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            電力電容器的原理及應用

            文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2021-01-12 14:48:00【
             導讀:
              電力電容器,用于電力系統和電工設備的電容器。任意兩塊金屬導體,中間用絕緣介質隔開,即構成一個電容器。電容器電容的大小,由其幾何尺寸和兩極板間絕緣介質的特性來決定。當電容器在交流電壓下使用時,常以其無功功率表示電容器的容量,單位為乏或千乏。本期專題將詳細介紹電力電容器的分類、原理、安裝及運行維護等問題。

             

            電力電容

             

            電力電容器的分類
              電力電容器按安裝方式可分為戶內式和戶外式兩種;按其運行的額定電壓可分為低壓和高壓兩類;按其相數可分為單相和三相兩種,除低壓并聯電容器外,其余均為單相;按外殼材料可分為金屬外殼、瓷絕緣外殼、膠木筒外殼等。

            按用途又可分為以下8種:

            1)并聯電容器。原稱移相電容器。主要用于補償電力系統感性負荷的無功功率,以提高功率因數,改善電壓質量,降低線路損耗。

            2)串聯電容器。串聯于工頻高壓輸、配電線路中,用以補償線路的分布感抗,提高系統的靜、動態穩定性,改善線路的電壓質量,加長送電距離和增大輸送能力。

            3)耦合電容器。主要用于高壓電力線路的高頻通信、測量、控制、保護以及在抽取電能的裝置中作部件用。

            4)斷路器電容器。原稱均壓電容器。并聯在超高壓斷路器斷口上起均壓作用,使各斷口間的電壓在分斷過程中和斷開時均勻,并可改善斷路器的滅弧特性,提高分斷能力。

            5)電熱電容器。用于頻率為40~24000赫的電熱設備系統中,以提高功率因數,改善回路的電壓或頻率等特性。

            6)脈沖電容器。主要起貯能作用,用作沖擊電壓發生器、沖擊電流發生器、斷路器試驗用振蕩回路等基本貯能元件。

            7)直流和濾波電容器。用于高壓直流裝置和高壓整流濾波裝置中。

            8)標準電容器。用于工頻高壓測量介質損耗回路中,作為標準電容或用作測量高壓的電容分壓裝置。

            電力電容器的結構:

            電力電容器的基本結構包括:電容元件、浸漬劑、緊固件、引線、外殼和套管。結構圖如圖1所示。

             

            補償電容器結構圖

            圖1 補償電容器結構圖

             

              額定電壓在1kV以下的稱為低壓電容器,1kV以上的稱為高壓電容器,都做成三相、三角形連接線,內部元件并聯,每個并聯元件都有單獨的熔絲;高壓電容器一般都做成單相,內部元件并聯。外殼用密封鋼板焊接而成,芯子由電容元件串并聯組成,電容元件用鋁箔作電極,用復合薄膜絕緣。電容器內衣絕緣油(礦物油或十二烷基苯等)作浸漬介質。

            (1)電容元件

              用一定厚度和層數的固體介質與鋁箔電極卷制而成。若干個電容元件并聯和串聯起來,組成電容器芯子。在電壓為10kV及以下的高壓電容器內,每個電容元件上都串有一熔絲,作為電容器的內部短路保護。當某個元件擊穿時,其他完好元件即對其放電,使熔絲在毫秒級的時間內迅速熔斷,切除故障元件,從而使電容器能繼續正常工作。電容元件的結構如圖2所示。

             

            電容元件結構

            圖2 電容元件結構

             

            (2)浸漬劑

              電容器芯子一般放于浸漬劑中,以提高電容元件的介質耐壓強度,改善局部放電特性和散熱條件。浸漬劑一般有礦物油、氯化聯苯、SF6氣體等。

            (3)外殼和套管

              外殼一般采用薄鋼板焊接而成,表面涂阻燃漆,殼蓋上焊有出線套管,箱壁側面焊有吊攀、接地螺栓等。大容量集合式電容器的箱蓋上還裝有油枕或金屬膨脹器及壓力釋放閥,箱壁側面裝有片狀散熱器、壓力式溫控裝置等。接線端子從出線瓷套管中引出。

              電容器的型號含義如下圖所示。

            電容器的型號含義如下圖

             

            電力電容器的作用

            (1)串聯電容器的作用 

            1) 提高線路末端電壓。串接在線路中的電容器,利用其容抗xc補償線路的感抗xl,使線路的電壓降落減少,從而提高線路末端(受電端)的電壓,一般可將線路末端電壓最大可提高10%~20%。

            2) 降低受電端電壓波動。當線路受電端接有變化很大的沖擊負荷(如電弧爐、電焊機、電氣軌道等)時,串聯電容器能消除電壓的劇烈波動。這是因為串聯電容器在線路中對電壓降落的補償作用是隨通過電容器的負荷而變化的,具有隨負荷的變化而瞬時調節的性能,能自動維持負荷端(受電端)的電壓值。

