出了内熔丝串联在每一个元件上，当元件击穿时会有较大的电流，很快将熔丝熔断，将损坏元件切出电路，从而达到保护的目的。与此同时也有不添加内熔丝而在单台电容器外整体加装外部熔断器，当某台电容器性能不能满足系统要求时将其整体切出电路。当全膜介质出现后，新式的无熔丝电容器首先在国外出现。2005年，美国GE公司为南网广西百色串补站提供了国内第一套

26、无熔丝电容器组的串补装置。随后在2007年和2009年，GE公司又为南网百色串补站二期和贺州串补站提供了无熔丝电容器组的串补装置8。以上工程投运后，电容器组整体运行良好。从此，国内开始认识这种新的保护方式。但国内对无熔丝电容器的了解仍然很少，随着超高压和特高压的发展，外熔丝电容器逐渐推出使用，内熔丝电容器占据了主流市场。无熔丝电容器同内、外熔丝电容器一样，提供了一种新的电容器设计方式，目前无熔丝电容器技术在我国尚未广泛应用，需要通过应用实践加以认识，不断完善和提高，充分发挥其技术上和经济上的优越性。早在全膜介质电容器出现之前，国外也采用内外熔丝的保护方式对电容器进行保护。美国从上世纪八十年代开

27、始采用全膜介质电容器后，发现介质击穿后两极板能良好地熔焊在一起，在此基础上研究和开发出了无熔丝电容器。1988年美国首先在138kV电容器组的一相上试验性地安装了50.4Mvar的无熔丝电容器，单元容量为300kvar。1989年10月，世界上第一套无熔丝电容器组(额定电压115kV，中性点不接地运行)在美国佐治亚州投入商业运行，以其结构紧凑、外形美观、运行可靠为人们所称赞，随后开始大量推广应用。由于各公司所擅长的不同，现在国外在熔丝保护上基本形成了内熔丝、外熔丝和无熔丝电容器并存的局面。ABB公司以先进的内熔丝技术著称，所以极力推广内熔丝电容器，只要适用，均采用内熔丝方式。对于不适用内熔丝方

28、式的情况，ABB公司也少量生产外熔丝和无熔丝电容器。COOPER公司多生产外熔丝和无熔丝电容器，如果客户要求的话偶尔也采用内熔丝的方式。GE公司以内熔丝电容器结构复杂、生产效率低、成本高等原因明确说明不生产内熔丝电容器，只生产外熔丝和无熔丝电容器9。本文研究内容并联电容补偿装置设计原理，包括组成、电压容量的确定，还有配套部件以及保护方式、布置方式的选择方法。无熔丝电容器的技术特征，无熔丝电容器BAM21-334-1W设计。基于无熔丝电容器的并联电容补偿装置TBB66-4008/334-AQW设计。并联电容补偿装置设计原理容性无功补偿原理并联电容器组进行无功补偿的基本原理是：把容性负载和并联在感

29、性负载两端，感性负载所需要吸收的无功功率由容性负载发出的无功功率进行补偿，能量在感性负载和容性负载之间相互转换。在工业生产和日常生活用电中，大量存在着电动机、变压器等等阻感负载，除有功功率之外还消耗着大量的感性无功。如图2-1a开关断开时，系统的功率因数： （2-1）式中：。当开关闭合，电容C并联在阻感负载两端，有如下关系： （2-2） 由向量图2-1b可知，电容并入电路后，电压与电流之间的相位角减小，即功率因数提高。同时，电流变小，电源输出总容量变小。图2-1 无功补偿原理如图2-1b所示，补偿后电流相位仍滞后于电压，称为欠补偿；如图2-1c，补偿后电流相位超前于电压，称为过补偿。补偿不可能

