SDJ 25-1985 《并联电容器装置设计技术规程》.doc

并联电容器装置设计技术规程 SDJ25-85 (试 行) 主编部门:水利电力部西南电力设计院 批准部门:中华人民共和国水利电力部 施行日期:1985年2月12日 中华人民共和国水利电力部 关于颁发并联电容器装置设计技术规程(试行)的通知 (85)水电电规字第11号 为了适应电力建设发展的需要，并统一并联电容器装置设计标准，我部生产 司和电力规划设计院于1982年委托西南电力设计院组织编制部颁标准并联电容 器装置设计技术规程，参加编制的有东北电力设计院和西北电力设计院。经主 编单位和参加单位的努力工作，并在向有关设计、运行、科研等单位征求意见的 基础上，于1984年11月由电力规划设计院和生产司对并联电容器装置设计技 术规程送审稿进行了审查。现批准并联电容器装置设计技术规程SDJ25 85颁发试行。 各单位在试行中要注意总结经验，如发现有不妥和需要补充之处，请将意见 随时函告西南电力设计院并抄送我部生产司和电力规划设计院，以便修改时参考。 1985年2月12日 第一章 总 则 第1.0.1条本规程适用于35220kV变电所内单组容量为2000kvar、 10(6)kV及以上的并联电容器装置(以下简称电容器装置)新建和扩建的工程设计。 对于单组容量小于2000kvar电容器装置的设计，可参照执行。 第1.0.2条电容器装置的设计必须执行国家的技术经济政策，并应根据安装 地点的电网条件、谐波水平、自然环境、运行和检修要求等，合理地选择接线方 式、布置型式和控制、保护方式，做到安全可靠、经济合理和运行检修方便。 第1.0.3条电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计、调相调压计 算及技术经济比较确定。对于35110kV变电所中电容器装置的总容量， 按照无功功率就近平衡的原则，可按主变压器容量的10%30%考虑。 第1.0.4条遵照本规程设计的电容器装置，尚应符合现行的国家和水利电力 部的有关标准、规范和规程的规定。 第二章 接 线 第一节 一 般 规 定 第2.1.1条电容器装置的接线，应使电容器的额定电压与接入电网的运行电 压相配合。 第2.1.2条确定电容器装置的分组容量应满足下列要求： 一、分组电容器投切时，不得发生谐振； 二、投切一组电容器引起所在母线电压变动不宜超过2.5%； 三、应与配套设备的技术参数相适应。 电容器装置在满足上述要求的情况下；宜减少分组，加大分组容量。 第2.1.3条电容器装置宜装设在主变压器的低压侧或主要 负荷侧。 第二节 接线方式 第2.2.1条小电流接地系统的电容器装置应采用中性点不接地的星形或双星 形接地。 第2.2.2条电容器装置每相的电容器，应采用先并联后串联的连接方式。 第三节 配套设备及其连接 第2.3.1条电容器装置应设置满足电容器运行要求的专用断路器。 分组断路器不能满足开断短路的要求时，应增设开断短路用的总断路器。 第2.3.2条两组及以上的电容器组并列进行，如其合闸涌流超过回路设备允 许值，应在每组回路中设置串联电抗器。 当装设电容器装置引起的高次谐波含量超过规定允许值时，应在回路中设置 限制谐波的串联电抗器。 限制谐波的电抗器，可兼作限制涌流的电抗器。 需要限制短路电流时，串联电抗器可兼作限流电抗器。 第2.3.3条串联电抗器装设在电容器的中性点侧或电源侧，应根据电容器装 置的接线方式、电抗器的动热稳定电流、绝缘水平及母线短路容量等由技术经济 比较确定。 第2.3.4条电容器装置的操作过电压超过设备允许值时，应在断路器的电容 器侧靠近电容器装设氧化锌避雷器。 第2.3.5条电容器装置宜装设接地用隔离开关。 第2.3.6条电容器的外壳直接接地时，保护单台电容器的熔断器应接于电源 侧。 第2.3.7条电容器组必须加装放电装置，并与电容器组直接连接。 第三章 电器和导体选择 第一节 一 般 规 定 第3.1.1条电容器装置的电器和导体，应根据其技术条件及安装地点的环境 条件选择和校验。 第3.1.2条电容器装置的电器和导体应满足正常运行、短路故障及操作过程 的要求。 第3.1.3条电容器装置的电器和导体的长期允许电流，应不小于电容器组额 定电流的1.35倍。 第3.1.4条半露天布置的电容器装置的电器应选用屋外型设备。 第3.1.5条高海拔地区应选用高原型电容器装置的电器，湿热带地区应选用 适用于湿热带地区的产品。 第二节 电容器 第3.2.1条电容器承受的稳态过电压不应超过电容器额定电压的1.1倍。 当电容器的额定电压不满足实际运行电压要求时，可将两台或两台以上串联 使用。 第3.2.2条电容器的选择应允许稳态过电流达到电容器额定电流的1.3倍。 对于具有最大电容正偏差的电容器，该过电流允许值应达到电容器额定电流的 1.43倍。 