本站原创摘 要 :把具有容性功率的装置与感性负荷联在同一电路,当容性装置释放能量时,感性负荷吸收能量,而感性负荷释放能量时,容性装置吸收能量,能量在相互转换,感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿.本文主要通过对电容器的构造、性能着重分析研究电容器在运行时需注意的几个问题及解决措施.
关 键 词 :电容器,无功补偿,谐波
中图分类号:TM53文献标识码:A
文章编号:1009-0118(2012)09-0269-02
一、前言
在电网运行中,因大量非线性负载的运行,除了要消耗有功功率外,还要消耗一定的无功功率.负荷电流在通过线路、变压器时,将会产生功率与电能损耗,由电能损耗公式可知,当线路或变压器电压不变时,线损与功率因数的平方成反比,与电流的平方成正比.功率因数越低电网所需无功就越多,流过的电流越大,线损就越大,因此,在受电端安装无功补偿装置,可减少负荷的无功功率损耗,提高功率因数,降低线损耗.利用并联电容器对系统无功功率进行合理的补偿,做到无功功率的就地平衡、不仅可以使电力系统中线损大为降低、输变电设备容量得以充分利用,而且可以提高用户的电压水平,改善电能质量.
二、电网无功补偿现状
目前在提高电网功率因数方面主要的方法就是使用无功补偿装置对无功功率进行分层、集中、分散、就地补偿.电容器补偿因具有有功损耗小、安装维护方便、投资少而得到广泛应用.无功补偿方式分为分散补偿和集中补偿,并可分为随机补偿、随器补偿、线路集中补偿和变电站集中补偿.
(一)随机补偿,把补偿电容器安装在电动机、电焊机等吸取无功功率的用电设备附近,使用电设备所需无功实现就地平衡.
(二)随器补偿,即在配电变压器低压侧并联电容器进行补偿.可同时补偿负荷所需无功及变压器本身的无功需求.
(三)线路集中补偿,即在负荷较重,供电半径较大的线路上取一点或多点并联补偿电容器进行补偿.
(四)变电所集中补偿.即在变电所lOkV母线上分段设置多组电容器组,根据电压和功率因数需要分组投切.
三、电容器在运行中存在的问题及处理
(一)环境温度和工作温度
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量就散发不出去,而如果环境温度太低,电容器内的油就能会冻结,容易被击穿.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措施.但如果配电室通风不畅,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.电容器环境温度下限应根据电容器相似度检测质的种类和性质来决定.YL型电容器中的介质比较容易冻结,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.
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.
(二)工作电压
电容器对电压非常敏感,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的10%.尤其要注意,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.
(三)谐波问题
由于电容器的阻抗呈容性,与其他电器相比,更容易受到谐波的影响而损坏.
1、研究表明,电容器内部绝缘的损坏主要是由于其内部局部放电所引起.当电力系统存在高次谐波时,除了引起电容器的端电压有效升高外,还可能引起电压峰值的增高,进而使电容器的局部放电性能变劣.
2、当电网存在谐波时,在电压有效值的增长尚不显著时,电流有效值却可能增长很快.而且当谐波次数较高时,电流有效值增长更显著.同样,电容器的无功容量增长的速度也比电压来得快.由于谐波电流,将使电容器的损耗功率增加,而导致电容器的异常发热.
3、谐波的存在,可能使电压波呈尖顶状,试验证明,尖顶的畸变电压波形对介质寿命的影响最为严重,在含有谐波的电压作用下,其每个周波的局部放电能量显著增加,从而使电容器的工作寿命相应缩短.
由于电力系统高次谐波的影响,使电容器的局部放电性能下降,电容器异常发热,加速其绝缘介质的老化,缩短了工作寿命,为保证电容器的安全运行,必须严格限制电网的谐波畸变率.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,应在电容器上串联适当的感性电抗,以限制谐波电流.抑制谐波电流的最佳手段就是从谐波源抓起,加装滤波装置避免谐波电流注入供电系统中.但实际上因谐波源多,故难以有效控制.为了抑制谐波电流放大,通常在并联电容器组中每相电容器电路中串联一适当大小的电抗器,就会使整个补偿电容支路对谐波源基波仍呈电容性质,保持无功补偿作用不变,不影响系统和负载正常工作.对高次谐波补偿支路则呈感性,避免了与系统或负载的电流谐振,消除或减少了由补偿电容所引起的谐波电流放大现象.这是一种简单而又实用的方法,但所串电抗器的大小应根据注人系统的主要谐波次数、补偿电容器参数、供电系统条件、限制标准等具体情况而定.根据GB50227-2008《并联电容器装置设计规范》,目前,我国并联电容器的电抗率K等于电抗器的基波电抗/电容器的基波电抗,主要有0.1%-1.0%,4.5%,5%,12%,配置K等于0.1%-1.0%电抗器,主要目的是为了限制合闸涌流.它对低次(如3次)谐波电流放大轻微,但对5,7次谐波放大严重.当系统(或负载)中主要为5次及以上谐波时,应配置4.5%-5%电抗器,当为3次及以上谐波较大时,应配置12%电抗器或与4.5%-5%电抗器混装.
四、过补偿问题
当无功补偿装置电容配置不合理以及自动投切装置故障情况下,极易造成无功过补偿.无功过补偿引起的电压过份升高将会导致热量不平衡,最后造成电容器的损坏,此外电容器内部的油浸绝缘纸、在长时间的高温作用下产生老化作用,运行电压越高、介质老化越快,寿命也就越短.为防止无功过补偿问题,必须做到以下几点:
(一)合理选取补偿容量,正确选取补偿后的功率因数.在现代的城市供电中,随着110kV变电所逐步深入城市负荷中心,10-35kV配电线路相对缩短,因此,对供电距离不太长的用户,功率因数一般取0.95-0.96较为合适.
(二)补偿电容器要优化配置、合理分组.电容器配置容量大小要合适,阶梯层次合理.避免负荷小时,投上电容器会产生过补偿现象,负荷大时投上补偿容量又不够.
五、加强无功补偿装置运行监视管理
目前,低压无功补偿装置多使用自愈式低压并联电容器进行无功补偿,而自愈式电容器受电网谐波或其他因素影响易导致电容器内部介质不断自愈,从而加速电容量下降和电容器损耗增加,导致电容器早期损坏.有些用户装电容柜后,就从没有维护过或维护时未仔细检查,致使某些已严重受到损坏的电容器仍在运行,而在这种情况下电容器的损耗往往都超过正常值.另外,有的企业生产的无功补偿控制器设计有缺陷,在某些情况下工作不正常,特别是轻载或空载时有的电容器不切除,还有的接触器或晶闸管开关触点烧结,都将造成电容器回路一直运行,结果造成轻载或空载时补偿过剩,给电网带来很大的功率负担和额外线损,并对电网造成过电压危害,用户的电费支出也将大大增加,因此,不但有负荷时应对装置进行监视,轻负荷或空载时(如:夜间)也都要进行巡视,以避免上述问题的发生,使无功补偿切实收到实效.
六、结语
随着科技的发展,无功补偿装置也日新月异,智能集成电力电容器现在被广泛应用.智能电容器集成了现代测控,电力电子,网络通讯,自动化控制,电力电容器等先进技术.从而使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好,体积更小,功耗更低,更廉,节约成本更多,使用更加灵活,维护更加方便,使用寿命更长,可靠性更高的特点,适应了现代电网对无功补偿的更高要求.但对于电容器的运行管理不能因科技的发展而有所松懈.