30、使得系统无功功率正好为零，所以要选择适当的电容值，即选择合适的补偿容量。并联电容补偿装置装置型号说明及组成并联电容补偿装置型号说明如下：6 5 4 3 2 8 1 9 7 6 5 4 3 2 8 1 9 7 1.1.T-成套装置2.2.装置类型：BB-并联电容器装置；AL-交流滤波电容器装置；DL-直流滤波电容器装置；CB串联电容器装置3.3.布置方式：Z-柱式；G-户内柜式；H-户外箱式；缺省为框架式4.4.系统标称电压（kV）5.5.装置容量（kvar）6.6.单台容量（固定补偿，kvar）/分组数（分组投切）8.保护方式：K-开口三角；C-差压；L-电流不平衡；Q-桥式差电流7.8.保护

31、方式：K-开口三角；C-差压；L-电流不平衡；Q-桥式差电流7.接线方式：A-单星；B-双星；C-三星；D-单相9.使用环境：W-户外；缺省为户内9.使用环境：W-户外；缺省为户内并联电容补偿装置主要包括以下部件：高压电容器组、串联电抗器、放电线圈、氧化锌避雷器、熔断器、隔离开关、保护装置以及投切装置等。无熔丝电容器不使用熔断器。补偿容量及电压的确定前面提到过，无功补偿不可能正好使得系统无功功率为零。为避免欠补偿和过补偿的出现，通常情况下，将功率因数提高到0.95是最合适的。一般可按下式计算补偿容量： （2-3）式中：-电容器组安装容量，kvar； -负载功率，kW； -补偿前功率因数； -补

32、偿后功率因数。整套装置容量确定之后，单台电容器单元的补偿容量即可根据装置容量以及电容器单元的串并联数计算出来。电压方面，整套装置的额定电压即为其所接入系统的母线电压，而由于串联电抗器的存在，电容器组的运行电压比母线电压略高。电容器的额定电压如选得太高，则电容器装置的额定输出将损失，达不到电力部门预期的要求；额定电压如选得太低，则电容器将一直过电压运行，不利于电容器的安全运行。电容器组接入串联电抗器后，每个电容器单元的额定电压可由下式计算而得： （2-4）式中：-电容器组串联数； -电容器单元额定电压； -1.05，电压波动的裕度； -电网额定电压； -串联电抗器电抗率。电压及容量确定之后，即可

33、确定电容器型号，型号说明如下：79 68 57 46 35 2 1 79 68 57 46 35 2 1 1.A1.A-滤波电容器；B-并联电容器；C-串联电容器；D-直流电容器3.固体介质：M-全膜介质；F膜纸复合介质2.液体介质：A-苄基甲苯；F-二芳基乙烷3.固体介质：M-全膜介质；F膜纸复合介质2.液体介质：A-苄基甲苯；F-二芳基乙烷4.系统标称电压（kV）4.电容器额定电压（kV）4.电容器额定电压（kV）6.相数：1-单相；3-三相5.电容器额定容量（kvar）6.相数：1-单相；3-三相5.电容器额定容量（kvar）7.W-户外（也可用于户内）；N-户内7.W-户外（也可用于户

34、内）；N-户内其他配套部件的选择串联电抗器串联电抗器用以限制电容器的合闸涌流，抑制系统谐波。并联电容器组的合闸涌流应小于额定电流的20倍，如超过，则须装设串联电抗器。涌流倍数计算如下： （2-5）式中：-涌流倍数；XL-电抗率； -母线短路容量； -电容器组容量。选取电抗器时，干式电抗器和油浸式电抗器均可，若在室内则最好选用干式铁芯电抗器。电抗器的额定电流应等于电容器组的额定电流，其允许过电流不应小于电容器组最大过电流。为方便设计，电抗率可根据GB/T50227-2008选择如下：表2-1 电抗率选定谐波次数谐振点需配置电抗率无谐波0.1%1.0%3次及以上XL/XC=11.1%XL/XC=1