第3.2.3条单台电容器的容量选择应按电容器组单相容量和每相电容器的 串、并联台数确定。每相各串联段中电容器的并联台数宜小于最大并联台数。 第3.2.4条电容器的环境温度，应按1h平均最高温度、24h平均最高温度、 年平均最高温度和极端最低温度进行校验。 第3.2.5条单台容量100kvar及以上的电容器应选用有内放电电阻的电容器。 第三节 断路器 第3.3.1条电容器装置的断路器除应满足一般断路器的技术条件外，尚应符 合下列要求： 一、合闸时触头不应有明显弹跳、熔焊； 二、分闸时不应重击穿； 三、应有承受合闸涌流的能力； 四、经常投切的断路器应具有频繁操作的能力。 当选择的设备难以满足上述一、二项要求时，必须有操作过电压的防护措 施。 第3.3.2条当电容器装置采用有总断路器和分组断路器的接线时，总断路器 应具有切除其所连接的全部电容器和短路电流的能力。 第四节 熔断器 第3.4.1条保护单台电容器的熔断器应采用专用熔断器，且宜优先选用喷逐 式熔断器。 第3.4.2条熔断器的额定电压不得低于电容器的额定电压，最高工作电压应 为额定电压的1.1倍。 第3.4.3条限流式熔断器不宜使用在低于其额定电压的电网中。 第3.4.4条熔断器熔体的额定电流可按电容器额定电流的1.5 2.0倍选择。 第五节 串联电抗器 第3.5.1条限制合闸涌流的串联电抗器的电抗值，应按断路器、电流互感器 等设备所允许的涌流值进行选择。 第3.5.2条限制高次谐波和涌流的串联电抗器的电抗值，应使回路对被限制 的谐波的总阻抗呈感性；对限制五次及以上的谐波可选用(5%6%)(为电 容器组每相的容抗，下同)；对限制三次及以上谐波可选用(12%13%)。 第3.5.3条串联电抗器的长期最大允许电流等于1.35倍额定电流时，电抗值 不应低于90%额定电抗。 第六节 放 电 装 置 第3.6.1条放电装置宜选用专用放电线圈，当用单相电压互感器代替时，其 技术特性应满足放电装置的要求。 第3.6.2条放电装置的额定电压不应低于电容器组的额定电压，其稳态过电 压允许值应与电容器组相一致。 第3.6.3条放电装置的放电特性应满足下列要求： 一、手动投切的电容器组的放电装置，应能使电容器组上的剩余电压在5min 内自额定电压峰值降至50V以下； 二、自动投切的电容器组上的剩余电压在5s内自电容器组额定电压峰值降至 0.1倍电容器组额定电压及以下。 第3.6.4条放电装置的容量应满足在最大放电容量下放电时的热稳定要求， 并应满足二次负荷及电压变比误差的要求。 第3.6.5条放电装置的有功损耗不宜超过其额定容量的1%。 第七节 导体及其他 第3.7.1条单台电容器至母线或熔断器的连接线的长期允许电流，不应小于 单台电容器额定电流的1.43倍，尚应考虑机械强度的要求。 第3.7.2条选择氧化锌避雷器时，应根据避雷器的连接方式，可能出现的过 电压倍数和电容器组容量，校验通流容量。 第3.7.3条双星形中性线电流互感器，应选匝间绝缘加强型产品，或一次并 联低压氧化锌避雷器。 第四章 保护、控制和测量装置 第一节 一 般 规 定 第4.1.1条电容器装置应具有单台电容器故障、电容器组内部故障、过负 荷、外部连接线短路及系统运行异常情况的保护。 第4.1.2条测量表计的量程应满足电容器组的最大允许电流及最高允许电压 的要求。 第二节 保 护 装 置 第4.2.1条单台电容器应设置专用熔断器作为电容器内部故障的保护。 第4.2.2条电容器组的内部故障，按电容器组不同接线方式分别采用下列类 型保护方式： 一、星形接线的电容器组可采用开口三角电压保护； 二、多段串联的星形接线的电容器组也可采用电压差动保护或桥式差电流保 护； 三、双星形接线的电容器组可采用中性线不平衡电压或不平衡电流保护。 第4.2.3条对电容器装置的过电流和内部连接线的短路，应设置过电流保 护。当有总断路器及分组断路器时，电流速断动作于总断路器分闸。 第4.2.4条电容器装置应设置母线过电压保护，带时限动作于信号或分闸。 在设有自动投切装置时，可不另设过电压保护。 第4.2.5条电容器装置宜设置失压保护，当母线失压时，自动将电容器装置 切除。 第三节 控 制 第4.3.1条电容器装置宜在主控制室集中控制。 第4.3.2条根据电容器装置在电网中的作用、设备情况和运行经验等，可采 用下列投切方式： 一、担负电力系统调压的电容器装置可采用按电压、无功功率及时间等组合 条件分组自动投切； 二、对于主变压器具有有载调压装置的变电所，可对电容器装置与主变压器 分接头进行综合调节； 三、35110kV变电所中电容器装置可采用分别按电压、无功功率或时间等 自动投切； 四、对于日负荷变化不大、母线电压稳定的变电所，电容器装置日投切次数 各三次及以下时，可采用手动投切。 第4.3.3条自动投切装置的接线，应有防止保护跳闸时误投入电容器装置的 闭锁回路，并应设置操作解除控制开关。