高压并联电容器范文

高压并联电容器篇1

关键词：500kV；高抗套管；电容量；

中图分类号：TM714.2 文献标识码：A

1概述

某变电站两组运行中的高压并联电抗器，其型号为BKD-50000/500，所附零抗型号为XKD-540/63，在进行第一次预防性试验时，发现其高低压套管末屏对地的电容量与交接和出厂时的数值相差很大，现将其测试数据、原因分析及计算结果介绍如下，供同行借鉴。

2 测试数据比较

500kV高抗套管主屏和末屏的预防性试验结果、交接试验数据如表1：

从表中可以看出，不论是高压侧套管还是低压侧套管，其主屏电容量的预试值与交接时的数据均相差不多，符合《江苏省电气设备交接和预防性试验规程》的规定，而其末屏电容量的预试值与交接数据相关很大。

3 原因分析

500kV高压并联电抗器的套管是电容量型套管，其等值电路如下图：

图1 套管等值电路图

图中：C1-套管主屏电容

C2-套管末屏电容

出厂试验时单独对套管进行测量，主屏电容C1采用正接法施加10kV电压测量，C测=C1。末屏电容C2采用反接法施加2kV电压测量，C测=C2。

预防性试验时，测量套管的主末屏电容量是连同电抗器线圈一起进行的，其等值电路如图2：

当测量高压侧套管主屏电容时，低压侧套管末屏接地，AB两点短接，高压线接A端，测量线接高压侧套管末屏，施加10kV电压，由此可见：套管主屏电容的测量值与末屏电容、低压侧套管电容、线圈对地电容无关，C12测=C11。这就是说，连同电抗器线圈一起测量套管主屏的电容量，其数值应与出厂值和交接值接近，其误差应符合规程规定。

当测量高压侧套管末屏电容时，低压测套管末屏接地，采用反接法，测量线接高压侧套管末屏，施加2500kV电压，此时，C12测=C12+C11串（C线+C21）……（1）。

同理，测量低压侧套管末屏电容时，其测量值就为C22测=C22+C21串（C线+C11）……（2）。

从以上两式不难看出，电抗器高低压套管末屏的测量值肯定要比实际值大。

据此可以推断，交接试验的末屏电容量与出厂值相符的原因是：交接试验是在套管未装上电抗器前单独测量套管所致。

4 计算结果比较

由于C12测、C22测是高低压套管末屏电容器的测量值，是已知数，C11、C21是高低压套管主屏的电容量测量值，也是已知数，C线是电抗器线圈对地电容量，可以根据测量绕组连同套管对地电容的数值计算出，因此，根据式（1）、（2）可计算出高低压套管末屏对地电容量C12、C22。

根据现场的实际测量可知：C线>>C11、C线>>C21，故式（1）、（2）可简化为：

C12测=C12+C11…………………(3)

C22测=C22+C21…………………(4)

即C12=C12测-C11 ……………(5)

C22=C22测-C21 ………………(6)

根据式（5）、（6）分别计算出高低压套管末屏对地电容量列于表2：

从表2可以看出，末屏电容的计算值与末屏交接数据比较，其误差大幅度下降，尤以电抗器高压侧套管末屏电容更为明显，其最大误差为5.8%。电抗器低压侧套管末屏电容量与交接数据比较，误差仍较大，最大为38%。

结束语

单独测量电容型套管的电容量与套管装上电抗器后测量其电容量两者比较，其主屏电容量应无变化，而末屏电容量有很大误差，应经计算后进行比较，方能得出正确数据。电抗器高压侧套管末屏电容量，根据测量值计算出真实值后与原始数据比较误差很小，但低压侧套管末屏电容量根据测量值计算出真实值后与原始数据比较仍有较大误差，这有待在今后的工作中与同行进一步探讨。

参考文献

[1]江苏省电力公司：输变电设备交接和状态检修试验规程.

高压并联电容器篇2

摘要： 对内熔丝电容器中，因内熔线动作引起的作用在完好元件上的过电压进行了定性、定量分析。进行了试验验证。提出了解决办法。

关键词：内熔丝 内熔丝电容器 元件 直流分量 过电压 放电电阻?

加上熔丝动作后故障串联段所分担的交流电压的升高，实际所受到的电压峰值可能会更高些。?

通过以上分析可知，在高压内熔丝电容器中的内熔丝动作之后，在其各个串联段上会出现直流电压分量。在高压内熔丝电容器中内熔丝动作之后之所以会在各串联段上出现过电压，就是由这些直流电压分量与交流电压分量叠加引起的。?

对于内部电气联结如图1所示的高压内熔丝电容器，不难看出存在于各个串联段上的直流电压分量，只有通过其本身的绝缘电阻慢慢下降。在故障串联段上的直流电压分量与时间的关系为：

t=RsCsln(U0／UR) (11)?

式中:t—故障串联段上直流电压分量的持续时间(s)；?

Rs、Cs—分别为故障串联段的极间绝缘电阻和电容；?

UR—熔丝动作后，经时间t，在故障串联段上剩余的直流电压分量?

在式(11)中，Rs、Cs是一个与电容器极间材料的介电性能有关的常数，通常可用τ来表示，即：?

Rs·Cs=τ (12)?