35、2%5次及以上XL/XC=4%XL/XC=4.5%5%7次及以上XL/XC=2.04%XL/XC=4.5%5%放电线圈放电线圈并联在电容单元两端，额定一次电压应与所并联的电容器的一次电压一致。其放电总容量应大于等于所配置电容器组容量，放电性能满足在电源断开5s内使电容器上的剩余电压从额定电压峰值降至50 V以下。放电线圈的二次绕组可用作电压测量和继电保护，放电线圈的电压等级和绝缘水平应与电容器组的相同，线圈温升应不高于55 K，油面温升应不高于50 K。对于内置放电电阻的电容器，也可不采用放电线圈。氧化锌避雷器氧化锌避雷器用以限制电容器装置操作过电压，保护电容器装置。其相关参数确定如下： （2

36、-6） （2-7） （2-8） （2-9）式中：-单元串联数；-持续运行电压有效值； -电容器单元额定电压；-避雷器额定电压； -直流1mA参考电压； -标称放电电流下的残压。熔断器熔断器指外熔断器，即采用外熔丝保护方式的电容器所串接的。通常选用喷逐式熔断器，额定电压与单元电容器的电压一致，额定电流为单元电容器额定电流的1.371.50倍。隔离开关用于隔离电源，将高压检修设备与带电设备断开，使其间有一明显可看见的断开点。隔离开关如与断路器配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以改变系统运行接线方式。电压及电流由装置决定，设计序号自行选择。常用隔离开关型号有：GW1、GW4、GW5、GN19、

37、GN24等。继电保护并联电容器组常用继电保护方式见图2-4。并联电容器组常用继电保护方式分为单星型接线和双星型接线两大类。其中单星型接线又可分为开口三角保护、电压差动保护和桥差电流保护等；双星型接线主要是中性点不平衡电流保护。B单星型接线电压差动保护AB单星型接线电压差动保护A单星型接线开口三角保护D双星型接线中性点不平衡电流保护C单星型接线桥差电流保护 D双星型接线中性点不平衡电流保护C单星型接线桥差电流保护EE双星型接线桥差电流+中性点不平衡电流复合保护图图2-2 并联电容器组继电保护方式图中：QF断路器； TA电流互感器；FV氧化锌避雷器； QS隔离开关；L串联电抗器； FU熔断器；FD

38、放电线圈； C电容器。开口三角保护开口三角保护利用系统三相负载平衡时三相电流向量和为零的这一特点，将三相放电线圈二次侧顺次连接，同时接入检测仪器，当三相不平衡时很容易检测出来，保护装置动作。这种保护方式结构简单，灵敏度高，而且不受系统接地故障的影响。缺点是受系统电压波动影响较大，故而在电压等级低、单组容量很小时，例如10kV、35kV系统，多采用这种保护方式。如图2-2A电压差动保护电压差动保护方式的前提是每一相都接有两台或以上的电容器，而且其中某几台和剩下几台的电压相等。以两台为例，每一台都装有放电线圈，将两台放电线圈的二次侧差动连接，即以相反方向连接在一起，再接入检测仪器。两台电容器都完好

39、时，两放电线圈二次侧电压差动和电流差动均为零；如果有电容器发生故障则差动值会有变化。这种保护具备开口三角保护的优点，同时分相保护灵敏度更高。缺点是对单相电容器单元串联段有要求，而且当单元数较多时，如果发生故障不止一台电容器，则不易检测出来。所以这种保护方式适用于单组容量较小的系统，多用于两串结构。如图2-2B。桥差电流保护桥差电流保护方式利用了电桥理论，当有任一桥臂发生故障时，即引起不平衡电流，达到整定值时保护动作。这种保护方式同样针对每一相单独保护，不受相间电压不平衡的影响。但由于电桥结构的要求，每一相至少要有四台电容器，故而适合单组容量较大的系统。如图2-2C中性点不平衡电流保护中性点不平

40、衡电流保护采用双星型接线，将电容器组分成两部分，接成两个并联的中性点不接地的单星型，每个单星型都由三相构成，然后将两个中性点连接在一起，并加入电流互感器。当有故障发生时，必将引起两中性点之间电流的流动，从而保护动作。这种方式检测的是两个单星型中性点之间的电流，所以两个单星型的容量不必相等。这种保护方式相对前几种结构复杂，适合单组容量很大的系统，而且单组容量很大时也只能采用这种保护方式。如图2-2D。复合保护中性点不平衡电流保护特殊的接线方式使其每一个单星型接线都可以采用一套独立的单星型保护。对于单组容量特别大的系统，这种保护较为全面。如图2-2E，将中性点不平衡电流保护和桥差电流保护相结合。除

