电力电容器的无功补偿及其运行维护
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作者: 赵俊梅
[摘 要]由于电网负载绝大多数呈现感性，采用并联电容器组进行就地无功补偿是简单易行的一种措施，通过对并联电容器的投切控制就能实现对侧无功功率的局部补偿，减少电网输送无功功率的负担，降低线损，改善电压质量。本文从电力电容器的补偿原理、特点、方式及电容器安全运行这几个方面进行阐述。
[关键词]电力电容器；无功补偿；安全运行
中图分类号：TM53 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）36-0031-01
正文：电力电容器大量装设在各级变电站和线路上，是供电网络中的主要设备之一，电容器在电力系统中的主要作用是补偿电力系统的无功功率，提高系统的功率因数，改善电压品质，减少线路的损耗，提高电网输送电能能力。笔者先从电力电容器的补偿原理及特点进行阐述。
一、电力电容器的补偿原理及特点
电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。其无功补偿的原理是把具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷并联在同一电容器上，能量在两种负荷间相互转换。这样，电网中的变压器和输电线路的负荷降低，从而输出有功能力增加。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的最简便、最经济的方法。
电力电容器补偿的特点，第一，电力电容器无功补偿装置具有安装方便，安装地点增减方便；有功损耗小（仅为额定容量的0.4%左右）；建设周期短；投资小；无旋转部件，运行维护简便；个别电容器组损坏，不影响整个电容器组运行等优点；第二，电力电容器无功补偿装置的缺点有：只能进行有级调节，不能进行平滑调节；通风不良，一旦电容器运行温度高于70℃时，易发生膨胀爆炸；电压特性不好，对短路稳定性差，切除后有残余电荷；无功补偿精度低，易影响补偿效果。
二、无功补偿方式及实际应用
无功的补偿方式及应用有4种：（1）高压分散补偿。高压分散补偿实际就是在单台变压器高压侧安装的，用以改善电源电压质量的无功补偿电容器；（2）高压集中补偿。高压集中补偿是指将电容器装于变电站或用户降压变电站6kV-10kV高压母线的补偿方式；电容器也可装设于用户总配电室低压母线，适用于负荷较集中、离配电母线较近、补偿容量较大的场所，用户本身又有一定的高压负荷时，可减少对电力系统无功的消耗并起到一定的补偿作用。其优点是易于实行自动投切，可合理地提高用户的功率因素，利用率高，投资较少，便于维护，调节方便可避免过补，改善电压质量。但这种补偿方式的补偿经济效益较差；（3）低压分散补偿。低压分散补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地安装在用电设备附近，以补偿安装部位前边的所有高低压线路和变压器的无功功率。其优点是用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，可减少配电网和变压器中的无功流动从而减少有功损耗；可减少线路的导线截面及变压器的容量，占位小；（4）低压集中补偿。低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功符合而直接控制电容器的投切。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。
三、电力电容器保护的选择
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：①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；②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；③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；④保护装置应便于进行安装、调整、试验和运行维护；⑤消耗电量要少，运行费用要低。
根据以上原则，一般电力电容器的保护选择为：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。同时，根据实际情况，在必要时增设以下保护：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。
四、运行中的电力电容器的运行维护及故障处理
电力电容器运行维护重点检查项目： （1）对运行的电容器组的外观巡视检查，应按规程规定进行，如发现箱壳膨胀应停止使用，以免发生故障；（2）电容器组投入时环境温度不能低于-40℃，运行时环境温度1小时，平均不超过+40℃，2小时平均不得超过+30℃，及一年平均不得超过+20℃。如超过时，应采用人工冷却（安装风扇）或将电容器组与电网断开；（3）安装地点的温度检查和电容器外壳上最热点温度的检查可以通过水银温度计等进行，并且做好温度记录（特别是夏季）；（4）电容器的工作电压和电流，在使用时不得超过1.1倍额定电压和1.3倍额定电流； （5）电容器套管和支持绝缘子表面应清洁、无破损、无放电痕迹，电容器外壳应清洁、不变形、无渗油，电容器和铁架子上面不应积满灰尘和其他脏东西。
电容器在运行中的故障处理及注意事项包括： （1）当电容器喷油、爆炸着火时，应立即断开电源，并用砂子或干式灭火器灭火。此类事故多是由于系统内、外过电压，电容器内部严重故障所引起的。为了防止此类事故发生，要求单台熔断器熔丝规格必须匹配，熔断器熔丝熔断后要认真查找原因，电容器组不得使用重合闸，跳闸后不得强送电，以免造成更大损坏的事故；（2）电容器的断路器跳闸，而分路熔断器熔丝未熔断。应对电容器放电3min后，再检查断路器、电流互感器、电力电缆及电容器外部等情况。若未发现异常，则可能是由于外部故障或母线电压波动所致，并经检查正常后，可以试投，否则应进一步对保护做全面的通电试验。通过以上的检查、试验，若仍找不出原因，则应拆开电容器组，并逐台进行检查试验。但在未查明原因之前，不得试投运； （3）当电容器的熔断器熔丝熔断时，应向值班调度员汇报，待取得同意后，再断开电容器的断路器。在切断电源并对电容器放电后，先进行外部检查，如套管的外部有无闪络痕迹、外壳是否变形、漏油及接地装置有无短路等，然后用绝缘摇表摇测极间及极对地的绝缘电阻值。如未发现故障迹象，可换好熔断器熔丝后继续投入运行。如经送电后熔断器的熔丝仍熔断，则应退出故障电容器，并恢复对其余部分的送电运行。
五、电力电容器组的倒闸操作事项
电力电容器组倒闸操作时要做到：（1）在正常情况下，全所停电操作时，应先断开电容器组断路器后，再拉开各路出线断路器。恢复送电时应与此顺序相反； （2）事故情况下，全所无电后，必须将电容器组的断路器断开；（3）电容器组断路器跳闸后不准强送电。保护熔丝熔断后，未经查明原因之前，不准更换熔丝送电；（4）电容器组禁止带电荷合闸。电容器组再次合闸时，必须在断路器断开3min之后才可进行。
六、结语
通过合理高效利用无功补偿装置来是提高电网供电能力、减少电压损失和降低网损，作为电网工作者，就必须做到合理选型、充分考虑装置的性能优劣、加强设备的运行维护管理等，从而获得最大的综合经济效益。
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