对于用二芳基乙烷浸渍的PP膜介质，τ=5×104S，对于UR可以取0.1U0，即当故障串联段上的直流电压分量降到其起始值的1/10时，就可认为其对电容器的影响可以忽略不计了。把上述值代入式(11)，可得：?

t=5×104ln10s≈32 h (13)?

也就是说，在如图1那样结构的BFM型高压全膜内熔丝电容器中由内熔丝动作所引起的过电压，在其故障串联段上将持续32h，在这个过电压持续时间内极可能会给电容器介质造成伤害。

3 解决办法?

3.1 在高压内熔丝电容器的每一个串联段上并接一个内放电电阻，如图5所示，这样，由内熔丝动作产生的分布在各个串联段上的“陷阱电荷”就有了一个释放通道，在故障串联段上的直流电压分量与时间的关系变为：

t=rsCsln(U0／UR)(14)?

如果我们设定U0/UR=10；t=300s，则我们可得到：?

rs=300／(2.3Cs)(15)?

例如：对于内部有4个串联段的BAM11/—200—1W全膜介质内熔丝电容器，其每个串联段的电容Cs=63μF将Cs代入式(15)可得：

即只要在其每个串联段上并联一个2MΩ的放电电阻，就可以将该内熔丝电容器在其内部熔丝动作时所产生的作用在故障串联段上的过电压的幅值在5min内降到一个对电容器不会产生危害的水平。

3.2 在设计内熔丝的时候，在保证电容器发生短路放电时不会熔断，并留有一定裕度的前提下，尽可能不要选用直径太粗的内熔丝，因为内熔丝的直径越粗其动作时所消耗的能量越大，故障串联段上失去的电荷Q0就越大，由其产生的直流电压分量U0也就越大。另外，在结构允许的条件下应尽量使每个串联段上的并联元件数m多一些。这样，对于相同的Q0在故障串联段上产生的直流电压分量可以低一些(见式(4))。从这一点出发，对于大容量的集合式电容器，以采用内部带放电电阻的、内部元件全部并联的带内熔丝的小台单元电容器，并由多台这样的单元电容器进行先并后串的结构为好。?

3.3 内部装有放电线圈的高压集合式电容器或大容量电容器，其内部小台单元电容器也应采用元件全并联的结构为好。这些小台电容器在集合式电容器内部也应如图6所示，先并后串，放电线圈应有与串联段数相一致的抽头，以便与各串联段相连接。采用图6所示结构，可在几秒钟内就将由内熔丝引起的作用在各串联段上的过电压消除掉。

4 试验?

试验在如图7所示的模拟电路上进行。?

图中C1、C2构成了一台内部有4个串联段的高压并联电容器的等值电路，C2为其中一个串联段的等值电路，其中f模拟内部熔丝，K模拟与内熔丝串联的击穿元件，当故障元件击穿，K合上，在电容C2上储存的能量向f放电，将f熔断，在C2上的电压波形如图8、图9所示。图8是在负半波时熔丝动作，所形成的直流电压为正值，U0=3(小格)而Um=8(小格)，所以熔丝动作后，正半周电压幅值U′m=3+8=11(小格)。U′m／Um=11／8=1.38。图9是在正半周时熔丝动作，所以U0为负值，电压波形下移，U0=-4(小格)，所以在负半周的电压幅值为UU′m=8+4=12(小格)，U′m／Um=1.5。

图10和图11是在Us=1kV的情况下得到的波形图。由于所施加的电压较低，在C2上所储存的能量仅为Us=3kV时的1/9。在真空开关合上后，在C2上所储存的能量不足以使熔丝f熔断，此后在交流电流的作用下，经若干个周波后熔丝熔断。这时，由于在电容C2上的电荷已完全放净，所以U0=Um，U′m≈2Um。图10是在交流电压负峰值时由工频电流将熔丝熔断。图11是在交流电压过负峰值前由工频电流将熔线熔断。

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5 问题讨论?

5.1 对于图1结构的高压内熔丝电容器，当其在运行的过程中发生内熔丝动作后在其各个串联段上会在相当长的一段时间内存在一种称之谓“陷阱电荷”的电荷，当我们将此种电容器打开，进行检修前必须对其中的每个串联段逐个进行短路放电，以免检修人员遭电击伤害。?

5.2 内部采用全并联连接的低压内熔丝电容器，因为对直流电流而言系统阻抗近于零，由内熔丝动作所产生的直流压降被系统短路，所以不会对电容器造成危害，此种电容器在检修前，只要将其出线端子短接，在其内部就不会有“陷阱电荷”存在。?

5.3 对于如图12所示的高压电容器组，如果在这些电容器单元内部没有装设内放电电阻，当其中有一台电容器击穿时，外部熔断器动作，将击穿电容器切除后，在其两个串联段上同样会受到由交流加直流引起的过电压。而在这种情况下，由于与电容器单元相串联的通常是没有限流能力的喷逐式熔断器，所以只有在其电流过零时电弧才能熄灭，将故障电容器切除，由此所引起的过电压将更加严重。所以在串、并联结线的电容器组中所用的电容器单元应带有内放电电阻。或对电容器组中的每一个串联段都装放电装置。

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6 小结?

6.1 高压内熔丝电容器在其内熔丝切除故障元件的过程中，在各串联段上会产生直流电压分量，从而使各串联段受到直流加交流的持续过电压的作用。?

