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第十三章电力电容器•一、教学目的及要求•1、了解电容器的基础知识•2、理解电容器的安装与运行•3、理解电容器的检查与维修•二、教学学时：8学时•三、教学方法：讲授•四、教学主要内容•1、电容器的结构与补偿原理•2、电力电容器安装与接线•3、电容器的安全运行第一节电力电容器补偿原理一、结构和型号电力电容器的型号多按以下方式标志：□□□□—□—□1234561：并联电容器代号，大写字母B2：液体介质代号，Y表示矿物油、W表示十二烷基笨等3：固体介质代号，F表示复合薄膜、M表示聚丙烯薄膜4：额定电压，KV5：额定容量，KVar6：相数，1表示单相、3表示三相电力电容器补偿原理•电容器的作用：电容器在电子线路中的作用一般概括为：通交流、阻直流。电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用，是电子线路必不可少的组成部分。•1、隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。2、旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。3、耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路4、滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。电力电容器补偿原理•5、温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。6、计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。7、调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。8、整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。9、储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。电力电容器补偿原理•电容器充电：•使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源（如电池组）的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场，充电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。电力电容器补偿原理•电容器放电：•使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程称为放电。例如，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和电能。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其它形式的能。•电解电容器•在一般的电子电路中，常用电容器来实现旁路、耦合、滤波、振荡、相移以及波形变换等，这些作用都是其充电和放电功能的演变。电力电容器补偿原理二、补偿原理电力电容器是一种静止的无功补偿设备。它的主要作用是向电力系统提供无功功率，提高功率因数。采用就地无功补偿，可以减少输电线路输送电流，起到减少线路能量损耗和压降，改善电能质量和提高设备利用率的重要作用。补偿用电力电容器或者安装在高压边，或者安装在低压边；可以集中安装，也可以分散安装。从补偿的完善的角度看，低压补偿比高压补偿好，分散补偿比集中补偿好；从节省投资和便于管理的角度看，高压补偿比低压补偿好，集中补偿比分散补偿好。第二节电力电容器安装与接线一、电容器安装环境温度：不应超过40℃相对湿度：不应超过80%海拔高度：不应超过1000m环境情况：周围不应有腐蚀性气体或蒸汽，不应有大量灰尘或纤维；所安装环境应无易燃、易爆危险或强烈震动。电力电容器安装与接线二、电容器接线三相电容器内部为三角形接线；电力电容器（单相）外部回路一般有星形和三角形两种连接方式：•当电容器的额定电压与线路线电压相等时，应采用三角形接线。•当电容器的额定电压与线路相电压相等时，应采用星形接线。电容器的基本接线方式1、电容器接线方式电力电容器安装与接线2、高压补偿方式要平衡输电网的无功功率，可在变电站进行集中补偿。这种方式一般是将并联电容器连接在变电站的10kV母线上，主要目的是改善输电网的功率因数，提高母线电压。优点是管理容易、维护方便，缺点是对配电网的降损起不到什么作用。电力电容器安装与接线•低压集中补偿方式的形式目前，较普遍采用的另外一种无功补偿方式，是在配电变压器380V侧进行集中补偿，补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜。容量在几十至几百千乏不等，它是根据用户负荷水平的波动，投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。电力电容器安装与接线•目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制。这种补偿方式虽然利于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为线路电压的波动主要由无功量变化引起，而线路的电压水平由系统情况决定。当线路电压基准偏高或偏低时，无功功率的投切量可能与实际需求相差甚远，可能出现无功功率补偿过多或补偿不足的情况。电力电容器安装与接线•对配电系统来说，除了专用变压器之外，还有许多公用变压器，而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器，其通常安装在户外的杆架上，进行低压无功功率集中补偿则是不现实的，难维护、控制和管理，容易成为生产安全隐患。这样，配电网的补偿度就受到了限制。4低压(用户终端)分散补偿方式（个别补偿）随着社会经济的发展，低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿和小区等对无功功率需求都很大，直接对用户末端进行无功补偿。将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。GB50052—1995《供电系统设计规范》指出，容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备，无功负荷宜单独就地补偿。这样，对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿；针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大。地点分散，无人管理，应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并能满足智能型控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、造价较低等的要求。电力电容器安装与接线电力电容器安装与接线•用户终端分散补偿方式体现了以下几个方面的优缺点：(1)线损率可减少20％；(2)减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件；(3)释放系统能量，提高线路供电能力；(4)缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时闲置，设备利用率不高。第三节电容器安全运行一、电容器运行参数（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。电容器安全运行（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＋40℃～－25℃，电容器的外壳温度应不超过生产厂家的规定值（一般为60℃或65℃）。电容器安全运行二、电容器投入或退出电容器组投入或退出运行应根据系统功率因数以及电压情况来决定。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。电容器安全运行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土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：a．电容器爆炸；b．电容器喷油或起火；c．瓷套管发生严重放电、闪络；d．接点严重过热或熔化；e．电容器内部或放电设备有严重异常响声；f．电容器外壳有异形膨胀。电容器安全运行三、电容器操作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。电容器安全运行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。电容器安全运行（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，必须在断开三分钟之后进行。（4）为了检查、修理的需要，电容器断开电源后，工作人员接近之前，不论该电容器是否装有放电装置，都必须用可携带的专门放电负荷进行人工放电。电容器安全运行四、电容器保护（1)电容器组应采用适当保护措施，如采用平衡或差动继电保护或采用瞬时作用过电流继电保护，对于3.15kV及以上的电容器，必须在每个电容器上装置单独的熔断器，熔断器的额定电流应按熔丝的特性和接通时的涌流来选定，一般为1.5倍电容器的额定电流为宜，以防止电容器油箱爆炸。电容器安全运行•(2)除上述指出的保护形式外，在必要时还可以作下面的几种保护：*如果电压升高是经常及长时间的，需采取措施使电压升高不超过1.1倍额定电压。*用合适的电流自动开关进行保护，使电流升高不超过1.3倍额定电流。*如果电容器同架空线联接时，可用合适的避雷器来进行大气过电压保护。*在高压网络中，短路电流超过20A时，并且短路电流的保护装置或熔丝不能可靠地保护对地短路时，则应采用单相短路保护装置。电容器安全运行(3)正确选择电容器组的保护方式，是确保电容器安全可靠运行的关键，但无论采用哪种保护方式，均应符合以下几项要求：*保护装置应有足够的灵敏度，不论电容器组中单台电容器内部发生故障，还是部分元件损坏，保护装置都能可靠地动作。*能够有选择地切除故障电容器，或在电容器组电源全部断开后，便于检查出已损坏的电容器。*在电容器停送电过程中及电力系统发生接地或其它故障时，保护装置不能有误动作。*保护装置应便于进行安装、调整、试验和运行维护。*消耗电量要少，运行费用要低。电容器安全运行(4)电容器不允许装设自动重合闸装置，相反应装设无压释放自动跳闸装置。主要是因电容器放电需要一定时间，当电容器组的开关跳闸后，如果马上重合闸，电容器是来不及放电的，在电容器中就可能残存着与重合闸电压极性相反的电荷，这将使合闸瞬间产生很大的冲击电流，从而造成电容器外壳膨胀、喷油甚至爆炸。电容器安全运行五、电容器故障判断及处理（1）渗漏油。渗漏油是一种常见的异常现象，其原因是多方面的，主要是：出厂产品质量不良；运行维护不当；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。电容器安全运行（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tg＆增大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断路的可能，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。电容器安全运行（4）电容器瓷瓶表面闪络