41、上述几种保护方式之外还有中性点电流保护和中性点电压保护，适用于中性点有效接地系统，但灵敏度不够高故而使用较少。这些保护方式都是为防止电容器故障对系统造成危害所采取的措施，此外还有过电流保护、过电压保护、失压保护等为防止系统不稳定而对补偿装置造成危害的保护措施。装置布置方式图2-3 框架式并补装置从装置的布置方式来划分，并联电容无功补偿装置可以分为框架式、塔式、集合式、柱上式、柜式五种。表2-2给出了这五种方式的技术特点和适用范围，图2-3所示为应用最为广泛的框架式布置。图2-3 框架式并补装置表2-2 各种无功补偿装置特点及适用范围10类型技术特点适用范围框架式电容器无功补偿装置一般不超过3层

42、；单元额定电压5.512kV、容量100500kvar；装置额定电压10110kV、容量380Mvar；单元更换方便、设备投资低；占地面积大，安装维护及检修工作量大广泛应用于10500kV变电所，约占无功补偿总量60%；户内户外均可；重污秽多粉尘场合不适用塔式电容器无功补偿装置电容单元组装到4层以上塔架上，单元卧放，多桥差保护；单元额定电压610kV，容量300600kVar，不采用外熔丝；装置额定电压110500kV，容量30500Mvar；HVDC用电容器额定电压为基波与各次谐波电压算术和；采用六氟化硫断路器自动投切；故障检测工作量大主要用于直流输电换流站，并联电容器装置和滤波电容器装置均

43、有无功补偿功能；也适用于110500kV变电所中大容量无功补偿集合式（箱式）电容器无功补偿装置集合式电容器作为整体安装使用；额定电压、容量同框架式，不安装外熔丝；结构紧凑、占地省、安装维护简单以及安全防护好，耐污秽，防鸟害、鼠害广泛应用于10500kV变电所，约占无功补偿总量30%；特别适用于场地较小和重污秽、多粉尘、鸟害（鼠害）严重场合；充气集合式电容器适用于对防火防爆要求高的场所柱上式无功补偿装置电容单元容量50300kvar，连同配套部件组装到10kV线路的柱上；装置容量2001800kvar；可按电压、无功、时间或其组合参数，用机械开关进行自动投切主要用于户外10kV线路无功分散补偿以

44、调整电压、降低损耗、提高输送功率金属封闭（柜式）无功补偿装置电容器及配套部件全部组装在金属封闭的箱体内，箱体上有百叶窗，内部有通风换气装置，容量大的装置由几个箱体组合而成；由真空开关自动投切；额定电压10kV，容量10008000kvar；外型美观、占地省、安全性好、维修方便，但设备投资高主要用于补偿容量较小的10110kV变电所；特别适用于污秽严重场所；若采用高压自愈式干式电容器，则适用于防火防爆要求高的场所本章小结本章阐述了并联电容补偿装置的工作原理，即利用超前于电压的容性电流补偿滞后于电压的感性电流；说明了并联电容补偿装置的设计原理，包括其组成、电压容量的确定，还有配套部件以及保护方式、

45、布置方式的选择方法。无熔丝电容器油浸式电力电容器结构油浸式电力电容器主要由元件、绝缘件、连接件、放电电阻、出线现套管和箱壳组成，如图3-111。内熔丝电容器在元件上加装熔丝。老式电容器元件通常垂直于箱底放置，现在元件多为卧放。箱壳箱壳内放电电阻元件绝缘件连接件出线套管内放电电阻元件绝缘件连接件出线套管图3-1 油浸式电力电容器外形及内部结构双面粗化薄膜凸出折边铝箔双面粗化薄膜凸出折边铝箔图3-2 铝箔折边露箔式元件元件采用凸出折边结构，如图3-2。折边改善了铝箔边缘肉眼不可见的毛刺尖角等对电场分布的不良影响，使得元件局放起始场强和局放熄灭场强均得到提高。无熔丝电容器技术特征无熔丝电容器的含义、