6.2 高压内熔丝电容器的各串联段上有可能会存在“陷阱电荷”，在打开电容器检修时，应对电容器中的每个串联段进行短路放电，以免检修人员遭受电击。?

6.3 在高压并联电容器中的每个串联段上并联放电电阻可有效释放由内熔丝动作在各串联段上产生的“陷阱电荷”，降低与其相应的直流电压分量，从而大大减轻由内熔丝动作所引起的直流加交流过电压对高压电容器的危害。?

6.4 在集合式高压并联电容器中，采用内部带放电电阻的内部元件全部并联的小台电容器，再用这些小台电容器进行先并后串的连接，可将由内熔丝动作引起的过电压在较短的时间内降到允许电压。

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6.5 在含有2个或2个以上串联段的高压并联电容器组中，如其采用单台外熔断器保护，则应选用内部带内放电电阻的电容器单元。?

高压并联电容器篇3

二、国外、国内高压金属化薄膜电容器的发展状况及市场状况 近几年来，国外一些厂家开发、研制出的该类型电容器已形成批量生产和投放市场使用。而我国虽然有众多的电容器生产厂家，但该类型的电容器在生产方面还刚刚起步，其品质也无法与国外一些厂家生产的产品进行比较，其品质差别和市场占有率主要如下； 1．国外该类型电容器的发展及市场状况：现在国外具有先进水平的生产厂家有abb、ge、metar等公司，这些公司生产的电容器主要特点是在恒定容量和恒定电压下，其尺寸和重量均为国产的一半，其使用寿命确保在20年以上。现metar公司已开发、研制出50万伏高压并联电容器并投入使用，现占领国内100%市场。 2．国内该类型电容器的发展及市场状况：现在国内的生产家生产的同类型电容器产品其尺寸和重量均比国外的产品要大得多和重得多，其使用寿命在5年到XX年之间。30到50万伏的高压并联电容器还在研制中，未能进行批量生产并投入使用。

三、投产电容器的目的及项目： 1．投产目的：为了满足国外、国内市场对具有高电压、大电流负载承受能力、高安全性的金属化薄膜高电压电容器越来越大的市场需求，对该类型的电容器的开发、研制和对现有电容器生产设备及工艺技术的改造也势在必行。针对此现像，公司经研究自身在国际上的销售网

络优势，决定出资引进国外先进设备，以满足国外、国内市场对该类型电容器越来越大的需求，填补国内空白、不足之处。

2．电容器项目及其用途如下： 2.1 高电压并联电容器：该电容器是为30到50万伏输压、变压线路使用的高压开关柜专门配套的高压电力电容，全世界需求量非常大。我国在此方面尚属空白。如：中国的三峡工程、平顶山，沈阳和西安高压开关厂为50万伏输压、变压线路项目配套的开关柜采用电容全部从国外进口。 2.2 小型化高频脉冲电容器及直流高压电容器：可用于电磁加速器、核聚变脉冲激光电源等性能试验装置及冲击电压、电流发生装置。

四、高压金属化薄膜电容器投产后市场预测：

因国内对金属化薄膜高电压并联电容器、高频脉冲电容器、直流高压电容器的需求量越来越大且其现在供给状况为全部依靠进口，故如该类型产品在国内生产，将具备很强的市场竞争力。其市场销售预测为： 1.高电压并联电容器：现国内为50万伏输变线项目配套采用该电容100%全部从国外进口。预计我公司产品推出市场后3年到5年内将占领国内一定的份额。 2．高频脉冲电容器、直流高压电容器: 现国内电力机车配套采用该电容100%全部从国外进口。预计我公司产品推出市场后3年到5年内将占领国内一定的份额。

高压并联电容器篇4

[关键词] 季节性用电 变压器 并列运行

0　引言

农垦电网季节性用电常常采用变压器并联运行的方式，如冬季供暖锅炉用电；稻田抽水灌溉用电；矿山、工厂因原料短缺而间断性用电等，适时采用并联(或解列)变压器供电，对提高电网的经济安全运行有着重要意义。

红管局现有60kV电压等级老柞山金矿变电所并列变压器一处，35kV电压等级雁窝岛变电所、一颗树变电所、北仓变电所并列变压器三处。当然在10/0.4kV等级，变压器并列运行更为多见。由于新建住宅的增多，大型供暖锅炉的增加，用电量大增，原来使用的变压器不能满足供电需求，必须扩大供电容量时，采用并列的变压器，可取得很好的经济效益。

1　变压器并列运行的优缺点

(1)并联后的变压器负荷可以合理分配，使变压器的损耗可以降低到最小值。

(2)并联前温升高的变压器可以降低，温升低的升高值也不大，这样变压器的绝缘不易老化，运行寿命可以延长。

(3) 可以改善变压器的电压调整率，提高供电电压质量。电压稳定，使电容器的投入率可以提高，无功补偿效果好。还可以使用户用电设备的运行效率提高。

(4)可以提高安全运行的可靠性，当一台变压器故障或检修时，另外几台可以继续供电。

(5)特别是对季节性负荷变化较大的供电，采用并列变压器可以取得良好的效果。

当然，应注意并联运行也存在不利因素：并联后变压器的等值阻抗下降，二次侧发生短路电流将增大，对变压器及其出线后面的电器设备动稳定和热稳定都有影响，甚至超过允许值。必须加强对短路事故的监控。

