集合式電容器電抗器組在變電站的應用

摘要：隨著工業生產的發展，城鄉居民家用電器的增加，在用電量增加的同時，電網中的感性負荷比例也在明顯上升，改善電壓質量，提高電網功率因素，減少線損顯的尤為重要。近年來集合式電容器因其占地面積小，安裝維護方便，可靠性高等優勢而被廣泛選用于無功補償，特別是應用于大型變電站的戶外集中補償和城市電網改造中。 

關鍵詞：感性負荷 集合式電容器 電抗器 變電站
　　隨著工業生產的發展，城鄉居民家用電器的增加，在用電量增加的同時，電網中的感性負荷比例也在明顯上升，改善電壓質量，提高電網功率因素，減少線損顯的尤為重要。近年來集合式電容器因其占地面積小，安裝維護方便，可靠性高等優勢而被廣泛選用于無功補償，特別是應用于大型變電站的戶外集中補償和城市電網改造中，在我們通州市供電局就有一座220kV變電所、五座110kV變電所、九座35kV變電所安裝使用了20臺總計55Mvar容量的集合式電容器，運行情況良好。
　　我們知道，變電站的負荷是動態變化的，功率因素也是動態變化的，任何固定容量的電容器都無法實現最佳的“全天候”補償”。容量偏小則在重負荷、低功率因素時補償不足，容量偏大則在輕負荷時過補償，使輸電線路中的電容電流增加，從而增加了線損。通常電容器是按照變電站正常運行時實際無功缺額選定容量進行部分補償并結合人工投切措施，但這種方式難以達到較佳經濟效果。作者認為采用以下兩種方式可以彌補一些不足，一是選用有載調檔集合式電容器，可以根據負荷情況充分進行補償，二是裝設多組集合式電容器可以根據負荷情況而運行其中一部分。 
　　
　　集合式電容器內部原理接線主要有以下幾種，見圖1～圖4。 




　　圖1為單相電容，圖2、3、4為三相電容，其中圖3為帶抽頭電容。集合式電容器每相電容由多個單元電容器串并組成，（如圖5所示），每個元件串有一熔絲，當某一元件擊穿時，其它完好元件即對其放電，使熔絲在毫秒級的時間內迅速斷開，切除故障元件，僅使容量有微小變化，電容器仍能繼續運行，提高了運行可靠性。

　　根據一次接線方式的不同，電容器內部故障采用以下幾種保護形式，見圖6～圖8。

　　電容器外部保護形式可配置過電壓保護、失壓保護、過電流速斷保護等，通州供電局220kV銀河變電所35kV　2＃電容器（型號：BFF12×2－2000－1W）曾發生電壓縱差保護動作（保護原理結線如圖8），經試驗人員測試發現C相電容不平衡，試驗數據如表1。

　　電容器廠家技術人員到現場對C相進行了復測，試驗數據如表2。

　　初步判定內部有故障，逐對電容器進行吊芯，發現C相一只電容器熔絲熔斷，經更換后再測電容量數據如表3。

　　恢復運行后正常。根據廠家的出廠資料，三相中任何線路端子測得最大、最小電容量之比不超過1.05，就以上數據來看C1/C2≈1.022，CA/CC≈1.026，說明電壓縱差保護定值偏小，可作調整，單只電容器熔絲熔斷不會影響運行。繼保人員在日常巡視中測得的電壓縱差保護的電壓差值可發現問題，這樣可安排適當時間對電容器檢修。
　　由于集合式電容器單臺容量很大，合閘涌流也就很大，串聯電抗器與電容器串聯使用能有效地抑制合閘涌流，保護電容器的安全運行，常用接線方式如圖9。

　　適當選擇電容器、電抗器參數可以有效地抑制電網中的高次諧波。對于n次諧波當2πnfL－1/2πnfC＝0即XL/XC＝1/n2時（XL、XC分別為基波感抗、容抗），電容電抗回路有濾波作用，但此時nf也是諧振頻率。為了抑制n次諧波，若選擇XL/XC大于1/n2，如XL/XC＝6％抑制5次諧波，XL/XC＝13％抑制3次諧波，選用前應對變電站的諧波分量進行實測，做到有的放矢。
　　變電站集合式電容器串聯電抗器常用的有傳統的油浸式電抗器、干式鐵芯電抗器，干式空心電抗器。油浸式電抗器由于滲漏原因逐步被后兩者替代，干式鐵芯電抗器比油浸式電抗器體積減少30％左右，損耗低于油浸式電抗器，適合戶內小空間安裝。干式空心電抗器結構上不用任何鐵磁性材料，因此，線性度大大優于鐵芯電抗器，應該首選。但由于沒有鐵芯，繞組中通過單位電流所產生的磁通較小，所以體積較大。再有空心電抗器附近存在磁導體的話，將使電抗值升高，在正常情況下電抗器的磁通在空氣中形成回路，但安裝場所屋頂、地面、墻壁、圍欄等如有鐵鋼等磁性材料存在，則會在其中引起發熱，因此空心電抗器在安裝時對周圍物體有一定距離要求，同時為避免相鄰兩組電抗器相互影響，同樣也需要保持一定距離，如圖10、11，圖中d為電抗器直徑。

　　垂直排列（圖10）B相繞組繞向要相反，這可以減少相間支撐絕緣子的拉伸力。B相繞組繞向不相反，則當電流相角為60°時，A、B繞組排斥力最大，其力大小與下式成正比，即F1∝（sin60°×）2=1.512,而當相角為150°時，A、B繞組間吸引力最大，其力大小與下式成正比，即F2∝（sin150°×）2=0.5I2可見A、B繞組間最大排斥力為最大吸引力的3倍。如果B相繞組繞向相反，支撐絕緣子所受的最大壓縮力為最大拉伸力的3倍，由于支撐絕緣子的抗壓強度遠比抗拉強度高得多。B相繞組反繞后，可將支撐絕緣子所受的拉力大為縮小，保證運行可靠性。