            3) 提高線路輸電能力。由于線路串入了電容器的補償電抗xc,線路的電壓降落和功率損耗減少,相應地提高了線路的輸送容量。

            4) 改善了系統潮流分布。在閉合網絡中的某些線路上串接一些電容器,部分地改變了線路電抗,使電流按指定的線路流動,以達到功率經濟分布的目的。

            5) 提高系統的穩定性。線路串入電容器后,提高了線路的輸電能力,這本身就提高了系統的靜穩定。當線路故障被部分切除時(如雙回路被切除一回、但回路單相接地切除一相),系統等效電抗急劇增加,此時,將串聯電容器進行強行補償,即短時強行改變電容器串、并聯數量,臨時增加容抗xc,使系統總的等效電抗減少,提高了輸送的極限功率(Pmax=U1U2/xl-xc),從而提高系統的動穩定。

            (2)并聯電容器的作用

            并聯電容器并聯在系統的母線上,類似于系統母線上的一個容性負荷,它吸收系統的容性無功功率,這就相當于并聯電容器向系統發出感性無功。因此,并聯電容器能向系統提供感性無功功率,系統運行的功率因數,提高受電端母線的電壓水平,同時,它減少了線路上感性無功的輸送,減少了電壓和功率損耗,因而提高了線路的輸電能力。

            電力電容器的安裝

            安裝補償電容器的環境要求如下:

            1)電容器應安裝在無腐蝕性氣體、無蒸汽,沒有劇烈震動、沖擊、爆炸、易燃等危險的場所。電容器的防火等級不低于二級。

            2)裝于戶外的電容器應防止日光直接照射。

            3)電容器室的環境溫度應滿足制造廠家規定的要求,一般規定為40℃。

            4)電容器室裝設通風機時,出風口應安裝在電容器組的上端。進、排風機宜在對角線位置安裝。

            5)電容器室可采用天然采光,也可用人工照明,不需要裝設采暖裝置。

            6)高壓電容器室的門應向外開。

             

            安裝電容器的技術要求如下:

            1)為了節省安裝面積,高壓電容器可以分層安裝于鐵架上,但垂直放置層數應不多于三層,層與層之間不得裝設水平層間隔板,以保證散熱良好。上、中、下三層電容器的安裝位置要一致,名牌向外。

            2)安裝高壓電容器的鐵架成一排或兩排布置,排與排之間應留有巡視檢查的走道,走道寬度應不小于1.5m.

            3)高壓電容器組的鐵架必須設置鐵絲網遮攔,遮攔的網孔3~4cm2為宜。

            4)高壓電容器外殼之間的距離,一般不應小于10cm;低壓電容器外殼之間的距離應不小于50mm。

            5)高壓電容器室內,上下層之間的凈距不應小于0.2m;下層電容器底部與地面的距離應不小于0.3m。

            6)每臺電容器與母線相連的接線應采用單獨的軟線,不要采用硬母線連接的方式,以免安裝或運行過程中對瓷套管產生應力造成漏油或損壞。

            7)安裝時,電氣回路和接地部分的接觸面要良好。因為電容器回路中的任何不良接觸,均可能產生高頻振蕩電弧,造成電容器的工作電場強度增高和發熱損壞。

            8)較低電壓等級的電容器經串聯后運行于較高電壓等級網絡中時,其各臺的外殼對地之間,應通過加裝相當于運行電壓等級的絕緣子等措施,使之可靠絕緣。

            9)電容器經星形連接后,用于高一級額定電壓,且系中性點不接地時,電容器的外殼應對地絕緣。

            10)電容器安裝之前,要分配一次電容量,使其相間平衡,偏差不超過總容量的5%。當裝有繼電保護裝置時還應滿足運行時平衡電流誤差不超過繼電保護動作電流的要求。

            11)對個別補償電容器的接線應做到:對直接啟動或經變阻器啟動的感應電動機,其提高功率因數的電容可以直接與電動機的出線端子相連接,兩者之間不要裝設開關設備或熔斷器;對采用星—三角啟動器啟動的感應式電動機,最好采用三臺單相電容器,每臺電容器直接并聯在每相繞組的兩個端子上,使電容器的接線總是和繞組的接法相一致。

            12)對分組補償低壓電容器,應該連接在低壓分組母線電源開關的外側,以防止分組母線開關斷開時產生的自激磁現象。

            13)集中補償的低壓電容器組,應專設開關并裝在線路總開關的外側,而不要裝在低壓母線上。

             

            電力電容器的運行

            (1)電容器的安全運行

            電容器應在額定電壓下運行。如暫時不可能,可允許在超過額定電壓5%的范圍內運行;當超過額定電壓1.1倍時,只允許短期運行。但長時間出線過電壓情況時,應設法消除。

            電容器應維持在三相平衡的額定電流下進行工作。如暫時不可能,不允許在超過1.3倍額定電流下長期工作,以確保電容器的使用壽命。

            裝置電容器組地點的環境溫度不得超過40℃,24h內平均溫度不得超過30℃,一年內平均溫度不得超過20℃。電容器外殼溫度不宜超過60℃。如發現存在上述現象時,應采用人工冷卻,必要時將電容器組與網路斷開。