2　变压器并列的条件

(1)变压器的联结组号相同

当联结组号不同的变压器并联时，变压器的副边端子上将存在着少于30°的相位差，会产生很大的电压差，由于变压器的线圈阻抗很小，在这个电压差的作用下，工作线圈回路中将出现很大的环流，很可能将变压器的线圈烧坏，故联结组号不同的变压器是绝对不允许并联运行的。

(2)变压器的变比相同

并联运行的变压器，其各边的电压比应相等，所有的分接头电压比也应相等，因为随着电网运行电压的波动，要经常切换变压器的运行分接头。

当变比不等的变压器并联时，其二次电压不等，空载时二次回路就会有电压差，从而产生环流。变比相差太大，产生环流就很大，影响变压器容量的合理利用，所以并列变压器变比相差必须限制在＋0.5％之内。最好是变比小的变压器容量大的变压器多带负荷，容量小的变压器少带负荷，使总负荷能较合理的按变压器容量分配。

(3)变压器的短路电压(阻抗)相同

短路电压不同的变压器并列运行，各变压器之间，虽然没有环流，但会使两台变压器的负载分配不同，其负载分配和额定容量成正比，和短路电压成反比。也就是说阻抗大的分担的负荷电流小，阻抗小的分担的负荷电流大。实际并联运行时，每台变压器的电流与额定电流之比相差不宜超过10％，所以要求各台变压器的阻抗电压值相差不能大于10％。

3　变压器并列运行的实例

红管局东部电力网35kV电压等级以上并列运行的变压器，都是变比相等，组号相同，但存在阻抗电压不等的情况。现就老柞山金矿变电所并列运行的变压器作具体的分析。

两台变压器的参数为5001号主变Se1＝2500kVA，Vdi＝7.29％，K1＝66/10.5。5002号主变Se2＝2000kVA。Vd2＝7.9％，K2＝66/10.5，现通过计算：两台变压器并列运行时负荷分担情况，不使任何一台过载时，总的负荷值是多少?

解：

X1＝Vd1Ve2/Se1

＝7.29％×(66×1000)2/(2500×1000)＝127

X2＝Vd2Ve2/Se2

＝7.9％×(66×1000)2/(2500×1000)＝172.1

5001号变压器的分载系数为：

Kf1＝X2/(X1＋X2)＝172.1/(135.7＋172.1)＝0.575

5002号变压器的分载系数为：

Kf2＝X2/(X1＋X2)＝135.7/(135.7＋172.1)＝0.425

当带总负荷为4500kVA时，

其中5001号变压器分担容量为：

4500×57.5％＝2587.5kVA

其中5002号变压器分担容量为：

4500×42.5％＝1912.5kVA

可见，第一台变压器中因短路电压小而过负载，而第2台变压器则因短路电压大而欠载。

为使任一台变压器不出现过负荷，则应令S总＝Se/0.575

则：

S总＝2500/0.575＝4347.8kVA

实际运行中应控制总负荷不超过4347.8kVA。所以，并联运行时应注意：

(1)并列变压器的最大容量应尽可能使任一变压器不过负荷。

(2)在变压器接入母线时，要仔细地核对相位，在一次侧相继投入后，二次侧暂时不要并联，对相应的端子进行核相，确属其间电压接近零时才可并列运行。

4　结束语

高压并联电容器篇5

1、变电站无功补偿提高10KV配网线路电压质量

在变电站，为了保证电网系统无功平衡，在设计上要配置一定容量的无功补偿装置。补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等。在35KV降压变电站中主要采用无功补偿装置为并联电容器。并联电容器一般连接在变电站10KV母线上。主要目的是接近向配电线路前端（靠近变电站的线路）输送无功，提高配电网的功率因数，同时实现调压的目的。并联电容器的容量按变电站主变压器容量的15%-30%原则配置。

变电站无功补偿的原理：利用并联电容器的投、退改变无功功率在电抗上产生的电压降的纵向分量的大小，达到调压目的。

假定高压母线为无穷大系统，按照母线电压U1不变。则

如上图所示：

1）电容器没有投入时，变压器低压侧母线电压U2如下式所示：

U2= （1）

电容器投入时，假定负荷不变，变压器低压侧母线电压U2′如下式所示：

U2′= （2）

分析以上两种情况可以看到:

U2< U2′

即在变电站内部投切并联电容器，提高10KV配网线路电压质量有一定的积极作用。

在实际运行中往往采用分组是电容器，在设备铭牌上单组电容器型号如：BAMH 11/ -600-1×3W，分组式电容器如BAMH 11/ -600+600-1×3W。

按照公式（2）分析很容易得出结论：分组式电容器在变电站内无功补偿和调压方面更加灵活。

另外，《渭南电力系统调度规程》明确规定了：变电站电容器投、停的原则为保证变电站10KV母线电压在10-10.7KV范围内，投入容量应就地补偿无功不向系统到送无功为原则。分组电容器在本站负荷较小时投入一组，负荷较大时全部投入。可见，分组式电容器更适合无功补偿、电网电压调整和电网经济运行的要求。

