电力电容器的运行:电力电容器

电力电容器的运行

一、并联电容器的用途和种类

并联电容器的用途主要用来提高电网的功率因数。国产电容器的种类有：

（1）按电压等级可分为高压、低压两种。

国产低压并联电容器是三相的，有0.23kV、0.4kV、0.525kV、10.5KV四个电压等级。国产高压并联电容器是单相的，有1.05kV、3.15kV、6.3kV、10.5kV四个电压等级。

（2）按相数分为单相和三相。

（3）按安装方式分为户内式和户外式。

（4）按外壳材料分为金属外壳、瓷绝缘外壳和胶木外壳。

（5）按所用介质分为：

1）固体介质，其中包括电容器纸、电缆纸和聚丙烯薄膜；

2）液体介质，其中包括电容器油、氯化联苯、蓖麻油、硅油、矿物油和十二烷基苯。

(6) 按布置方式分为：分散式布置、密集型布置；

1）分散式布置：将单只电容器按一定方试进行连接；

2）密集型布置：将单只电容器按一定方试进行连接好安装在一个铁壳内；

二、提高功率因数的意义

提高电网功率因数对电网的经济运行有重大意义，其意义在于：

（1）减少线路有功损失；

（2）在电网视在功率不变的条件下，提高功率因数可增加电网的有功输出；

（3）在有功负荷不变的条件下，提高功率因数，可以减少设备容量；

（4）可以改善电网的电压质量。

计算指出：功率因数从0.6提高到0.8，线路损耗几乎要下降一半，可见其经济意义十分明显。

三、并联电容器接线

1．三角形接线

并联电容器与电力网的连接，其额定电压应与电网相符合。在三相供电系统中，单相电容器的额定电压与电力网的电压相同时，在正常情况下，将其接成三角形（如图6—7所示），可以获得较大的补偿效果。这是因为：如果改用星形接法，其相压为线压的1／√3倍，又因，Q=U/XC，所以，其无功出力将为三角形接法的1／3倍。

但是，运行经验证明：三角形接线的电容器，当一相击穿时，系统供给的短路电流较大，尽管此时熔断器可以迅速熔断，但过大的短路电流即使是短时的流过电容器，也会使其中浸渍剂受热膨胀，迅速气化，极易引起爆炸。

特别当不同相的电容器同时发生对地击穿时，如图6-7所示，熔断器即使熔断，故障也不能切除，必将引起事故的扩大。因此，从上述方面来考虑，目前多采用星形接线。

2

图6-7 电容器的三角形接线

2．星形接线

如把电容器改接为星形，当任一台电容器发生极板击穿短路时，短路电流都不会超过电容器组额定电流的3倍。例如图6-8中，A相电容器击穿短路时，B、C两相电容器所承受的电压从原来的相电压升高为线电压，即升高√3倍。这两相电容器所流过的电流也比额定电流增加√3倍。由于故障相（A相）电容器流过的电流为BC两相电容电流的向量和，因此故障相电流为额定电流的3倍。现在用相量图来说明。在图6-10中，UBA、UCA分别表示当A相电容器完全击穿时，B相和C相电容器上所承受的电压。IB、IC分别为B相和C相电容器中所流过的电流，其相位分别超前UBA和UCA900。故障相（A相）电流IA可由下式算出：

图6-8 星形接线时一相电容器击穿短路

从相量图可见，IA比IB、IC增大√3倍。由于这时IB、IC已比正常时额定电流增大了√3倍，因此IA比正常额定电流要增大（√3）2=3倍。

图6-9 星形接线时两相电容器同时发生接地

图6-10 星形接线时一相电容器击穿时的向量图

图6-9所示为电容器组按星形接线时出现多点接地的情况。对于图中所示的D2、D3两点，由于其对地电位较低，一般不会发生对地绝缘击穿。当发生D1和D4两点同时接地时，短路电流较大，但这个电流没有通过电容器内部，因此不易引起电容器爆炸。只要熔断器可

靠动作，故障点就能顺利切除。

如发生D1、D2或D3、D4两点同时接地，则故障电流的计算方法与图6-8基本相同，最大电流也不会超过电容器组额定电流的3倍。

【例6—1】某10kV变电所在高压母线上安装一组电容器，其总容量为200kvar。安装点的系统短路容量为200MVA。如A相有一台电容器发生完全击穿，试求当电容器组分别按三角形和星形接线时流过故障电容器的电流。

