电力电容用于电力系统和电工设备的电容器.doc

电力电容 用于电力系统和电工设备的电容器。任何两块金属导体，中间用绝缘介质隔开，即形成一个电容器。电容器电容的大小，由电容器本身几何尺寸的大小和两个极板间的绝缘介质的特性来决定。当电容器在交流电压下使用时，通常以其无功功率来表示电容器的容量，单位为乏或千乏。 1926年电力电容器开始工厂化生产，并正式在电力系统中应用。随着大电厂和远距离输电系统的建立、新兴科学技术领域的发展，电力电容器的品种和容量得到了迅速的发展。50年代初,并联电容器的最大单台容量为2550千乏，到1978年生产出的最大单台容量已达6667千乏，80年代已达到单台容量1万千乏。 电力电容器种类很多，按其安装方式可分为户内和户外式两种；按其运行的额定电压可分为低压和高压两类；按其相数可分为单相和三相两种，除低压并联电容器外,其余均为单相;按其外壳材料可分为金属外壳、瓷绝缘外壳、胶木筒外壳等；按其用途又可分为以下8种。 并联电容器：原称移相电容器。主要用来补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量,降低线路损耗。单相并联电容器的结构见图1，主要由心子、外壳和出线结构等几部分组成。用金属箔（作为极板）与绝缘纸或塑料薄膜叠起来一起卷绕，由若干元件、绝缘件和紧固件经过压装而构成电容心子，并浸渍绝缘油。电容极板的引线经串、并联后引至出线瓷套管下端的出线连接片。电容器的金属外壳内充以绝缘介质油。 串联电容器:串联于工频高压输、配电线路中,用以补偿线路的分布感抗,提高系统的静、动态稳定性,改善线路的电压质量，加长送电距离和增大输送能力。其基本结构与并联电容器相似。 耦合电容器：主要用于高压电力线路的高频通信，测量、控制、保护以及在抽取电能的装置中作部件用。耦合电容器的高压端接于输电线上，低压端经过耦合线圈接地，使高频载波装置在低电压下与高压线路耦合。耦合电容器的结构见图2,其外壳由瓷套和钢板制成的底和盖构成。外壳内装有薄钢板制成的扩张器，以补偿浸渍剂体积随温度的变化。 断路器电容器：原称均压电容器。主要用于并联在超高压断路器的断口上起均压作用，使各断口间的电压在分断过程中和断开时均匀、并可改善断路器的灭弧特性，提高分断能力。常用的断路器电容器的结构与耦合电容器相似。随着高压陶瓷电容器的发展，已有采用陶瓷电容器作为电容元件，再装入瓷套和钢板制成的外壳中制成的断路器电容器。 电热电容器:用于频率为4024000赫兹的电热设备系统中,以提高功率因数,改善回路的电压或频率等特性。电热电容器因发热量较大,必须保证其散热良好,通常极板采用水冷却。适用于4000赫兹以上的电热电容器，其外壳用黄铜板焊接而成。 脉冲电容器:主要起贮能作用,在较长的时间内由功率不大的电源充电，然后在很短的时间内进行振荡或不振荡地放电，可得到很大的冲击功率。脉冲电容器用途很广，如作为冲击电压发生器、冲击电流发生器、断路器试验用振荡回路等基本（贮能）元件。 直流和滤波电容器：用于高压直流装置和高压整流滤波装置中。交流滤波电容器可用以滤去工频电流中的高次谐波分量。 标准电容器：用于工频高压测量介质损耗回路中，作为标准电容或用作测量高电压的电容分压装置。标准电容器要求电容值准确而稳定，因此常采用气体介质及双屏蔽同轴圆筒形和同心球形极板系统。电力电容器的作用及允许运行方式电力电容器组分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的重要设备。1. 电力电容器的作用1） 串联电容器的作用串联电容器串接在线路中，其作用如下：（1） 提高线路末端电压。串接在线路中的电容器，利用其容抗Xc补偿线路的感抗xl，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端（受电端）的电压，一般可将线路末端电压最大可提高10%20%。（2） 降低受电端电压波动。当线路受电端接有变化很大的冲击负荷（如电弧炉、电焊机、电气轨道等）时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷的变化而瞬时调节的性能，能自动维持负荷端（受电端）的电压值。（3） 提高线路输电能力。由于线路串入了电容器的补偿电抗Xc，线路的电压降落和功率损耗减少，相应地提高了线路的输送容量。（4） 改善了系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。（5） 提高系统的稳定性。线路串入电容器后，提高了线路的输电能力，这本身就提高了系统的静稳定。当线路故障被部分切除时（如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相），系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗Xc，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率（PmaxU1U2/XlXc），从而提高系统的动稳定。