2、调整变电站主变器分接头的方式提高10KV配网网线路电压的方式

变压器调压分为：顺调压、逆调压和常调压三种方式。其中：

逆调压是在高峰负荷时升高电压，低谷负荷时降低的调压方式。顺调压是在供电线路不长，负荷变动不大的情况下，高峰负荷时降低电压，低谷负荷时升高电压的调压方式。常调压是保持电压为一基本不变的数值的调压方式。

由于10KV配电线路广泛采用大树干、多分支单向辐射性供电方式。高峰负荷时，线路电压偏低，低谷负荷时线路电压偏高。所以，对于35KV/10KV降压变电站大多采用逆调压的调压方式，即在高峰负荷时升高电压，低谷负荷时降低电压。

变压器调压的原理；

设变压器一次侧电压为U1，二次侧电压为U2，变压器变比为K。因为：

K=

高峰负荷时，U2降低，要提高电压，就需要减少变压器变比K，即减少变压器一次侧线圈匝数，同理，低谷负荷时，U2升高，要降低电压，就需要增大变压器变比K，即增加变压器一次侧线圈匝数。

现场运行人员在实际工作中，要按照《变电站现场运行规程》规定，将电容器的投切和变压器档位的调整要相互配合，来达到提高10KV配电网线路首端即变电站10KV母线电压在规定的范围内，

3、10KV配电线路上装设高压并联电容器

10KV配网线路的特点是：负荷率低，负荷季节性波动大，配电变压器的平均负荷率低，供电半径长，无功消耗多，功率因数低，线路损耗大，末端电压质量差。所以，在10KV配电线路上宜采用分散补偿的方式，来提高线路的运行性能，降低电能损耗，提高网络的电压质量。

配电线路分散补偿，是指把一定容量的高压并联电容器安装在供电距离远，负荷重、功率因数低的10KV架空线路上。如下图所示：

图2

10KV配电线路上利用并联电容器无功补偿来提高电压质量的原理：

图3

假定图3中AB段线路的阻抗为R+jX

（1）线路电容器不投入时，线路末端电压U2如下式所示：

U2= （3）

（2）线路并联电容器投入时，线路末端电压U2′如下式所示：

U2′= （2）

可见并联电容器后，10KV配网线路的电压质量有一定程度的提高。

4、10KV配电线路无功补偿安装位置的确定和装设容量原则

（1）就近补偿适应于线路主干线长度超过10KM，超过经济电流密度运行的中负荷吸纳路，电压质量差的线路；

（2）防止轻载时想电网到送无功，容量选择以补偿局部电网中配电变压器的空载损耗总值为度。

（3）合理选择安装位置。和补偿容量

无功补偿装置安装位置选择应符合无功就地平衡的原则，尽可能减少主干线上无功电流为目标。补偿容量以每个补偿点不超过100-150kvar为依据。补偿位置遵循2n/(2n+1)规则，每条线路上安装一处为宜，最多不超过两处。

在实际运行中，在设备选型方面，要尽可能选择具有根据电压质量和负荷变化情况自动投切功能的高压线路并联电容器。

5、结束语

高压并联电容器篇6

【关键词】电容补偿；串联电抗器；谐波

在低压配电设计中，大量的感性负荷使得功率因数偏低，需要进行无功补偿以提高供电系统及负荷的功率因数，降低配电线路无功电流，提高用电设备的效率；稳定用电端及电网的电压，提高供电质量，增加输电系统的稳定性，提高输电能力；减少无功功率对电网的冲击。

在低压配电系统中，无功补偿的补偿位置、补偿方式、补偿容量、控制器的选择、串联电抗器的选择等，都需要针对不同的项目进行优化设计。目前工程实际存在的无功补偿方式按补偿位置分类有集中补偿、就地补偿和分组补偿。其中在变电站集中补偿的方式最为广泛，如图1所示。为了抑制电容器回路合闸涌流和谐波电流，通常在电容器回路中串接电抗器，串入的电抗器自身的感抗会抵消电容器的部分容抗，反向压降会抬高电容器的端电压，即对电容器的有效补偿量产生影响。因而，在进行无功补偿容量的计算时，要根据系统运行电压、电抗率的选择以及电容器额定电压进行修正计算，算出实际需要的无功补偿容量，下面对低压配电系统集中补偿的无功容量的选择进行简单分析。

1.补偿电容器容量计算

图1 变电站集中无功补偿示意

图2 功率因素对应的无功功率和视在功率

如图2所示 要使功率因数由 cosθ1提高到 cosφ2电容器的实际补偿容量QCS（单位：kvar）可根据工程项目所需的实际补偿容量来确定：

（1）

式中：――计算有功功率

――补偿前计算负荷功率因数角的正切值；

――补偿后功率因数角的正切值。

交流电容器的额定容量为：

（2）

式中：Q――电容器容量，kvar；

U――电容器端电压，kV；

――角频率，rad/s；

C――电容器的电容值，F。

由上述交流电容器的额定容量计算公式可以知道，电容器的补偿容量与电压的平方成正比。

2.串联电抗器的选择

2.1 电抗率的选择原则

补偿电容器回路中串联电抗器的主要作用是抑制谐波电流、消除谐振和限制涌流，电抗率是串联电抗器的重要参数，根据规范GB 50227 - 2008《并联电容器装置设计规范》，串联电抗器电抗率的选择，应根据电网条件与电容器参数经相关计算分析确定，电抗率取值范围应符合下列规定：①仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%～1.0%。②用于抑制谐波时，电抗率应根据并联电容器装置接入电网处的背景谐波含量的测量值选择。当谐波为5次及以上时，电抗率宜取4.5%～5.0%；当谐波为3次及以上时，电抗率宜取12.0%，亦可采用 4.5%～5.0%与12.0% 两种电抗率混装方式。