解当电容器组为三角形接线时，任一台电容器发生极板完全击穿流过故障电容器的电流可由系统短路容量算出，即

如电容器组为星形接线，则故障电流为

在本例中由计算可知，当发生一台电容器完全击穿时，如电容器组为三角形接线，短路电流为10000A；在同样情况下，如电容器组为星形接线，短路电流只有34.6A，两者相差289倍。

正常时电容器允许流过的最大电流一般为额定电流的1.3倍。对于星形接线的电容器组，当发生一台电容器故障时，故障电流达额定电流的3倍，超过了允许值。但这时继电保护迅速动作，一般不超过0.2s即切断电源，从而防止电容器爆炸起火。

电容器由三角形接线改为星形接线后，遇到的主要问题是电容器的对地承受电压和极板间承受电压互不一致。对于3～1lkV的配电系统（我国一般采取中性点不接地的运行方式），当任一相接地时，另外两相的对地电压从相电压升高为线电压。按规程规定，在此状态下允许运行两小时。因此电气设备的对地绝缘应按线电压考虑。但对电容器来说，为了充分利用其容量，极板间的额定电压一般均按正常时所承受的电压考虑，对于星形接线的电容器组，这个电压应为相电压。

如果采用额定电压为11kV的电容器，采取星形接线，使用在11kV的系统内，从电容器的对地绝缘来说是完全符合要求的；但由于极板上承受的电压为11／√3kV，比额定电压减少√3倍，而电容器的容量与电压的平方成正比，因此这时的电容器实际容量只有额定容量的三分之一。如果采用6.3kV电容器，采取星形接线用在11kV系统内，虽然容量能得到较好的利用，但是当电网有一相接地时，电容器的对地绝缘又不能得到保证。为了解决这一难题，现在各电容器厂都已开始生产一种专供星形接线的电容器。其极板对地电压按系统的线电压考虑，而极板间的额定电压则按相电压考虑。这种电容器的型号，其额定电压均标以线电压除√3，例如11／√3kV即是。

对于专供星形接线使用的并联电容器，其试验电压也有特殊规定。例如对于电压为11

／√3kV的电容器，极板对地耐压可按10kV等级进行，而极板之间的耐压水平则是按相电压考虑的。在出厂试验时，极板对地一般按工频35kV进行耐压，时间lmin；极板之间的工频耐压按相电压2.15倍进行，时间也是lmin。电容器在现场安装后进行交接试验时，可不作极板间的耐压试验；极板对地工频耐压30kV，lmin。但是有些电容器制造厂的出厂试验另有标准，对这类电容器在现场投运前的交接试验和极板对地工频耐压应按出厂试验电压的85％进行。

四、电容器的放电装置

1．电容器为什么要放电

当电容器投入网络后，其两极处于储能状态，当其从网络中开断后，两极上储有一定的电荷，该电荷使电容器的极板上保持一定的残压。残压的初始值为电容器组的额定电压，如果电容器在带电情况下再次投入运行，有可能产生很大的合闸涌流和很高的过电压，甚至会导致电容器的击穿。

更重要的是，当电容器从网络开断后，如不放电，当运行和维修人员触摸时，将会危及人的生命安全。因此，电容器组必须加装放电装置。

2．专用放电装置

电容器最好采用专用放电装置，通常对放电装置的要求是：

（1）在电容器切断30s内，其残压应下降到65V以下；

（2）对频繁自动投切的电容器组，从分断至再投入的时间间隔内，残压应降至初始值的10％以下。

国产专用放电装置为放电线圈，其型号为FD2-1.7／6型和FD2-1.7／10型，用于5000kVA的高压电容器组时，于20s内，可将残压下降到20V。

放电线圈的容量应能满足长期运行条件的要求，但不宜过大。因容量越大，放电时间越长，损耗越大。一般规定，每kvar电容器，其放电线损的损耗不应超过1W。

放电线圈的容量为几百伏安，便可满足数千kvar电容器组的放电要求。FD2—1.7／6型容量为80VA，FD2—1.7／10型为150VA，可用于5000kvar的电容器组。

3．兼用放电线圈

（1）采用单相三角形接线或开口三角形接线的电压互感器作为放电线圈，与电容器组直接连接，可使过压倍数减小到相压，能满足放电要求。

（2）不可采用JSJW型电磁式三相五柱一次侧中性点接地的电压互感器的线圈作放电线圈。因为这种电压互感器的线圈与电容器电容以及对地电容构成振荡回路，产生电磁振荡，引起很高的过电压。

4．电阻放电装置

低压电容器一般采用电阻放电装置，例如采用白炽灯，其阻值可用下式计算

式中 R——放电电阻，Q；

Ux——电网相压，kV；

Qc——电容器组总容量，kvar。

【例6-2】有一低压电容器组，采用三角形接线，装有BW0.4—12—3型电容器24台，问应选多大的放电电阻?

