1電力電容器的補償原理
電容器是高壓電容無功補償裝置中重要的核心部件，在高壓無功補償中起著至關重要的作用。電容器在原理上相當于產生容性無功電流的發電機。其無功補償的原理是把具有容性功率負荷的裝置和感性功率負荷并聯在同一電容器上,能量在兩種負荷間相互轉換。這樣,電網中的變壓器和輸電線路的負荷降低,從而輸出有功能力增加。在輸出一定有功功率的情況下,供電系統的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統和 工業 配電負荷的最簡便、最經濟的方法。因此,電容器作為電力系統的無功補償勢在必行。
2電力電容器補償的特點
2.1優點
電力電容器無功補償裝置具有安裝方便,安裝地點增減方便;有功損耗小(僅為額定容量的0.4 %左右);建設周期短;投資小;無旋轉部件,運行維護簡便;個別電容器組損壞,不影響整個電容器組運行等優點。
2.2缺點
電力電容器無功補償裝置的缺點有:只能進行有級調節,不能進行平滑調節;通風不良,一旦電容器運行溫度高于70 ℃時,易發生膨脹爆炸;電壓特性不好,對短路穩定性差,切除后有殘余電荷;無功補償精度低,易影響補償效果;補償電容器的運行管理困難及電容器安全運行的問題未受到重視等。
3.高低壓無功補償特點
3.1高壓分散補償
高壓分散補償實際就是在單臺變壓器高壓側安裝的,用以改善電源電壓質量的無功補償電容器。其主要用于城市高壓配電中。
3.2高壓集中補償
高壓集中補償是指將電容器裝于變電站或用戶降壓變電站6 kV～10 kV高壓母線的補償方式;電容器也可裝設于用戶總配電室低壓母線,適用于負荷較集中、離配電母線較近、補償容量較大的場所,用戶本身又有一定的高壓負荷時,可減少對電力系統無功的消耗并起到一定的補償作用。其優點是易于實行自動投切,可合理地提高用戶的功率因素,利用率高,投資較少,便于維護,調節方便可避免過補,改善電壓質量。但這種補償方式的補償經濟效益較差。
3.3低壓分散補償
低壓分散補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地安裝在用電設備附近,以補償安裝部位前邊的所有高低壓線路和變壓器的無功功率。其優點是用電設備運行時,無功補償投入,用電設備停運時,補償設備也退出,可減少配電網和變壓器中的無功流動從而減少有功損耗;可減少線路的導線截面及變壓器的容量,占位小。缺點是利用率低、投資大,對變速運行,正反向運行,點動、堵轉、反接制動的電機則不適應。
3.4低壓集中補償
低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側,以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,根據低壓母線上的無功符合而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行,做不到平滑的調節。低壓補償的優點:接線簡單、運行維護工作量小,使無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低網損,具有較高的經濟性,是目前無功補償中常用的手段之一。
4電容器補償容量的計算
無功補償容量宜按無功功率曲線或無功補償計算方法確定,其計算公式如下:
QC=p(tgφ1-tgφ2)或是QC=pqc(1)
式中:Qc:補償電容器容量;
P:負荷有功功率;
COSφ1:補償前負荷功率因數;
COSφ2:補償后負荷功率因數;
qc:無功功率補償率,kvar/kw。
5電力電容器的安全運行
5.1允許運行電流
正常運行時,電容器應在額定電流下運行,最大運行電流不得超過額定電流的1.3倍,三相電流差不超過5 %。
5.2允許運行電壓