2.2 电抗器额定电压及容量的选择

串联电抗器额定电压及额定容量：

式中：――串联电抗器额定电压，kV；

――并联电容器额定电压，kV；

――串联电抗器额定容量，kvar；

――并联电容器额定容量，kvar；

K――串联电抗器电抗率，%。

由此可见，串联电抗器的额定电压、额定容量与并联电容器的额定电压、额定容量及电抗率有关。

3.电容器额定电压的选择

为达到经济和安全运行的目的，合理选择电容器的额定电压，在分析电容器端子上的预期电压时，应考虑以下因素：①并联电容器装置接入电网后会引起电网电压升高；②谐波引起电网电压升高；③装设串联电抗器引起的电容器端电压升高；④相间和串联段间的容差将形成电压分布不均，使部分电容器电压升高；⑤轻负荷运行引起电网电压升高。

首先根据电抗率的选择，求出电容器端电压的计算值。根据图1等效电路推导出以下公式：

（3）

式中：――单台电容器运行电压，V；

――电容器接入点电网标称电压，V。

根据国家标准GB/T 12325 - 2008《电能质量供电电压偏差》4.2条：“20kV 及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%。”220/380V供电电压的允许偏差为±26.6V。

根据国家标准 GB/T 14549 - 1993《电能质量公用电网谐波》表1，公用电网谐波电压（相电压）限值，电网标称电压为 0.38kV 的电压总谐波畸变率为5%。在没有实际测量谐波电压的前提下，谐波对供电电压的影响粗略考虑为20V。

考虑以上各种因素的影响，可先求出电容器端电压的计算值，再从产品标准系列中选取电容器额定电压，见表 1。

表 1 不同电抗率下电容器额定电压的选择

4.电容器额定容量的选择

为了描述所选电容器额定补偿容量与其实际补偿容量之间的关系，设修正系数为A，则：

（4）

式中：――所选电容器的额定补偿容量，kvar；

――所选电容器应用在系统中的实际补偿容量，kvar；

A――修正系数。

而：

式中：――电容器额定端电压，V；

――电容器实际端电压，V；

将式（3）代入式（5），得出：

另一方面，由于电抗器本身是一个感性负载，串入电容器回路后会抵消一部分电容值，即：

令修正系数A为：

（6）

由式 6 计算得出不同电抗率下修正系数A的取值，见表 2。

表 2 不同电抗率下修正系数A的取值

从以上分析可以看出，在进行无功补偿容量计算时，要根据系统运行电压、电抗率的选择以及所选用的电容器额定电压进行修正计算，算出实际需要的无功补偿容量。例如某工程计算有功功率自然功率因数，目标功率因数，为限制 5 次及以上谐波，串入5%电抗器。根据公式（1）求出实际需要补偿容量为：

高压并联电容器篇7

关键词：内熔丝内熔丝电容器元件直流分量过电压

1前言

目前，在我国生产的高压并联电容器、高压集合式并联电容器、高压交流滤波电容器中有很大一部分其内部的每个元件上都串接有内部熔丝，这种带内部熔丝的电容器在实际运行中，当有个别不良元件发生击穿时，与该元件串联的熔丝就会迅速将击穿元件切除，使整台电容器仍能在电网中继续运行，这是内熔丝起的正面作用。但是，内熔丝在动作时还有另一面，那就是在内熔丝动作后会在电容器内部各个串联段上产生持续工频过电压，在设计和使用电容器时，应予以足够重视，并采取相应对策，本文将对内熔丝电容器中内熔丝动作产生过电压的机理，过电压的特征进行定性定量的分析，从中找出其解决办法，供各位同行和专家参考。

2内熔丝动作引起过电压的机理

如图1所示，高压内熔丝电容器由m个串有内熔丝的元件相互并联后构成一个串联段，再根据电容器额定电压的高低由n个串联段相互串联后构成的。大部分高压全膜并联电容器的内部，在其出线端之间还并有一个内放电电阻，用以释放当电容器从电网中切除后在电容器上的剩余电荷。

在高压内熔丝电容器中，其每个元件的电容都是相同的。所以每个串联段的电容为：

Cs＝mCy（1）

式中：Cs—串联段的电容（μF）；

Cy—元件电容（μF）；

m—每个串联段中元件的并联数

整台电容器的电容为：

C＝Cs／n＝mCy／n（2）

式中：C—整台电容器的电容（μF）；

n—电容器中的串联段数，n＞1

当内熔丝电容器在运行中因某种原因使其中的一个元件击穿时，内熔丝的动作过程可用图2表示。

从图2可以看到，元件击穿首先是击穿元件自身所贮存的电荷向击穿点G放电，接着与该元件并联的同一串联段上的元件所贮存的电荷通过与该击穿元件相串联的熔丝向击穿元件放电，在放电电流的作用下熔丝f迅速熔断，接着在绝缘油的作用下，在并联元件对击穿元件的放电过程中迅速将电弧熄灭，将击穿元件与故障串联段中的其它完好元件相隔离。