对于综合控制装置，应设置改变控制方 式的切换开关。 第4.3.4条电容器装置控制回路严禁设置自动重合闸。 第4.3.5条在变电所备用变压器或互为备用的母线段自投装置使备用断路器 合闸前，应先将被投母线上的电容器装置联锁切除，并闭锁电容器自投装置。 第四节 测 量 装 置 第4.4.1条电容器装置应设置下列仪表： 一、总回路应分相设置电流表，在分组回路中每组可只设置一只电流表； 二、应设置一只电压表，切换测量各线电压。母线已有电压表时，不得另设 置； 三、总回路应设置无功功率表，分组回路可只设置无功电度表。 第五章 布置和安装 第5.0.1条电容器装置应根据环境条件、设备技术参数及当地的实践经验， 选择屋外、半露天(即屋外搭遮阳棚)或屋内的布置型式。 第5.0.2条电容器装置的构架设计，应考虑便于维护和更换设备，分层布置 不宜超过三层，每层不应超过两排，四周及层间不应设置隔板，以利通风散热。 第5.0.3条电容器装置的安装尺寸不应小于表5.0.3所列数值。 表5.0.3 电容器装置安装尺寸表 注：电容器间距应按制造厂规定，无制造厂提供的数据时，可按不小于100mm考 虑。 第5.0.4条电容器装置应设置维护通道1)，其宽度(净距)不宜小于1200mm。 维护通道与电容器间应设置网状遮栏。 电容器构架与墙或构架之间设置检修走道2) 时，其宽度不宜小于1000mm。 注：1)维护通道正常运行时巡视、停电后进行检修及更换设备的通道。 2)检修走道停电后打开网门后方能进行检修和更换设备的走道。 第5.0.5条电容器装置半露天布置时，应按屋外布置确定安装尺寸。 第5.0.6条电容器组的绝缘水平应与电网的绝缘水平相配合。电容器与电网 绝缘水平一致时，应将电容器外壳与构架可靠接地；电容器绝缘水平低于电网 时，应将电容器安装在与电网绝缘水平相一致的绝缘构架上，电容器外壳应与构 架可靠连接。35、63kV电容器组的绝缘构架应分相设置。 第5.0.7条串联电抗器的绝缘水平低于电网时，应将其装在与电网绝缘水平 相一致的绝缘平台上。 第5.0.8条电容器装置应有防止小动物进入的措施。 第5.0.9条电容器套管与母线应使用软导体连接。不得利用电容器套管支承 母线。 单套管电容器组的接壳导线，应由接壳端子的连接线引出。 第5.0.10条熔断器应安装在通道侧，并应避免熔丝熔断时引起事故损坏邻近 设备。 第5.0.11条未装设接地隔离开关的电容器装置应设有挂接地线的端子。 第5.0.12条电容器装置的钢构架应采取镀锌等防锈措施。 第六章 防火和通风 第一节 防 火 第6.1.1条电容器室及半露天布置的遮阳棚为丙类生产建筑物，其耐火等级 应按二级考虑。 电容器装置的构架应采用非燃烧材料。 电容器装置的地面屋内宜采用水泥沙浆抹面并压光，也可铺沙；屋外宜采用 水泥沙浆抹面，也可铺碎石。 第6.1.2条电容器装置与其他建筑物或主要电气设备之间无防火墙时，其防 火间距不应小于10m。由于条件限制，电容器室与其他生产建筑物连接布置时， 其间应设防火隔墙。 第6.1.3条电容器装置必须就近设置消防设施，并应设有总的消防通道。 第6.1.4条电容器室不宜设置采光玻窗，门应向外开启。相邻两电容器室之 间的门应能向两个方向开启。 第6.1.5条电容器装置宜布置在变电所年主导风向的下风侧。 第二节 通 风 第6.2.1条电容器室的通风应按消除室内余热考虑，余热量包括电容器装置 的散热和屋顶太阳辐射热。 第6.2.2条电容器室的通风量，应根据电容器温度类别，按夏季排风温度不 超过电容器所允许的最高环境空气温度计算。 第6.2.3条电容器室应首先考虑自然通风，当其不满足排热要求时，可采用 自然进风、机械排风的通风方式。 第6.2.4条确定电容器装置布置的朝向，应综合考虑减少太阳辐射热和利用 夏季主导风的散热作用。 电容器室屋顶应采取隔热措施。 第6.2.5条电容器室的进、排风口应有防止雨雪和小动物进入的措施。 附录一 谐振容量计算 发生n次谐波谐振的电容器容量，按下面近似计算式计算 (附1.1) 式中Qcx发生n次谐波谐振的电容器容量(Mvar)； Sd电容器装置安装处的母线短路容量(MVA)； n谐波次数，即谐振频率与电网基波频率之比； A电容器装置每相感抗(XL)与每相容抗(Xc)的比值， 即A=XL/Xc附录二 电容器组投入电网时的涌流计算 一、单组电容器投入时涌流的计算 附图2.1 单组电容器涌流计算值电路图 L0网络每相等值电感；L串联电抗器和接线每相电感； C电容器组每相电容；DL断路器 单组电容器涌流计算的等值电路如附图2.1所示。 由等值电路可列出回路微分方程，经推导整理可得出合闸瞬间涌流的最大值 Lymax为 (附2.1) (附2.2) 上二式中Iymax合闸涌流最大值(kA,峰值)； Ie电容器组额定电流(kA); Xc电容器组每相容抗()； 网络感抗(L0)与电容器装置串联感抗(L)的综合值()； fy涌流频率(Hz)； f电网基波频率(Hz)。 