            (2)電容器相關參數的監控

            1)溫度的監視。無廠家規定時,電容器的溫度一般應為-40℃~40℃,在電容器外殼粘貼示溫蠟片。運行中電容器溫度異常升高的原因包括:運行電壓過高(介損大);諧波的影響(容抗小電流大);合閘涌流(頻繁投切);散熱條件惡化。

            2)電壓的監視。應在額定電壓下運行,亦允許在1.05倍額定電壓運行,在1.1倍額定電壓運行不超過4小時。

            3)電流的監視。應在額定電流下運行,亦允許在1.3倍額定電流下運行,電容器組三相電流的差別不應超過±5%。

            (3)電容器的投入退出

            當功率因數低于0.85,電壓偏低時應投入;當功率因數趨近于1且有超前趨勢,電壓偏高時應退出。

            發生下列故障之一時,應緊急退出:①連接點嚴重過熱甚至熔化;②瓷套管閃絡放電;③外殼膨脹變形;④電容器組或放電裝置聲音異常;⑤電容器冒煙、起火或爆炸。

            電力電容器組在接通前應用兆歐表檢查放電網絡。

            接通和斷開電容器組時,必須考慮以下幾點:

            1)當匯流排(母線)上的電壓超過1.1倍額定電壓最大允許值時,禁止將電容器組接入電網。

            2)在電容器組自電網斷開后1分鐘內不得重新接入,但自動重復接入情況除外。

            3)在接通和斷開電容器組時,要選用不能產生危險過電壓的斷路器,并且斷路器的額定電流不應低于1.3倍電容器組的額定電流。

             

            電力電容器的維護

            (1)操作電容器時的注意事項

            1)正常情況下,全站停電操作,應先拉開電容器斷路器,后拉開各出線斷路器;恢復送電時,順序相反。

            2)事故情況下,全站停電后,必須將電容器的斷路器拉開。

            3)并聯電容器組斷路器跳閘后,不準強送電;熔絲熔斷后,未查明原因前,不準更換熔絲送電。

            4)并聯電容器組,禁止帶電荷合閘;再次合閘時,必須在分閘3分鐘后進行。

            5)裝有并聯電阻的斷路器不準使用手動操作機構進行合閘。

            6)高壓電容器組外露的導電部分,應有網狀遮攔,進行外部巡視時,禁止將運行中電容器組的遮攔打開。

            7)任何額定電壓的電容器組,禁止帶電荷合閘,每次斷開后重新合閘,須在短路三分鐘后(即經過放電后少許時間)方可進行。

            8)更換電容器的保險絲,應在電容器沒有電壓時進行。故進行前,應對電容器放電。

            (2)故障處理

            1)當電容器噴油、爆炸著火時,應立即斷開電源,并用砂子或干式滅火器滅火。

            2)電容器的斷路器跳閘,而熔絲未熔斷。應對電容器放電3分鐘后,再檢查斷路器、電流互感器、電力電纜及電容器外部情況。若未發現異常,則可能是由于外部故障或電壓波動所致,可以試投,否則應進一步對保護做全面的通電試驗。

            3)當電容器的熔絲熔斷后,應向值班調度員匯報,取得同意后,再切斷電源并對電容器放電后,先進行外部檢查,如套管的外部有無閃絡痕跡、外殼是否變形、漏油及接地裝置有無短路等,然后用搖表搖測極間及極對地的絕緣電阻值。如未發現故障跡象,可換熔絲繼續投入運行。如經送電后熔絲扔熔斷,則應退出故障電容器。

            4)處理故障電容器應先斷開電容器的斷路器,拉開斷路器兩側的隔離開關。由于電容器組經放電電阻放電后,可能部分殘存電荷一時放不完,仍應進行一次人工放電。放電時先將接地線接地端接好,再用接地棒多次對電容器放電,直至無放電火花及放電聲為止。盡管如此,在接觸故障電容器前,還應戴上絕緣手套,先用短路線將故障電容器兩極短接,然后手動拆卸和更換。

            (3)電容器日常巡視的主要項目

            1)監視運行電壓、電流、溫度、

            2)外殼有無膨脹、滲漏油,附屬設備是否完后。

            3)內部有無異音。

            4)熔絲是否熔斷,放電裝置是否良好。

            5)各處接點有無發熱及小火花放電。

            6)套管是否清潔完整,有無裂紋、閃絡現象。

            7)引線連接處有無松動、脫落或斷線,母線各處有無燒傷、過熱現象。

            8)室內通風、外殼接地線是否良好。

            9)電容器組繼電保護運行情況。

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