解

【例6-3】低压电容器组采用星形接线，装有BW0．23—5-1型电容器60台，问应选择多大的放电电阻?

选用两只220V，60W的白炽灯串联成一相，按星形接线，阻值

满足要求。

五、电容器的运行、维护和故障处理

1．电容器组的运行标准

（1）允许过电压。电容器组允许在其1.1倍额定电压下长期运行。在运行中，由于倒闸操作、电压调整、负荷变化等因素可能引起电力系统波动，产生过电压。有些过电压虽然幅值较高，但时间很短，对电容器影响不大，所以电容器组允许短时间的过电压。对其过电压值不得超过电容器组额定电压Ue的倍数作如下规定，见表6—5所示。

表6-5 电容器组允许的工频过电压

（2）允许过电流。电容器组允许在其1.3倍额定电流下长期运行（日本、美国、德国和比利时进口的电容器允许在1．35倍额定电流长期运行）。通过电容器组的电流与端电压成正比，该电流包括最高允许工频过电压引起的过电流和设计时考虑在内的电网高次谐波电压引起的过电流，因此过电流的限额较过电压的限额高。电容器组长期连续运行允许的过电流为其额定电流的1．3倍，即运行中允许长期超过电容器组额定电流的30％，其中10％是工频过电压引起的过电流，还有20％留给高次谐波电压引起的过电流。

（3）允许温升。电容器运行温度过高，会影响其使用寿命，甚至引起介质击穿，造成电容器损坏。因此温度对电容器的运行是一个极为重要的因素。电容器的周围环境温度应按制造厂的规定进行控制。若厂家无规定时，一般应为一40～+40℃（金属化膜电容器为一45～+50℃）。电容器油箱外壳最热点允许温度（即油箱外壳高度2／3处装设温度计所测数值）也应遵守厂家规定。若无规定时，可按下列数值控制：充矿物油和烷基苯的电容器为50℃，充硅油的电容器为55℃。

2．电容器组的操作

电容器组在操作中将要产生操作过电压和合闸涌流，该涌流可高达电容器组额定电流的几倍、甚至几十倍，以致引起断路器、避雷器、瓷瓶对地闪络，电容器击穿等。这是应该引起注意的。

（1）在正常情况下的操作。电容器组在正常情况下的投入或退出运行，应根据系统无功负荷潮流和负荷功率因数以及电压情况来决定。当变电所全部停电操作时，应先拉开电容器组开关，后拉开各路出线开关；当变电所全部恢复送电时，应先合上各路出线开关，后合上电容器组开关。

（2）在异常情况下的操作。

1）发生下列情况之一时，应立即拉开电容器组开关，使其退出运行：

a．电容器组母线电压超过电容器组额定电压1.1倍或超过规定的短时间允许的过电压以及通过电容器组的电流超过电容器组额定电流的1.3倍时。

b．电容器油箱外壳最热点温度及电容器周围环境温度超过规定的允许值时。

c．电容器连接线接点严重过热或熔化。

d．电容器内部或放电装置有严重异常响声。

e．电容器外壳有较明显异形膨胀时。

f．电容器瓷套管发生严重放电闪络。

g．电容器喷油起火或油箱爆炸时。

2）发生下列情况之一时，不查明原因不得将电容器组合闸送电：

a．当变电所事故跳闸，全所无电后，必须将电容器组的开关拉开。

b．当电容器组开关跳闸后不准强送电。

c．熔断器熔丝熔断后，不查明原因，不准更换熔丝送电。

（3）禁止带电荷合闸操作。电容器组每次拉闸之后，必须通过放电装置随即进行放电，待电荷消失后再合闸。电容器组再次合闸时，必须在断开3min之后进行。

3．电容器组投入和退出运行

（1）正常情况下，移相电容器组的投入或退出运行应根据系统无功负荷潮流或负荷功率因数以及电压情况来决定，原则上，按供电局对功率因数给定的指标决定是否投入并联电容器，但是一般情况下，当功率因数低于0.85时投入电容器组，功率因数超过0.95且有超前趋势时，应退出电容器组。当电压偏低时可投入电容器组。