電容器對電壓十分敏感,因電容器的損耗與電壓平方成正比,過電壓會使電容器發熱嚴重,電容器絕緣會加速老化,壽命縮短,甚至電擊穿。因此,電容器裝置應在額定電壓下運行,一般不宜超過額定電壓的1.05倍,最高運行電壓不宜超過額定電壓的1.1倍。當母線超過1.1倍額定電壓時,須采取降溫措施。
5.3諧波問題
由于電容器回路是一個LC電路,對于某些諧波容易產生諧振,易造成高次諧波,使電流增加和電壓升高。且諧波的這種電流對電容器非常有害,極容易使電容器擊穿引起相間短路。因此,當電容器在正常工作時,在必要時可在電容器上串聯適當的感抗值的電抗器,以限制諧波電流。
5.4繼電保護問題
繼電保護主要由繼電保護成套裝置實現,目前國內幾個知名電氣廠家生產的繼電保護裝置技術都已經非常成熟,安全穩定、功能強大。繼電保護裝置可以有效的切除故障電容器,是保證電力系統安全穩定運行的重要手段。主要的電容器繼電保護措施有:①三段式過流保護;②為防止系統穩態過壓造成電容器損壞而設置的過電壓保護;③為避免系統電源短暫停投引起電容器瞬時重合造成的過電壓損壞而設置的低電壓保護;④反映電容器組中電容器的內部擊穿故障而配置的不平衡電壓保護、不平衡電流保護或三相差電壓保護。
5.5合閘問題
電容器組禁止帶電重合閘。主要是因電容器放電需要一定時間,當電容器組的開關跳閘后,如果馬上重合閘,電容器是來不及放電的,在電容器中就可能殘存著與重合閘電壓極性相反的電荷,這將使合閘瞬間產生很大的沖擊電流,從而造成電容器外殼膨脹、噴油甚至爆炸。所以,電容器組再次合閘時,必須在斷路器斷開3 min之后才可進行。因此,電容器不允許裝設自動重合閘裝置,相反應裝設無壓釋放自動跳閘裝置。
一些終端變電站往往配置有備用電源自動投切裝置,裝置動作將故障電源切除,然后經過短暫延時投入備用電源,在這個過程中,如果電容器組有低壓自投切功能,那么電容器組將在短時間內再次合上,這就會發生以上所說的故障。所以,安裝有備用電源自動投切裝置的系統與電容器組的投切問題,應值得充分的重視。
5.6允許運行溫度
電容器正常工作時,其周圍額定環境溫度一般為40 ℃～-25 ℃;其內部介質的溫度應低于65 ℃,最高不得超過70 ℃,否則會引起熱擊穿,或是引起鼓肚現象。電容器外殼的溫度是在介質溫度與環境溫度之間,不應超過55 ℃。因此,應保持電容器室內通風良好,確保其運行溫度不超過允許值。
5.7運行中的放電聲問題
電容器在運行時,一般是沒有聲音的,但在某些情況下,其在運行時也會存在放電聲的問題。如電容器的套管露天放置時間過長時,一旦雨水進入兩層套管之間,加上電壓后,就有可能產生放電聲;當電容器內缺油時,易使其套管的下端露出油面,這時就有可能發出放電聲;當電容器內部若有虛焊或脫焊,則會在油內閃絡放電;當電容器的芯子與外殼接觸不良時,會出現浮動電壓,引起放電聲。
一旦出現以上幾種出現放電聲狀況,應針對每種情況做出處理,即其處理方法依次為:將電容器停運并放電后把外套管卸出,擦干重新裝好;添加同種規格的電容器油;如放電聲不止,應拆開修理;將電容器停運并放電后進行處理,使其芯子和外殼接觸好。
5.8爆炸問題
電容器在運行過程中,如出現電容器內部元件擊穿、電容器對外殼絕緣損壞、密封不良和漏油、鼓肚和內部游離、鼓肚和內部游離、帶電荷合閘或是溫度過高、通風不良、運行電壓過高、諧波分量過大、操作過電壓等情況,都有可能引起電容器損壞爆炸。為預防電容器爆炸事故,正常情況下,可根據每組相電容器通過的電流量的大小,按1.5倍～2倍,配以快速熔斷器,若電容被擊穿,則快速熔斷器會熔化而切斷電源,保護電容器不會繼續產生熱量;在補償柜上每相安裝電流表,保證每相電流相差不超過±5 %,若發現不平衡,立即退出運行,檢查電容器;監視電容器的溫升情況;加強對電容器組的巡檢,避免出現電容器漏油、鼓肚現象,以防爆炸。
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