二、并联电容器组追加投入时涌流的计算 附图2.2 并联电容器组涌流计算等值电路图 L1Lm第1组到第m组电容器组每相串联电抗器及接线的电感； C1Cm第1组到第m组电容器组每相电容；DL断路器 设有m组电容器，最后一组(即第m组)在电源电压为最大值Umax时投入， 电源产生的涌流不计；母线电感合并到各电容器组串联电感内。计算第m组投入 时的合闸涌流(等值电路如附图2.2)。 由附图2.2可导出下列公式 (附2.3) (附2.4) 当并联各组电容器容量相等时，式(附2.3)可改写为 (附2.5) (附2.6) 上四式中Ue电容器组额定线电压(kV,有效值)； C并联电容器组的等值电容值(F)，等于已运行的各组电容器的 电容并联再与投入电容器组的电容串联； L等值电感值(H)，可按等值电容的方法求得。当计及母线电感 时按每米1H考虑； m电容器分组数(m=2，3，4)； Qcd单组电容器容量(kvar)； 电网基波角频率，=314rad/s； L串联电抗器及连接线每相电感(H)； C每组电容器每相电容值(F)。 附录三 稳态电压升高的计算 一、电容器装置接入母线后，引起的稳态电压升高值可按下式计算 (附3.1) 式中U电压升高值(kV)； Uzm电容器装置未接入时的母线电压(kV)； Qc接入母线的电容器总容量(Mvar)。 二、电容器组接入串联电抗器后，电容器的端电压将升高，其值可按下式计 算 (附3.2) 式中Uc电容器的端子运行电压(kV)； UeM电容器装置的母线电压(kV)； N每相电容器的串联段数。 附录四 放电装置放电时间的计算 采用放电线圈或电压互感器放电时，放电电流通常是衰减振荡波，此时，放 电时间t可按下式计算 (附4.1) 式中t从2Uex降到Ur的放电时间(s)； Lf放电回路的电感(H)； Lf放电回路的电阻()； Uex电容器组的额定相电压(V)； Ur允许剩余电压(V)。 附录五 电容器装置继电保护整定计算 一、过电流保护 (一)动作电流 (附5.1) 式中Idz动作电流(A)； Kk可靠系数； Kjx接线系数。当电流互感器接成星形时为1； N1电流互感器变比。 (二)灵敏度校验 (附5.2) 式中 K(2)lm保护装置的灵敏系数； 系统最小运行方式下，保护装置安装处的三相短路电流稳态值(二 次值，A)。 保护装置应带0.2s以上时限以躲过涌流。 二、电容器组内部故障保护 (一)开口三角电压保护 (附5.3) (附5.4) (附5.4a) 上三式中Udz动作电压(V)； Ny电压互感器变比； Klm灵敏系数，取1.251.5； Uch差电压(V)； K因故障而切除的电容器台数； 任意一台电容器击穿元件的百分数； M每相各串联段电容器并联台数。 由于三相电容的不平衡及电网电压的不对称，正常时存在不平衡零序电压 Uobp，故应进行校验，即 UdxKk Uobp (附5.5) (二)双星形接线中性线不平衡电压或不平衡电流保护 1.不平衡电压保护 (附5.6) (附5.7) (附5.7a) 式中U0中性点不平衡电压(V)； Mb双星形接线每臂各串联段的电容器并联台数。 当采用星形中性点电压偏移保护时，零序电压计算公式与上式同。 2.不平衡电流保护 (附5.8) (附5.9) (附5.9a) 上三式中I0中性点间流过的电流(A)； Ied每台电容器额定电流(A)。 为了躲开正常情况下的不平衡电压和不平衡电流，均应校验动作值，即 (附5.10) (附5.11) (三)电压差动保护 (附5.12) (附5.13) (附5.13a) N=2时 (附5.14) (附5.14a) 上五式中Uc故障相的故障段与非故障段的压差(V)。 (四)桥式差电流保护 (附5.15) (附5.16) (附5.17) 上三式中 I因故障切除部分电容器后，桥路中通过电流(A)。 公式(附5.4)、(附5.7)、(附5.9)、(附5.13)、(附5.14)及(附5.16)适用于有专用 单台熔断器保护的电容器装置；而公式(附5.4a)、(附5.7a)、(附5.9a)、(附5.13a)、 (附5.14a)及(附5.16a)则适用于未设置专用单台熔断器保护的电容器装置。 三、电容器装置母线过电压保护 (附5.18) 四、电容器装置失压保护 (附5.19) 式中Kmin系统正常运行可能出现的最低电压系数，一般取0.5。 附录六 本规程用词说明 现将执行本规程条文时，要求严格程度的用词说明如下，以便在执行中区别 对待。 1.表示很严格，非这样作不可的用词： 正面词一般采用“必须”； 反面词一般采用“严禁”。 2.表示严格，在正常情况下均应这样作的用词： 正面词一般采用“应”； 反面词一般采用“不应”或“不得”。 3.