（2）电容器母线电压超过电容器额定电压的1.1倍或者电流超过额定电流的1.3倍以及电容器室的环境温度超过±40℃时，均应将其退出运行。

（3）当电容器组发生下列情况之一时，应立即退出运行：

1）电容器爆炸；

2）电容器喷油或起火；

3）瓷套管发生严重放电、闪络；

4）接点严重过热或熔化；

5）电容器内部或放电设备有严重异常响声；

6）电容器外壳有异形膨胀。

4．新装并联电容器组投入运行前的检查

（1）新装电容器组投入运行前应按接交试验项目试验，并合格。

（2）电容器及放电设备外观检查良好，无渗、漏油现象。

（3）电容器组的接线正确，电压应与电网额定电压相符合。

（4）电容器组三相间的容量应平衡，其误差不应超过一相总容量的5％。

（5）各接点应接触良好，外壳及构架接地的电容器组与接地网的连接应牢固可靠。

（6）放电电阻的阻值和容量应符合规程要求，并经试验合格。

（7）与电容器组连接的电缆、断路器、熔断器等电气元件应经试验合格。

（8）电容器组的继电保护装置应经校验合格、定值正确并置于投入运行位置。

（9）此外，还应检查电容器安装处所的建筑结构，通风设施是否合乎规程要求。

5．对运行中的并联电容器组的检查

对运行中的电容器组应进行日常巡视检查、定期停电检查以及特殊巡视检查。

电容器组的日常巡视检查，应由变、配电室的运行值班人员进行。有人值班时，每班检查一次；无人值班时，每周至少检查一次。夏季应在室温最高时进行，其他时间可在系统电压最高时进行。如果不停电检查有困难时，可以短时间停电以便更好地进行检查。运行中巡视检查主要应注意观察电容器外壳有无膨胀、漏油的痕迹、有无异常的声响及火花；熔丝是否正常；放电指示灯是否熄灭；将电压表电流表、温度表的数值记入运行记录簿，对发现的其他缺陷也应进行记录。

上述巡视检查如须将电容器组停电时，除电容器组自动放电外，还应进行人工放电，否则运行值班人员不能触及电容器。

电容器组的定期停电检查应每季进行一次，其检查内容除同日常巡视检查项目外，尚应检查各螺丝接点的松紧及接触情况；检查放电回路的完整性；检查风道有无积尘并清扫电容器的外壳、绝缘子以及支架等处的尘土；检查电容器外壳的保护接地线；检查电容器组继电保护装置的动作情况，熔断器的完整性；检查电容器组的断路器、馈线等。

当电容器组发生短路跳闸、熔丝熔断等现象后，应立即进行特殊巡视检查。检查项目除上述各项外，必要时应对电容器进行试验。在查不出故障电容器或断路器跳闸熔丝熔断原因之前，不能再次合闸送电。

6．并联电容器的故障判断及处理

（1）并联电容器运行中的异常现象。

1）渗漏油。并联电容器渗漏油是一种常见的异常现象，其原因是多方面的，主要是：①出厂产品质量不良；②运行维护不当；③长期运行缺乏维修以导致外皮生锈腐蚀而造成电容器渗漏油。

2）电容器外壳膨胀。高电场作用下使得电容器内部的绝缘（介质）物游离而分解出气体或部分元件击穿电极对外壳放电等原因，使得电容器的密封外壳内部压力增大，导致电容器的外壳膨胀变形，这是运行中电容器故障的征兆，应及时处理，避免故障的漫延扩大。

3）电容器温升高。主要原因是电容器过电流和通风条件差造成的。例如，电容器室设计、安装不合理造成的通风不良；电容器长时期过电压运行造成电容器的过电流；整流装置产生的高次谐波使电容器过电流等等。此外，电容器内部元件故障、介质老化、介质损耗、tgδ增大等都可能导致电容器温升过高。电容器温升高影响电容器的寿命，也有导致绝缘击穿使电容器短路的可能。因此，运行中应严格监视和控制电容器室的环境温度，如果采取措施后仍然超过允许温度时，应立即停止运行。

4）电容器瓷瓶表面闪络放电。运行中电容器瓷瓶闪络放电，其原因是瓷绝缘有缺陷，表面脏污。因此运行中应定期进行清扫检查，对污秽地区不宜安装室外电容器。

5）异常声响。电容器在正常运行情况下无任何声响，因为电容器是一种静止电器又无励磁部分不应该有声音。如果运行中，发现有放电声或其他不正常声音，说明电容器内部有故障，应立即停止运行。