46、原理及接线无熔丝电容器，是指既不含有内熔丝也不带有外熔丝的电容器单元。随着全膜介质的普遍应用，人们发现了全膜介质元件击穿后两极可以良好地连接在一起，即可以视为短路，损坏元件变成导线，不再需要内熔丝的熔断。如图3-312，这一特性构成了无熔丝电容器的基本原理。图3-3 元件击穿、极板熔接示意图去掉熔丝之后，先并后串的元件结构便不再适用，现行的无熔丝电容器广泛采用先串后并的结构。这种连接方式当有元件击穿，由该串剩余元件重新分配电压。内熔丝电容器需要利用并联元件对熔丝进行放电才能使得熔丝起到保护作用，故而只能选用先并后串的结构；无熔丝电容器为防止更多的完好元件被短路，则更宜选择先串后并的元件连接方式

47、13图3-3 元件击穿、极板熔接示意图a、内熔丝电容器 b、外熔丝电容器 c、旧式无熔丝电容器 d、新式无熔丝电容器图3-4 各种电容器内部元件接线图从电容变化率的角度考虑，先串后并的元件连接方式比先并后串的方式更有利。设有n个元件串联，其中m个击穿，引起电容变化率为K，计算有如下结果14：表3-1a 先并后串电容器K随mmn1234541.3332.00071.1671.4001.750111.0191.2001.3331.5001.741表3-1b 先串后并电容器K随m变化 mn1234541.0481.14371.0421.1001.188111.0331.0741.1251.1901.

48、278从表中结果可知，对于有同样串联数的电容器，先并后串结构与先串后并结构当有同样个数元件损坏时，后者电容变化率更小。无熔丝电容器的优点无熔丝电容器能隔离故障元件、使电容器在容量仅发生微小变化的条件下保持正常运行，能达到内熔丝电容器或外熔丝电容器所具有的保护功能。相比之下，无熔丝电容器尚具有如下优点：1.与内熔丝电容器相比，无熔丝电容器单元和内部元件并联数少，并联储能较小，元件击穿时不易损伤临近元件或对壳绝缘（元件故障若造成对壳主绝缘的击穿，其后果是非常严重的），有利于防止故障的扩大或外壳爆炸；成本较低，结构简单，有利于减少制造质量缺陷；元件容量大、数量少，生产效率较高；原有各种不平衡保护方式

49、均可应用，由于不平衡信号大，继电保护的灵敏度提高。2.与外熔丝电容器相比，装置结构紧凑，节省安装空间。设备简化，受天气状况影响减小，使运行故障率降低。3.因不存在内熔丝和外熔丝上的损耗，所以无熔丝电容器的整体损耗较低。无熔丝电容器适用范围世界几家主要电容器生产厂商对无熔丝电容器的适用范围说法不一。GE公司认为无熔丝电容器只要求电压等级不能过低，在容量上没有限制；ABB公司认为无熔丝电容器只适用于电压高容量低的场所。依照先串后并的元件连接方式，元件串联数越多，则有元件损坏时剩余元件的过电压越小。而如果串联数过少的话，剩余元件过电压倍数过大，则会引起元件的依次击穿从而整台电容器短路。所以元件串联数

50、越多、系统电压等级越高，无熔丝的方案就越适用。在内熔丝电容器中，由于熔丝的存在，元件的过电压允许达到1.151.50倍。而去掉熔丝之后，通常认为当元件过电压超过1.1倍后，元件便容易击穿。假设某串有个元件，其中个击穿，此时剩余元件的过电压倍数为，当时，该倍数即达到1.1倍。实际上，有一个元件损坏就导致整台电容器切出电路这种情况是我们不希望见到的，所以无熔丝电容器元件串联数通常大于10个。假设每个元件承受2kV电压，那么该电容器额定电压即大于20kV。所以，无熔丝电容器适用的系统电压等级最低应为35kV，电压等级越高，无熔丝电容器的优势越明显。另一方面，从补偿容量的角度来看，在一定的电压等级下，