表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样作的用词： 正面词一般采用“宜”或“可”； 反面词一般采用“不宜”。 并联电容器装置 设计技术规程 SDJ2585 (试 行) 编 制 说 明 前 言 并联电容器装置设计技术规程SDJ2585(试行)已经水利电力部颁发执 行。为帮助理解和正确贯彻规程条文，决定出版并联电容器装置设计技术规 程SDJ2585(试行)的编制说明。 本编制说明主要阐述新规程条文的编制依据，并对条文的含义作了某些解 释，供使用时参考。 各单位在使用本规程及其编制说明过程中，如发现有不妥或需要补充之处， 请随时函告西南电力设计院和我院。 水利电力部电力规划设计院 1985年9月 第一章 总 则 本章主要内容包括本规程的总的指导思想、适用范围、电容器总容量选择原 则以及本规程与其他标准、规范和规程的关系。 第1.0.1条本条阐述规程的适用范围。 一、根据我国高压并联电容器装置(以下简称电容器装置)的现有情况，于 1982年7月底至8月初在成都讨论本规程编制大纲的会议上决定：“本规程适用 范围定为装在35220kV变电所内单组容量为2000kvar、10(6)kV及以上的高 压并联电容器装置。对于单组容量小于2000kvar的电容器装置，设计时可参照使 用。”如果将小容量电容器装置亦包括进去，势必使其标准过高。 二、调查结果表明，330500kV变电所的电容器装置因无实际运行经验， 目前尚无条件纳入规程。 于1983年11月上旬召开的本规程初稿讨论会的纪要中明确指出：“鉴于目 前国内330500kV变电所内尚无自行设计制造的并联电容器装置投入运行，编 制规程的条件不够成熟。本规程适用范围仍按初稿提出的意见定为220kV及以下 电压的变电所。对于330500kV变电所的无功补偿装置，建议另行安排编制暂 行技术规定。” 三、本规程的适用范围是1982年在成都召开的规程编制大纲讨论会上定 下来的。装置的电压等级局限于10(或6)kV及以上，这是因为各地区已运行的和 正在设计的电容器装置绝大部分是装在10kV电压等级，只有少部分是装在35及 63kV电压等级。适用范围的下限定为35kV变电所中2000kvar(单组容量)是为了 与变电所设计技术规程相适应。 第1.0.2条本条阐述规程的指导思想及主要设计原则。 一、首先强调装置的设计必须执行国家的技术经济政策(如能源政策、电压管 理条例等)。 二、在总的设计思想中突出了安全可靠。由于并联电容器节能的经济效益很 显著，运行部门所做的计算比较结果表明，装设并联电容器的投资一般在短期之 内就可全部收回。再则，与调相机比较，电容器总的投资费用要节省得多。但在 前几年，电容器及电容器室的爆炸起火事故较多。对电力系统的安全影响很大， 所以，在设计中，经济与安全二者权衡，应将安全可靠摆在首位。故规程中 提出了要做到“安全可靠、经济合理和运行及检修方便”。 三、设计原则中除电网条件、自然环境特点、运行和检修要求外，还提到了 安装地点的谐波水平。因为随着电力系统的发展，系统中可控硅及电气化机车等 产生谐波的负荷亦不断增长，使电网中波形畸变加重，而并联电容器对高次谐波 分量有放大作用，在参数匹配时，还将产生高次谐波谐振。因此，谐波问题也是 并联电容器设计中必须考虑的重要问题之一。 水电部1984年8月颁发的电力系统谐波管理暂行规定(SD12684)(以 下简称暂行规定)是处理谐波问题的指导性文件。其中第1.3条规定“电网原 有的谐波超过本规定的电压正弦波形畸变率极限值时，应查明谐波源并采取措 施，把电压正弦波形畸变率限制在规定的极限值以内。在本规定颁发前，已接入 电网的非线性用电设备注入电网的谐波电流超过本规定的谐波电流允许值时，应 制定改造计划并限期把谐波电流限制在允许范围以内。所需投资和设备由非线性 用电设备的所属单位负责。”第1.4条明确规定：“新建或扩建的非线性用电设 备接入电网，必须按本规定执行。如用户的非线性用电设备接入电网，增加或改 变了电网的谐波值及其分布，特别是使与电网连接点的谐波电压、电流升高，用 户必须采取措施，把谐波电流限制在允许的范围内，方能接入电网运行。”暂 行规定的第2.1条表2.1列出了电网电压正弦波形畸变率极限值；第2.2条规定 了用户注入电网连接点的各次谐波电流的允许值。 暂行规定的第三章是谐波管理。第3.1条规定：“各级电力部门对电网 的谐波情况，应定期进行测量分析，当发现电网电压正弦波形畸变率超过表2.1 的规定时，应查明谐波源并按第1.3条的规定，协助非线性用电设备所属单位采 取措施，把注入电网的谐波电流限制在表2.2规定的允许值以下，”第3.2条 规定“电力部门和用户均应校核接入电网的电力电容器组是否会发生有害的并联 谐振、串联谐振和谐波放大，防止电力设备因谐波过电流或过电压而损坏。为 此，电力部门和用户所安装的电力电容器组，应根据实际存在的谐波情况，采取 加装串联电抗器等措施，保证电力设备安全运行”。 