通过上述分析，使我们认识到与击穿元件相串联的熔丝的熔断主要是靠与该击穿元件相并联的其它完好元件组上贮存的电荷（或能量）对熔丝放电来实现的。为了使与击穿元件相串联的熔丝熔断，故障串联段中完好元件组中所贮存的电荷将减少Q0，在故障串联段上的电压也会下降一个U，即：

U＝Q0／（Cs－Cy）（3）

式中：Q0—在熔丝熔断的过程中，故障串联段中完好元件组释放的电荷；

Cs－Cy—故障串联段中，完好元件组的电容；

U—故障串联段上的电压降落

这个U是一个由Q0引起的直流电压，因而对其而言系统的阻抗近于零，图2中的A、B两端近于短接，其等值电路如图3所示。

从图2和图3可知，在故障串联段因失去电荷Q0而产生电压降落U的同时，电容器中的其余串联段则通过系统向故障串联段充电，最终在故障串联段和电容器的其余部分Cs／（n－1）上都产生了一个直流电压分量，这两个直流电压大小相等，方向相反，所以UAB等于零，但UAO＝UBO＝U0且

式中：U0—故障串联段上的直流电压分量

由式（4）可以看出，由熔丝熔断产生的直流电压U0与熔丝熔断过程中故障串联段上所失去的电荷Q0成正比，与元件电容Cy成反比，与每个串联段中的并联元件数m近似成反比。在完好串联段上的直流电压分量为：

—其它完好串联段上的直流电压分量。

这样，我们就可以得到，熔丝动作后，作用在故障串联段和其它完好串联段上的电压为：

式中：分别为熔丝将故障元件切除后作用在故障串联段和非故障串联段上的电压；

分别为熔丝将故障元件切除后作用在故障串联段和非故障串联段上的交流电压分量的幅值；

－U0和U0／（n－1）分别为熔丝将故障元件切除切后作用在故障串联段和非故障串联段上的直流电压分量。

在图4中可以看出，熔丝将故障元件切除后，在故障串联段上和非故障串联段上都受到了交流加直流电压的作用。在故障串联段上受到的最大电压降峰值可以达到－U0，在非故障串联段上受到的电压峰值将达到U＂m＋U0／（n－1）。对于高压并联电容器通常n≥3，所以，在非故障串联段上所受到的电压峰值相对于故障串联段要小些。

国标GB11025—1989《并联电容器用内部熔丝和内部过压力隔离器》标准中3．2条隔离要求的规定和4．2条隔离试验的规定，在下元件击穿时，熔丝应能将故障元件断开，在2.2的上限电压下试验时，除了过渡电压之外，断开的熔丝两端的电压降落不得超过30％，根据以上规定，合格的内熔丝在下动作时其电压降落U可能达到0．9Um，在2.2下动作时，其电压降落也可能达到0．66Um。

通过式（3）和式（4）我们可以求得在故障串联段上的电压降落U0为：

若高压并联电容器的串联段数n＝4，则在故障串联段上的直流电压分量

若熔丝熔断引起的电压降落为0．66Um，则在故障串联段上的直流电压分量为：

高压并联电容器篇8

关键词： 谐波作用；并联电容器；抑制谐波影响

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220179－01

近年来，伴随着电力系统中应用技术的迅猛发展，大功率电力电子设施的使用使得大量的谐波进入了电网中，在影响电能质量的同时也对电气设备造成一定的伤害。电容器是一种对谐波非常敏感的电气设备，它的容抗值随着谐波频率变化而发生变化，谐波的影响就会对电容器产生因过电流或过电压使绝缘遭受损害或使用寿命缩短。

1 谐波是影响并联电容器工作最主要的因素

就变电所而言，谐波来源有多种途径，谐波源本来自于厂矿的使用者，有的则是来自于电网所在区域，在投入运营电容器的时候发现了谐波放大的现象。这种问题很多，东北的电网因为谐振的影响，电容器投入运行以后就跳闸了，还有些地方电容器由于谐波的影响被烧坏了。

电力系统的谐波来自于非线性的负荷设备，比如各种调节的机械、轧钢机。并联电容器是电力系统当中应用非常普遍的无功补偿机，主要的作用是用来提高功率效用，并且能够降低电能的消耗。在电力系统当中，必然会存在的谐波电压和电流对并联电容器这种电气设备的影响是最大的。目前在不少地区的中枢变电所装置的电容器容纳量很小，在投运的过程中很容易就会发生谐波现象，分组越多，发生的谐振也就越大

2 谐波对并联电容器的不利影响

2.1 谐波会影响电容器的使用寿命。电容器的容抗值是随着谐波频率的变化而变化的，电容器的介质会因此而损伤。由于谐波带来的影响，电容器介质里附加了一些损耗，当谐波的含量有一定比例的时候，谐波的电流就会增大，电容器的损耗会变大，致使电容器发热，绝缘跟着老化。绝缘介质在工作的时候温度每次升高8摄氏度，它的寿命就会缩短一半。所以每当谐波电流和电压都出现的时候，电容器的使用寿命会因此而减少。