51、如果补偿容量较大的话，内熔丝方案与无熔丝方案都适用。而现在内熔丝电容器的技术已经十分成熟，便不必要采取无熔丝保护。内熔丝电容器先并后串的结构，当有元件击穿时通过与其并联的元件向损坏元件熔丝放电使其熔断，故而元件并联数要求不能过低。内熔丝电容器的这一特点使其在补偿容量较少时不再适用，此时无熔丝电容器的优势更大。下表列出了不同电压等级下推荐使用无熔丝电容器的容量范围。表3-2 无熔丝电容器推荐适用容量范围电压等级（kV）安装容量（kvar）66900011012000220200003303000050050000本章小结本章简单介绍了油浸式电力电容器及其元件的结构，无熔丝电容器的含义、原理、内部

52、元件的接线方式以及无熔丝电容器相对于内熔丝和外熔丝电容器的优点，最后从电压和容量的角度分别讨论了无熔丝电容器的适用范围。并补装置TBB66-4008/334-AQW设计前提条件安装场所：户外安装海拔高度：安装运行地区的海拔高度不大于1000m环境空气温度：-40+45（ 环境相对湿度：日平均相对湿度不超过95，月平均相对湿度不超过90抗污秽能力：III 级抗地震能力：装置能够承受地震烈度为8度的作用地面水平加速度：0.地面垂直加速度：0.15g（ 系统条件：系统标称电压： 66kV最高运行电压： 72.5kV额定频率： 50Hz补偿容量： 4000kvar中性点连接方式： 非有效接地系统短路电

53、流： 31.5kA电网条件： 5次及以上谐波装置型号确定系统电压66kV，补偿容量4000kvar，宜采用无熔丝保护。5次及以上谐波选用电抗率5%的串联电抗器，计算并联电容器组电压： （4-1）单个电容元件电压通常在2kV左右，根据无熔丝电容器内部元件连接方式，元件串联数通常不小于10个，所以采用两台电容器串联，每台额定电压设定为21kV。装置补偿容量4000kvar，单相补偿1333kvar，且电容器组两串结构，故选取单台电容器容量334kvar，每相四台电容器单元，两串两并结构，实际装置补偿容量4008kvar，采用桥式差电流继电保护方式，框架式。由此，得装置型号TBB66-4008/33

54、4-AQW。电容器单元采用全膜介质、油浸式。交流电容器介质材料的选择主要考虑电容率、体积比特性、质量比特性、耐电强度以及损耗角正切等因素。比特性是指电容器单位容量（kvar）所用介质数量（体积/质量），越小越好；耐电强度影响材料的耐受电压，越高越好；电容器内部介质、放电器件等在运行过程中必然会造成有功损耗，有功损耗与无功功率之比即为损耗角正切，越小越好。常用的固体介质有聚丙烯薄膜和聚酯薄膜两种。二者的主要参数比较如下：表4-1 用塑料薄膜的性能性能聚丙烯薄膜聚酯薄膜密度 g/cm30.911.39工作温度 -50105-60130介电常数 50Hz2.23.2介质损耗角正切 50Hz0.000

55、20.003体积电阻率 cm1015101710161017耐电强度 MV/m DC200600160可以看出，聚丙烯薄膜的耐电强度高、损耗低、质量小等优点，虽然介电常数较小，综合考虑固体介质选用聚丙烯薄膜。在电力电容器中常用的液体介质有: 苄基甲苯(M/BDT)、二芳基乙烷（PXE）、异丙基联苯（IPB）、十二烷基苯(DDB或AB)和绝缘油（SAS-40）等。同固体介质的选择条件相同，苄基甲苯具有低损耗和高耐电强度等优点，故选为液体浸渍剂。由以上选择，确定电容器单元型号为BAM21-334-1W。电容器单元设计首先，依据国家标准、技术条件、原材料性能及工艺制造条件等，高压并联电容器主要设计和

