先來理解無功功率的概念：

無功功率：就是電路中感性元件（或容性元件）中的磁場能（或電場能）與電路中的電能相互轉化所需的功率，單位為乏(var)。

許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率。因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已；在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。

系統多為電機設備，所以呈現感性負載。在這些電氣設備中除有有功電流外，還有無功電流（即電感電流），而電容電流在相位上和電感電流相差180°，感性電氣設備的無功由電容來補償，互相抵消。從而減少線路能量損耗，改善電壓質量，提高系統供電能力。

電容器組投入運行吸收系統的感性無功功率，這就相當于電容器組向系統發出容性無功。因此，電容器組的作用有：

1）向電網系統提供容性無功功率，提高系統運行的功率因數，提高受電端母線的電壓水平；

2）減少了線路上感性無功的輸送，減少了電壓和功率損耗，因而提高了線路的輸電能力。

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接下來介紹電容器組的結構：

電力系統中的電容器組有串聯和并聯兩種無功補償方式。變電站普遍采用并聯電容器組的無功補償方式。

并聯電容器組的接線方式一般有單星形接線、雙星形接線、三角形接線方式，其接線如圖4所示。

補充說明：

國內運行的電容器組有兩類接線:三角形；星形類(單星形、雙星形)。20世紀八十年代在電業部門以星形接線最多，少部分采用三角形接線；在工礦企業卻大量存在三角形接線電容器組。當三角形接線電容器組發生電容器全擊穿短路時，即相當于相間短路，注入故障點的能量不僅有故障相健全電容器的涌放電流，還有其他兩相電容器的涌放電流和系統的短路電流。這些電流的能量遠遠超過電容器油箱的耐爆能量，因而油箱爆炸事故較多。全國各地發生了不少三角形接線電容器組的爆炸起火事故，損失嚴重。而星形接線電容器組發生電容器全擊穿短路時，故障電流受到健全相容抗的限制，來自系統的工頻電流將大大降低，最大不超過電容器組額定電流的三倍，并且沒有其他兩相電容器的涌放電流，只有來自同相的健全電容器的涌放電流，這是星形接線電容器組油箱爆炸事故較低的重要原因之一。在操作過電壓保護方面，三角形接線電容器組的避雷器的運行條件和保護效果，均不如星形接線電容器組好。因此，國內比較一致的意見是舍棄三角形接線，采用單星形或雙星形接線。1985年以后，電業部門執行統一的部頒設計標準，新(擴)建電容器組均未采用三角形接線。

因此，本次培訓主要講解并聯電容器組的投退注意事項。

變電站要配置足夠、合理的無功補償設備，

各電壓等級變電站無功補償容量要求如下：

1）500kV變電站無功補償容量按主變壓器容量的10 ～20％配置；

2）220kV變電站容性無功補償容量按照主變壓器容量的15 ～30 %配置；

3） 110kV變電站容性無功補償容量按照主變壓器容量的10 ～30 %配置。

配置合理的無功補償設備，目的是對主變壓器及低壓母線的負荷線路進行就地補償，盡量不向高壓側倒送無功。向高壓側倒送無功會降低有功功率的傳輸容量。當無功補償裝置電容配置不合理情況下，極易造成無功過補償。

此外，現場實際的配置也應滿足要求。但早期的部分變電站在主變壓器低壓側只裝設一組電容器，這就造成在實際運行中高峰負荷時電容器容量略顯不足而在負荷低谷時電容器容量又偏大，特別是該電容器組故障而退出運行時，更無法滿足補償要求。最佳配置要求配置2組。

500kV變電站、220kV變電站實際配置都能滿足要求。每段低壓（35kV或10kV）母線都配有2～4組相同容量的電容器組。

大部分110kV變電站及35kV變電站實際配置能滿足每段10kV母線配有2組相同容量的電容器組；只有少部分變電站每段10kV母線只配置1組電容器組，當故障退出運行時，將無法滿足補償要求，需要改進。

第一，電容器組一般設有以下保護方可投入運行：

1）單臺電容器故障有熔絲作保護。當單臺熔絲熔斷時，不致影響其它電容器，熔絲可按1.375In～1.5In選擇 ，一般選擇1.43In；達到1.5In時，動作時間不大于75秒；通過2In時，動作時間不大于7.5秒；允許通過100In以下的涌流。

