电力电容器无功补偿及其安全应用

【摘要】本文主要从无功功率补偿的概念、电力电容器的补偿原理、无功补偿方式、电容器安全运行这几个方面进行阐述。

【关键词】 无功补偿，电力电容器，安全运行

近年来，随着国民经济的跨越发展，电力行业也得到了快速发展，特别是电网的建设，负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升，也使电网中的无功功率不平衡，导致无功功率的大量存在。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。

一、无功功率补偿的概念

交流电在通过纯电阻时，电能都转化成了热能，而在通过纯容性或纯感性负载时，并不做功，当然实际负载不可能为纯容性或纯感性负载，一般都是混合性负载，这样在电流通过它们时，就有部分电能不做功，就是无功功率。此时的功率因数小于1，为了提高电能的利用率，就要进行无功功率补偿。电网中的电力负荷如电动机、变压器等大部分属于感性负载，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率，减少无功功率在电网中的流动，降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件，这种做法称为无功补偿。

二、电力电容器补偿原理

无功功率补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷的装置并联接在同一电路中，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量。而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换，这样感性负荷吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。因此电容器作为电力系统的无功补偿势在必行，当前采用并联电容器作为无功补偿装置已经非常普遍。

三、无功补偿方式

电容器的补偿形式，应以无功就地平衡为原则。电网的无功负荷主要是由用电设备和输变电设备引起的，除了在比较密集的供电负荷中心集中装设大、中型电容器组，便于中心电网的电压控制和稳定电网的电压质量外，还应在距用电无功负荷较近的地点装设中、小型电容器组进行就地补偿。安装电容器进行无功补偿时，可采用以下几种形式：

1、个别补偿。

个别补偿就是对单台用电设备所需的无功就近补偿的办法，把电容器直接接到单台用电设备的同一个电气回路，用一个开关控制，同时投运或断开。这种补偿方法效果好，电容器靠近用电设备，就地平衡无功电流，可避免无负荷时的过补偿，使电压质量得到保证。

2、分散补偿。

分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上，它可与部分用电负荷同时投入或切除。

3、集中补偿。

集中补偿就是把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上，这种补偿方法，安装简便，运行可靠，利用率较高，但是当电气设备不连续运转或轻负荷时，无自动控制装置，容易造成过补偿，使运行电压太高，电压质量变坏。

四、 电容器的安全运行

1、允许运行电压。电容器允许其在1.1倍额定电压下长期运行，在运行中，由于倒闸操作、电压调整、负荷变化等因素可能引起电力系统波动，产生过电压，有些过电压虽然幅度较高，但是时间很短，对电容器影响不大，所以电容器允许短时间的过电压。

2、允许运行电流。电容器允许在其1.3倍额定电流下长期运行（一些国外的电容器允许在1.35倍额定电流下长期运行）。三相电流差不超过5%。

3、谐波问题。由于电容器回路是一个LC电路，对于某些谐波容易产生谐振，易造成高次谐波使电流增加和电压升高。谐波电流对电容器危害很大，极容易使电容器击穿引起相间短路。因此当电容器在正常工作时，在必要时可在电容器上串联适当感抗值的电抗器，以限制谐波电流。

4、允许温升。电容器正常工作时，其周围环境温度一般为-40-40摄氏度，其内部介质的温度应低于65摄氏度，最高不得超过70摄氏度，否则容易引起热击穿。电容器外壳的温度在介质温度和环境温度之间，不应超过55摄氏度，因此，应保持电容器室内通风良好，确保其温度不超过允许值。

5、继电保护问题。继电保护装置可以有效的切除故障电容器，是保证电力系统安全稳定运行的重要手段。主要的电容器保护措施有：一是三段式过流保护；二是为防止系统稳态过压造成电容器损坏而设置的过电压保护。三是反应电容器组中电容器的内部击穿故障而设置的不平衡电压保护、不平衡电流保护或三相差电压保护。

6、合闸问题。电容器组禁止带电重合闸，主要是因为电容器放电需要一定的时间，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。所以，电容器再次合闸时，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。

综上所述，无功补偿技术是提高电网供电能力、减少电压损失和降低网损的一种有效措施。电力电容器具有无功补偿原理简单、安装方便、投资小，有功损耗小，运行维护简便、安全可靠等优点。因此，在当前，随着电力负荷的增加，要想提高电网系统的利用率，通过采用补偿电容器进行合理的补偿，是能够提高供电质量并取得明显的经济效益的。