56、性能参数的选用范围如下：元件电压12.5kV；K=1时场强4570V/m；介质厚度2445m；压紧系数K=0.760.85。无熔丝电容器型号BAM21-334-1W，额定电流： （4-2）元件电压选2kV左右，元件串联数： （4-3）取。电容器单元额定总电容： （4-4）式中，为角频率。初步选用33个元件，并联数，元件连接先串后并。元件额定电容： （4-5）元件额定电压： （4-6）预设压紧系数时元件平均场强。采用三层薄膜结构，总厚度： （4-7）根据常用薄膜规格选取10m，11.2m，10m，故实际膜厚： （4-8）初定，元件实际平均场强： （4-9）固体介质聚丙烯薄膜，液体介质苄基甲苯，极

57、间介质电容率： （4-10）取薄膜宽度350mm，铝箔折边14mm，极板有效宽度： （4-11）取露箔5mm，铝箔厚度，元件卷绕心轴直径。元件卷绕圈数：（4-12）取圈。单个元件厚度： （4-13）卷绕元件的平均直径： （4-14）实际元件电容： （4-15）电容器单元总电容： （4-16）实际电容与额定电容容差率： （4-17）内置放电电阻，10min内由电压峰值降到75V以下，并联在两极之间。考虑到生产中R和C各有5%误差，计算放电电阻值： （4-18）取36M在设计电容器的放电电阻时，还必须考虑放电电阻的功率和耐受直流高压等。由于电阻一定，选取一定的功率同时即选定了耐受电压。功率计算为：

58、 （4-19）可选取12M电阻3个串联，每个功率5W元件宽度： （4-20）元件长度： （4-21）芯子制造，每两串采用2层0.3mm绝缘纸，主包封采用25层0.08mm电缆纸，芯子两端各一4mm纸夹板。总体计算芯子尺寸：高度 宽度 （4-22）长度 外壳尺寸，采用1.5mm不锈钢板。双套管结构，10裙边。电容器单元内部实物接线见图4-2，电气接线如图4-2。图4-1 元件实物连接示意图图图4-2 电容器单元内部电气连接整定值计算每相电容器单元两串两并，采用桥式差电流保护方式，原理见图2-4C。电容器内部元件连接方式11串3并，先串后并，如图4-1。当某台电容器某一串中有较少个元件损坏时，单元

59、电压可视为不变。设损坏元件k个，则与其串联的其它元件过电压倍数约为。当时，过电压倍数1.1倍。由于忽略了元件损坏对单元电压的影响，实际单元电压略低于额定电压，故实际过电压倍数达不到1.1倍，保护不动作。当时，过电压倍数1.221.1倍，此时保护需动作。每个元件实际电容，容抗： （4-23）某串损坏两个元件时，单元总容抗： （4-24）此时，该单元电流为： （4-25）该电流与额定电流之差为： （4-26）即保护整定值为1.19A。装置各部分参数装置采取框架式。除电容器单元外，装置其他部件选择见第2章，由装置参数及电容器单元参数确定，根据GB50227-2008要求，选择如下：表4-2 各主要元

60、件技术参数序号项 目单位标准参数值一电容器装置参数1装置型号TBB66-4008/334-AQW2额定电压kV663额定容量kvar40084额定电抗率%55电容器组额定电压（相）kV426接线方式单星形7每相电容器串并联数2并2串8保护方式桥式差电流9电容器组进线方向下进线10装置耐受短路电流能力kA31.511工频耐受电压（1min）kV140二并联电容器1型号BAM21-334-1W2额定电压kV213额定容量kvar3344额定电流A15.95额定电容值F2.416温度类别-40/+457套管结构滚装一体化结构套管8单台电容器保护方式无熔丝保护9放电器件性能10min/75V10电容器