2） 并联电容器的作用并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。2. 电容器补偿装置的允许运行方式电容器的正常运行状态是指在额定条件下，在额定参数允许的范围内，电容器能连续运行，且无任何异常现象。1） 电容器补偿装置运行的基本要求（1） 三相电容器各相的容量应相等；（2） 电容器应在额定电压和额定电流下运行，其变化应在允许范围内；（3） 电容器室内应保持通风良好，运行温度不超过允许值；（4） 电容器不可带残留电荷合闸，如在运行中发生掉闸，拉闸或合闸一次未成，必须经过充分放电后，方可合闸；对有放电电压互感器的电容器，可在断开5min后进行合闸。运行中投切电容器组的间隔时间为15min。2） 允许运行方式（1） 允许运行电压)并联电容器装置应在额定电压下运行，一般不宜超过额定电压的1.05倍，最高运行电压不用超过额定电压的1.1倍。母线超过1.1倍额定电压时，电容器应停用。（2） 允许运行电流正常运行时，电容器应在额定电流下运行，最大运行电流不得超过额定电流的1.3倍，三相电流差不超过5%。（3） 允许运行温度正常运行时，其周围额定环境温度为4025，电容器的外壳温度应不超过55。电力电容器运行中应注意的问题电力电容器在电力系统中主要作无功补偿或移相使用，大量装设在各级变配电所里，这些电容器的正常运行对保障电力系统的供电质量与效益起重要作用。下面就电力电容器在运行中应注意的问题及相应的处理方法介绍如下。 1.环境温度 电容器周围环境的温度不可太高，也不可太低。如果环境温度太高，电容工作时所产生的热就散不出去；而如果环境温度太低，电容器内的油就可能会冻结，容易电击穿。按电容器有关技术条件规定，电容器的工作环境温度一般以40为上限。我国大部分地区的气温都在这个温度以下，所以通常不必采用专门的降温设施。如果电容器附近存在着某种热源，有可能使室温上升到40以上，这时就应采取通风降温措施，否则应立即切除电容器。电容器环境温度的下限应根据电容器中介质的种类和性质来决定。YY型电容器中的介质是矿物油，即使是在-45以下，也不会冻结，所以规定-40为其环境温度的下限。而YL型电容器中的介质就比较容易冻结，所以环境温度必须高于-20，我国北方地区不宜在冬季使用这种电容器。（除非把它安置在室内，并采取加温措施） 2.工作温度 电容器工作时，其内部介质的温度应低于65，最高不得超过70，否则会引起热击穿，或是引起鼓肚现象。电容器外壳的温度是在介质温度与环境温度之间，一般为5060，不得超过60。为了监视电容器的温度，可用桐油石灰温度计的探头粘贴在电容器外壳大面中间三分之二高度处，或是使用熔点为5060的试温蜡片。 3.工作电压 电容器对电压十分敏感，因电容器的损耗与电压平方成正比，过电压会使电容器发热严重，电容器绝缘会加速老化，寿命缩短，甚至电击穿。电网电压一般应低于电容器本身的额定电压，最高不得超过其额定电压10%，但应注意：最高工作电压和最高工作温度不可同时出现。因此，当工作电压为1.1倍额定电压时，必须采取降温措施。 4.工作电流与谐波问题 当电容器安装工作于含有磁饱和稳压器、大型整流器和电弧炉等“谐波源”的电网上时，交流电中就会出现高次谐波。对于n次谐波而言，电容器的电抗将是基波时的1/n，因此，谐波对电流的影响是很厉害的。谐波的这种电流对电容器非常有害，极容易使电容器击穿引起相间短路。考虑谐波的存在，故规定电容器的工作电流不得超过额定电流的1.3倍。必要时，应在电容器上串联适当的感性电抗，以限制谐波电流。 5.合闸时的弧光问题 某些电容器组特别是高压电容器在合闸并网时，因合闸涌流很大，在开关上或变流器上会出现弧光。碰到这种情形时，应调整电容器组的电容值或更换变流器，对高压电容器可采用串电抗器加以消除。 6.运行中的放电声问题 电容器在运行时，一般是没有声音的，但有时会例外。造成声音的原因大致有以下几种： （1）套管放电。电容器的套管为装配式者，若露天放置时间过长，雨水进入两层套管之间，加上电压后，就有可能产生劈劈啪啪的放电声。遇到这种情形时，可将外套管松出，擦干重新装好即可。 （2）缺油放电。电容器内如果严重缺油，以至于使套管的下端露出油面，这时就有可能发出放电声。为此，应添加同种规格的电容器油。 （3）脱焊放电。电容器内部若有虚焊或脱焊，则会在油内闪络放电。如果放电声不止，则应拆开修理。 （4）接地不良放电。电容器的芯子与外壳接触不良时，会出现浮动电压，引起放电声。这时，只要将电容器摇动一下，使芯子与外壳接触，便可使放电声消失。 7.爆炸问题 多组电容器并联运行时，只要其中有一台发生了击穿，其余各台就会同时通过这一台放电。放电能量很大，脉冲功率很高，使电容器油迅速汽化，引起爆炸，甚至起火，严重时有可能使建筑物也遭到破坏。为防止这种事故，可在每台电容器上串联适当的电抗器或熔丝，然后并联使用。另外，电力系统中并联补偿的电容器采用结线虽有较多优点，但电容器采用接线时，任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。因此高压电容器组宜接成中性点不接地星形（Y型），容量较小时（450kvar及以下）宜接成形。低压电容器组应接成形。