在规划并联电容器的安装地点和总容量时，应充分考虑以上有关谐波问题的 规定，以避免由于谐波放大或谐振造成对电力系统和电容器装置的危害。 第1.0.3条本条主要是规定并联电容器装置总容量的确定原则。 条文中的无功规划设计，实际上包括了无功电力规划设计的全过程，即在电 力系统有功规划的基础上进行的无功电力平衡计算。其中要全面考虑远近期需 求、合理布局、无功负荷和无功电源就地平衡原则、潮流和电压计算、设备(主变 电压抽头)技术参数计算、备用容量、技术经济比较等。 本条文强调应进行必要的调相调压计算，特别是在220kV变电所中应根据计 算结果来确定电容器装置的总容量，以免造成投资与设备的浪费。根据各运行单 位的意见，在缺乏准确资料时，对于35110kV变电所中电容器装置的总容量可 按主变压器容量的10%30%配置。地区无功缺额较少或距电源点较近的变电所 应取较低值，无功缺额较多或距发电厂较远的变电所应取较高值。 经调查，各地区无功容量的选择大同小异。现将收集到的情况汇总如下： 福州无功补偿专业会议的意见是：“变电站安装电容器，其主要作用是补偿 主变压器的无功损耗及无功负荷，同时进行调压。”“一般变电站的补偿容量， 可以按主变容量的15%30%选择，要注意根据变电站的负荷性质及运行方式确 定合理的补偿容量”。 中国电机工程学会关于目前我国农村电网无功补偿的意见一文中提出： “变电站安装补偿容量的确定： 一、集中进行调相调压的110kV变电站，可以集中装置较大容量的电容器 组，以控制电网的电压水平。其补偿容量以主变压器容量的20%25%为宜。当 主变压器负载较轻时，可按所带负载的20%30%配置。 二、35kV变电站的补偿容量，一般按主变压器容量的25%30%考虑。当 主变压器负载较轻时，可按所带负载的20%30%配置”。 上海供电局确定的电容器总容量选择的原则是：35kV功率因数从0.8补偿到 0.9，需补偿的无功容量与负荷之比为16%18%，约为主变压器容量的1/6 1/5；110220kV功率因数从0.85补偿到0.95，大约需补偿的无功容量与负荷 之比为18.5%21%，约为主变压器容量的1/5。 湖南省按力率电价收费较早，用户装设电容器的积极性高，因此，地区无功 缺额不多。湖南省电力局是按下述要求配置电容器容量的：20000kVA主变压器 下设3000kvar电容器；31500kVA主变压器下设4000kvar电容器。计算结果：电 容器的总容量约为主变压器容量的12.7%15%。 天津电力工业局编写的变电所高压并联电容器组设计、安装和运行技术导 则中规定：“当缺乏准确的资料时，可按主变压器容量的15%30%配置”。 武汉供电局统计15个电容器组容量，其结果基本上都在其主变压器容量的15% 30%之内。 根据以上意见，将本条规定为：对于35110kV变电所中电容器装置的总容 量在无功功率就地就近平衡的原则下，可按主变压器容量的10%30%考虑。 第1.0.4条本条主要规定本规程与相关标准、规范、规程之间关系的处理。 一、按本规程编制大纲讨论会会议纪要规定： (1)由华东电力设计院负责修订的变电所设计技术规程，其中第三章第九 节并联电容器装置有关条文在修订时不再纳入该规程。全部内容见本规程。 (2)并联电容器装置过电压保护的有关要求由电科院高压所电力设施过电压 保护技术规程修订组在修订该规程时列入。 (3)并联电容器装置接地的有关要求由电科院高压所电力设施接地技术规 程修订组修订该规程时列入。 (4)有关并联电容器装置抗震内容由西北电力设计院电力设施抗震设计标 准编制组编制该标准时列入。 二、在电容器装置设计中，涉及有关变电所设计技术规程、高压配电 装置设计技术规程、电气测量仪表装置设计技术规程、工业与民用建筑 防火规范等的内容，详见该规程、规范。 由于电力电容器产品的IEC标准及我国国家标准对产品性能要求较为详细， 本专业人员均熟悉其内容，本规程不再重复上述规范、规程的内容。 继电保护和安全自动装置技术规程新版本与本规程第四章第二节保护装 置的内容稍有出入，建议设计时暂按本规程执行。下次修订时再相互协调。 第二章 接 线 第一节 一 般 规 定 第2.1.1条本条规定为电压配合的原则要求。 电容器的无功容量与施加电压的平方和频率成正比(Q0=2fCU2)。一般系统 频率变化很小，所以电容器端子上若施加的是额定电压，则它的输出亦为额定功 率；如果降低电压运行，电容器无功输出将大大减少，影响无功补偿效果。例 如：有的变电所用6.3kV的电容器两台串联后接成三角形用于10kV系统，电容器 输出的无功将比额定值减少约31%；也有把额定电压为10.5kV的电容器接成星形 用于10kV系统的，这样，容量将降低三分之二。虽然这样使用是安全的，但经济 效益低，因而是不合适的。 