一般而言，其谐波对于电容器的影响还在于当系统电压波形不正常的时候，本来是正弦的波形就变成了非正弦波形，这些波形畸变后就使得数字分解成50H2的基波和各种倍数频率的高次谐波，畸形的波形就是因为这些基波与各种谐波的迭加而形成的，一般，当偶次倍数的谐波通过，则电容器能够接受，当不存在偶次倍数的谐波时，电容器就会出现不正常工作，所以就会电容器产生影响，有的甚至可能烧毁电容器。由于系统中的电压存在异样的谐波作用，所以电容器就会产生一些过电流和过负荷，这些都是两者超过倍数不同所造成的，而同样的，当异样的谐波造成了电波形变成正常的不同的波形，那么这种波形带给电容器的威胁远远大于电压自身的波形畸变。例如某系统电压波形包括基波和5次谐波（其它高次谐波占的比例很小），基波电压与额定电压相等，5次谐波电压值为额定电压的26.45%，经过计算，结果表明：在此情况下，电容器组过电压3.4%，过电流65.6%，电容器的无功出力过负荷35%，而无功功率表的读数却为电容器组额定无功功率Qe的171.2%。5次谐波产生的畸变功率高达电容器额定无功功率的105%。

对于系统中有谐波源，而且影响到电容器安全运行时，首先应对用户（谐波源）采取相应的有关措施以降低高次谐波分量。抑制高次谐波的方法很多，如增加整流器的相数，限制大型整流器在电网中的连接容量以及采用调谐电抗器、微电感电阻和滤波电容器等制成专用高次谐波滤波装置等。其次应考虑由于系统电压中谐波的存在，采用哪种措施才能限制谐波的放大。目前，为了保护用于无功补偿的并联电容器，最有效的方法是在电容器回路中串联电抗器。其电抗器的感抗值应按以下方法确定。

2.2 谐波会导致电容器的电流负荷增大甚至超出。一旦当电力系统的电压波开始呈现出异样的时候，便会对一个周期中的波形状态进行转换，分解出其它更高倍数频率的谐波。当电网中有谐波存在的时候，电容电流的有效输出值和电容器对外输出的无效容数的变率要比电压有效输出值的变率大，当谐波的频数较高时，这种情形将会更加明显。电网里的谐波电流通常是5次、7次、11次、13次出现的多，其他的情形出现的少。我们发现，电容器对于谐波次数的多少和谐波电压变化率是非常敏感的，电力系统的某个地方发生谐振的时候，电容器就有可能出现过负荷电流的现象，甚至会损坏电容器本身。

2.3 并联电容器本身会使谐波的破坏有着放大化的实质影响。电容器在电力系统中的使用就有可能会产生更加严重的谐波畸变，从而对系统和其他的电气设备造成损害，电容器又进一步在谐波电压的作用下损坏。即使是很小的高次谐波电压经过，如果它的频率与谐振近似，电容器的电压同样会被放大很多倍，谐波电压和电容器上发出的基波电压相叠加，电容器的电压有效的输出值会增大，并且电压的上限值提高了，控制不住的电容器局部区域放电而不能熄火，以至于电容器遭到破坏或者熔丝烧断。

3 治理谐波损害并联电容器的有效措施

电力系统中并联电容器在工作的时候出现的谐波问题很复杂，但是并不是没有办法进行治理，治理措施主要有以下几点：

其一，电容器具有承受谐波不利影响的能力，在其承受的范围里，不进行任何防范的举措；治理措施要求容易实施、投资少而收效快，并且要易于管理，通常的做法是增大电容器的分组容量，减少分组数，远离谐振区。其二，为了防止在电力系统中谐波对电容器的正常运行造成障碍，应该从管理和技术这两个方面入手。一方面来说，对大容量的非线性负荷加大管理，要求产生较大的谐波污染环境的使用者安装过滤装置。我们在那些新建和扩大修建的非线性负荷进入公网之前，要对其进行电能质量状况的测试，来在电力系统中实行治理的方案，来阻止电网蒙受进一步的损失。同时采取技术方面的措施来降低谐波中的谐波含量，把谐波的电压畸变率掌控在国际标准下。其三，降低谐波源的谐波量，通过对谐波源头进行改正，可以最大程度地避免谐波产生，从而提高电网中的用电效率。谐波源的地方吸收谐波电流也是一个综合性很强的手段，采用交流过滤器就近的条件来吸收谐波源中发出的谐波电流，是来抵制谐波的可用措施。目前在容量大而且要求改正的地方都用有源和无源混合型过滤波，两者的协调使用，可以使整个电力系统得到良好的补偿作用。

总而言之，在电力系统中谐波对电容器带来很大的影响，高次的谐波会致使电容器的电流量超标，机器发热，绝缘老化，并且导致的一系列问题会对旁边的电气设备造成破坏。我们应该使用有源或者无源滤波器来吸入谐波从而补偿电网中的电流，防止谐波对并联电容器造成的不利影响。

参考文献：

[1]程浩忠、艾芊、张志刚，电能质量[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2]吴杰、刘建、卢志刚，基于Matlab的电力系统谐波评估研究[J].继电器，2006.