6）电容器爆破。运行中电容器爆破是一种恶性事故，一般在内部元件发生极间或对外壳绝缘击穿时与之并联的其他电容器将对该电容器释放很大的能量，这样就会使电容器爆破以致引起火灾。

（2）并联电容器的故障处理。

根据检查中发现的问题，采取适当的方法进行处理。例如：

1）电容器外壳渗、漏油不严重可将外壳渗、漏处除锈、焊接、涂漆。

2）外壳膨胀应更换电容器。

3）如室温过高，应改善通风条件。如因其他原因，应查明原因进行处理，如系电容器问题应更换电容器。

4）应定期检查，清扫。

5）注意观察，严重时，应立即停止电容器运行，更换电容器。

6）如电容器爆破，应更换电容器。

复习思考题

1．开关失灵由哪几种原因引起?

2．怎样判断开关合闸于故障线路?

*3．怎样判断开关失灵是因为操作、合闸电源的故障?

*4．当开关发生拒跳时应进行哪些操作?怎样判断开关拒跳故障产生的原因? *5．怎样处理运行中引起跳闸失灵的故障?

6．误跳闸常由哪些原因引起?

7．当因自行脱扣引起开关误跳闸时应怎样进行处理?

8．当因操作人员误操作引起开关误跳时应怎样进行处理?

*9．怎样处理因二次回路故障引起的误跳闸?

10．高压开关发热由哪些原因引起?如何进行处理?

*11．引起开关着火的原因有哪些?发生着火时怎样进行处理?

12．试述SF6弹簧操动机构的故障处理。

*13．SF6断路器的运行与介质的关系是什么?

14．SF6断路器投入前有哪些准备工作?

*15．寒冷地区使用SF6断路器为什么要安装加热设备?

*16．SF6断路器测量含水量期限、要求是什么?

*17．对于SF6断路器的密封部件为什么要进行探伤?

**18．怎样安装与调整真空断路器?

*19．怎样检查真空断路器的真空灭弧室真空度?

20．影响弹跳的因素有哪些?

21．在真空断路器运行中应控制哪些参数?

*22．试简述GWl—12G（D）系列户外高压隔离开关的适用范围。

23．试简述GWl—12G（D）系列户外高压隔离开关的主要结构。

*24．GWl—12G（D）系列户外高压隔离开关的使用注意事项是什么?

*25．试述GFWl—35型户外高压隔离负荷开关的适应范围。

*26．试简述GFWl—35型户外隔离负荷开关的注意事项。

27．隔离开关的运行常发生哪些问题?

28．隔离开关允许操作哪些电路?

29．合入隔离开关的安全要求是什么?

30．拉开隔离开关的安全要求是什么?

31．具有闭锁机构的隔离开关操作的安全要求是什么?

32．试述绝缘子的污秽放电原理。

33．绝缘子污闪的危害性是什么?

**34．试述绝缘子污秽放电的过程。

*35．防止污秽闪络有哪些主要技术措施?

36．试述金属氧化物避雷器的特点。

37．引起金属氧化物避雷器的爆炸事故因素有哪些?

38．防止金属氧化物避雷器损坏的技术措施是什么?

39．电容器的用途是什么?它是怎样进行分类的?

40．提高功率因数对电网的经济运行有什么意义?

41．电容器采用星形接线和三角形接线各具有什么优点和缺点?

42．电容器从电网开断后为什么要进行放电?其常采用哪些放电装置?

*43．电容器组的运行标准包括哪些内容?

44．电容器组在正常情况下和异常情况下，在操作上有什么要求?

45．怎样根据电网的功率因数、母线电压、环境温度以及电容器本身的状态来确定电容器组的投入和退出运行?

46．电容器组在投入前和运行中应进行哪些检查?

47．怎样判断电容器的异常现象?当电容器发生故障时怎样进行处理?

*48．判断题，对者在（）中打“√”号，错者打“×”号。

（1）采用星形接线，当任一相发生电容器击穿时，短路电流不会超过电容器组额定电流的3倍（）。

（2）电容器从分断至再投入，其残压应降至初始值20％以下（×）。对频繁自动投切的电容器组，从分断至再投入的时间间隔内，残压应降至初始值的10％以下。

（3）电容器组允许在1.1倍的额定电压下长期运行（）。

（4）电容器组允许在1.4倍的额定电流下长期运行（×）。

（5）电容器组拉闸后，必须通过放电装置放电，再次合闸，必须在断开3min后进行（∨）