电容器过电压运行，将大大增加无功出力，造成过负荷，其危害也是很大 的。因为过电压运行将促使电容器场强增高，引起介损增加，长期过负荷运行会 使电容器失去热平衡，形成热击穿而损坏，从而影响电容器的使用寿命，所以过 电压运行也是应该避免的。因此，在设计中应尽量做到使电容器既能输出额定功 率又不过载，以符合既安全又经济的要求。 为了使国产电容器的额定电压与系统电压相配合，电容器装置的工作电压通 常采取的组合方式有以下几种： (1)11/kV的电容器接成星形用于10kV系统； (2)11/2kV的电容器两段串联接成星形用于10kV系统； (3)10.5kV或11kV的电容器两段串联接成星形用于35kV系统； (4)19kV的电容器两段串联接成星形用于63kV系统。 可能还有别的组合方式，但主要的是以上几种。对于少数电网运行电压偏高 又缺少无功的地区，如果电容器装置的工作电压仍然采用上述的组合方式，则可 能造成电容器过电压运行。为了解决这个问题，需要采取提高每相工作电压的措 施。例如，浙江省绍兴变电所35kV母线经常运行电压为38.5kV,装于该变电所 35kV母线上的电容器组，采用10.5kV的并联电容器两台串联，再与两台0.6kV 的串联电容器串接，把每相的工作电压由21kV提高到22.2kV，这样接成星形接 线后线电压可达38.5kV,满足了电压配合的要求。 在利用串接串联电容器提高每相工作电压的接线中，串联电容器的额定电压 按需要提高的工作电压来选择，串联电容器的额定电流应与其串接的并联电容器 的额定电流相配合。这种接线使得布置复杂化，只是解决电容器过电压运行的一 个权宜之计。总之，这种接线在全国各地的应用实例是比较少的。为了使接线和 布置简单，部分单位希望电容器制造厂能生产11.5kV、12kV 两种额定电压的电 容器，以备选用。 还应指出，由于三角形接线存在一些尚未解决的问题，如故障电流大，无适 当的保护方式，无合适的专用熔断器作单台熔断器保护等，所以不能因为强调电 压配合而把10.5kV(或11kV)的电容器接成三角形接线，用于10kV系统。电容器 虽然可以在1.1倍额定电压下长期运行，但在考虑接线方式时，尽可能不利用这 个裕度，只对采用熔断器保护的电容器组，在故障电容器退出运行(缺台运行)时， 按1.1倍过电压整定保护时才使用此裕度。 第2.1.2条变电所装设无功补偿的电容器总容量确定以后，根据补偿无功和 调节电压的需要把总容量分成若干组时，确定分组容量应满足本条所列的三个要 求： 一、分组电容器投切时，不得发生谐振。 当母线上接有m组电容器时，从投入第1组，第2组直到m组的全部投入， 都应避开谐振，这是电容器组安全运行的必要条件。 分组投切的大容量电容器组，其容抗的变化范围较大，若其容抗与系统的感 抗符合某种匹配条件，即会发生谐振。在工频情况下，系统的感抗一般比容抗小 得多，所以不会发生谐振。当系统中产生了高次谐波时，系统的谐波感抗可能与 系统的谐波容抗匹配，从而发生高次谐波谐振。谐振时产生的过电压和过电流将 使电气设备受到冲击，严重危及系统的安全运行，因而这是必须加以避免的。 一般电网的高次谐波分量主要以3、5、7次为主。大容量电容器组各分组 一般装有感抗值为5%6%Xc(Xc为电容器组每相容抗，下同)的串联电抗器，它 能有效地抑制5次及5次以上的高次谐波，但对3次谐波有放大作用，3次谐波 的谐振点也往往落在电容器的调节范围内，因而很有可能在一定的参数匹配条件 下发生3次谐波谐振。 据调查，北京南苑变电所的62000kvar大容量电容器装置，是等分成8组按 电压自动投切。华北电力试验研究所的试验表明，当投入第2组时，电容器回路 的电压、电流的3次谐波分量分别达到11%和24.6%，电流波形严重畸变，电流 表指针摆动，出现谐振现象。后来把分组容量的配置予以改变，将其中一组容量 由8016kvar减为7014kvar固定投入，其他各组容量和投切方式不变，从而破坏了 参数谐振条件，保证了运行的稳定。张家口的侯家庙变电所，保定的高碑店变电 所、天津的陈塘庄变电所安装的三个大型电容器组，也出现过类似的现象，虽未 发生谐振，但已在不同程度上接近谐振点，后来都分别采取了必要的措施，避开 了谐振。 图2.1.2 n次谐波电流的等值电路图 谐波源的n次谐波电流；cn流入电容器回路的n次谐波电流； sn流入系统的n次谐波电流；R电容器回路电阻；nXL电容器回路n 次谐波感抗；Xc/n电容器回路n次谐波容抗；nXs系统n次谐波感抗 电网在低次数谐波下发生的谐振最为严重，若谐波源容量较大，而电容器组 容量较小，则谐振电流会导致电容器组严重过载，致使电容器产生异常声响和振 动，外壳变形膨胀，甚至因外壳爆裂而损坏。当电容器装置装设感抗值为6%Xc 的串联电抗器后，5次及5次以上的高次谐波被抑制，至于发生3次谐波谐振的 电容器容量，可按规程中(附1.1)式计算。 采取必要的分组方式，可避免分组电容器投到谐振点上，同时，也可避免出 现过大的谐波电流放大倍数。根据保定供电局的经验，推荐按以下方法考虑分组 容量，以避开不利于设备安全运行的谐波放大范围，现简略介绍如下，供参考。 n次谐波电流的等值电路如图2.1.2所示。 从n次谐波电流的等值电路图可得出： (1)当nXLXc/n时，电容器回路综合谐波阻抗呈容性，此时将产生对n次谐波 的放大作用。设放大倍数为K，则K的表达式如下： (2.1.2-1) 式中符号代表的意义如图注。这时cn=Kn。 (2)当nXLXc/n时，电容器回路综合谐波阻抗呈感性，此时不会产生谐波 放大作用。 (3)当nXL=Xc/n时，电容器回路处于n次谐波滤波器的理想工作状态。 设 (2.1.2-2) (2.1.2-2) 上二式中F串联电抗器的损耗与其容量之比； Pr串联电抗器的总损耗； Se串联电抗器的额定容量； A电容器装置的感抗与容抗之比； XL电容器装置的每相感抗； Xc电容器装置的每相容抗。 则R=FXL=FAXC (2.1.2-4) 因为,即规程中(附1.1)式，于是 (2.1.2-5) 上二式中Qcx电容器装置的谐振容量； Sd电容器装置安装处的母线短路容量； n谐波次数； Qc电容器装置的安装容量； A、Xe、Xc所代表的意义同前。 所以 (2.1.2-6) 式中B电容器安装容量与谐振容量之比，即QC/Qx；Xs、Xc、n、A代表 的意义同前。 将(2.1.2-1)式变换为 (2.1.2-7) 因为 故 (2.1.2-8) B=1时为谐振点； B1时可确定一个谐波电流放大范围。 B与K值的关系如表2.1.2所示。 表2.1.2B与K值关系表 从表2.1.2可见，如要求谐波放大倍数K5，则电容器组投入时应避开的容 量范围为Qc0.83或Qc1.25；如要求K6，则Qc0.85Qcx或Qc 1.2Qcx。还可发现，若要实现较小的谐波放大倍数，则电容器组投入时被限制 的容量范围就要增大，这往往给分组容量的确定带来困难，甚至无法满足要求。 究竟确定多大的K值合适，尚需进一步总结经验。还应说明，为满足系统需要而确定的电容器总容量，也应同分组容量作适当 配合；在分组容量的确定出现困难时，可适当改变串联电抗器的感抗值，以改变 A值，从而改变Qcx值。 例：某变电站计划安装电容器22.5Mvar，电容器装置母线电压为10kV，母 线短路容量为350MVA，装感抗值为6%Xc的串联电抗器限制5次及5次以上高 次谐波，要求电容器对3次谐波的放大不超过6倍，试确定各分组的容量。 解： 电容器组投入时应避开的容量范围为： 当K6时Qc1.217.9，即Qc21.5(Mvar) 或Qc0.8517.9，即Qc15.2(Mvar) 可分3组投切，每个分组7.5Mvar，投切容量组合为7.5、15、22.5Mvar， 这样可以满足要求。 为了躲开谐振点及避开过大的谐波放大，在电容器装置作安装设计之前，最 好能测量系统原有的谐波含量。各分组电容器容量的确定应躲开参数谐振点及不 利的谐波放大区。初次投运时应逐组测量系统谐波分量的变化，如有谐振情况， 应采取对策消除。除此之外，在运行管理上还要加强对谐波的监视。 二、对电压调节的要求 当需要用电容器组的投切来调节母线电压时，其调压范围宜限制在额定电压 的2.5%以内，这对限制母线电压变动及分组容量的确定都比较合适，各地区基本 上都是这样规定的。无载调压分接开关的调压范围通常是额定电压的2.5%或 5%，而有载调压开关的调压范围通常是额定电压的1.5%或2.5%。经常投运而很 少切除的电容器装置，以及在选择设备时考虑到经济性的某些电容器装置，允许 不受2.5%调压范围的限制。故本条第二款采用“不宜超过2.5%”这一不严格用语。 三、考虑国产设备的制造现状 据调查，目前电容器装置配套设备的制造情况是，10kV电压等级，按断路器 的开断电流和串联电抗器的允许配置容量为10000kvar,按氧化锌避雷器的通流容 量，其允许的电容器组配置容量为8000kvar及以下；35kV电压等级，断路器允 许的配置容量是30000kvar，按氧化锌避雷器的通流容量，其允许的电容器组配 置容量为28000kvar，串联电抗器的配套能力为20000kvar。所以10kV电容器装 置的分组容量应在8000kvar以内，35kV电容器装置的分组容量应不超过 20000kvar。但是，防止电容器爆炸的最大允许电容器并联容量，也应满足要求。 还应指出，不应为了获得较小的调压阶梯而增加分组数，组数多了将引起涌 流倍数增加，因为每组电容器的电容量越小，涌流倍数就越大，对电容器的冲击 也就越大。电容器经常受到高幅值、高频率电流的冲击，对电容器的绝缘是不利 的。所以在满足分组容量要求的情况下，为了节约设备费、方便操作，宜减少分 组，加大分组容量。 东北和华北地区有这样的规定：“为了减少配套设备和安装费用，并为了操 作