2）為防止單臺電容器故障后造成局部電容器過電壓，電容器組設有中性點不平衡電流保護，動作后跳斷路器。

3）相間短路故障主要保護有電流速斷和定時過流，保護動作后跳斷路器。

4）當電容器組連接的母線失壓時，由失壓保護動作跳斷路器。失壓保護即低壓保護，思考：正常運行時造成母線失壓有哪幾種？

5）電容器組還設有過電壓保護，動作后跳斷路器。過電壓保護將電容器組運行電壓限制在額定電壓1.1倍以下。

第二，投退電容器組應遵循如下規定：

1）電力電容器允許在額定電壓1.1倍波動范圍內長期運行。表中顯示了不同過電壓倍數下可以持續的時間。

補充說明：運行中電容器內部的有功功率損耗由其介質損耗和導體電阻損耗組成，而介質損耗占電容器總有功功率損耗的98%以上，其大小與電容器的溫升有關系，可用以下公式表示：P=WCU2tanS，Q=WCU2。因此，當運行電壓超過額定值將使電容器過負荷，二電容器運行電壓比額定值低，則降低了無功出力，如運行電壓為額定電壓的90%時，無功功率降低19%，使容量沒有充分利用，也是不經濟的。同時運行電壓升高，使電容器發熱而且溫升也增加，由于電容器中介質損失引起的有功功率損耗也隨著電壓值的平方變化，損耗經轉換為熱能而被消耗，運行電壓升高，發熱量也隨著增加。另一方面，電容器的壽命隨電壓的升高而縮短，在高場強下，絕緣介質老化加速，壽命縮短。因此，電容器運行電壓原則上等于額定電壓，并嚴格控制在一定的范圍以內，以保證電容器的安全運行。所以規定：電力電容器允許在額定電壓1.1倍范圍內長期運行，降低電容器的制造成本和充分發揮電容器的運行容量。

2）電力電容器允許在不超過額定電流的30%運況下長期運行；同時，為了讓電容器組三相間容量的平衡，補償時才能保證三相的電壓保持平衡，因此運行規定：三相不平衡電流不應超過±5%，超過時應查明原因，一般有電容器異常情況出現。

那么電容器能承受多大的涌流沖擊呢？

國家標準規定：電容器能承受100倍額定電流的涌流沖擊，但每年這樣的涌流沖擊不應超過1000次 。

補充說明：近年來，隨著大型電弧爐、整流設備、家用電器等非線性用電設備的廣泛應用，各種諧波源產生的高次諧波電流注入電網，從而引起電力系統的電壓和電流波形的嚴重畸變。電容器對高次諧波最敏感，因為高次諧波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負荷而發熱，并可能發生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導致電容器過熱損壞。

為了讓電容器組三相間容量的平衡，補償時才能保證三相的電壓保持平衡，因此運行規定：三相不平衡電流不應超過5%，超過時應查明原因，一般有電容器異常情況出現。

3）電力電容器運行室溫不超過40℃或低于-25℃，外殼溫度不允許超過55℃。

補充說明：電容器和其它大部分電氣設備(變壓器、發電機)不同，它通常都是在滿負荷下較長時間運行的，而其它電氣設備則負荷隨時變化。因此，環境溫度對電容器的運行溫度影響很大。有試驗表明，當溫度升高1O℃，電容器的電容量下降速度將加快一倍，電容器長期處于高場強和高溫下運行將引起絕緣介質老化和介質損耗角∝的增大，使電容器內部溫升超過允許值而發熱，縮短電容器的使用壽命，嚴重時在高電場強度作用下導致電容器熱擊穿而損壞。按照電容器的有關技術條件規定，電容器的工作環境溫度一般以40℃為上限，反之，若溫度過低時，因浸漬劑粘度增加，流動性、吸氣性變差，外殼內部壓力下降，局部放電電壓降低，結果也會引起電介質老化和擊穿，降低電容器的使用壽命。因此，一方面要選用其溫度類別與實際的運行環境溫度相適應的電容器，另一方面在電容器的安裝使用中要特別注意電容器在實際使用工況下的通風、散熱和輻射問題，使電容器在運行中所產生的熱量能即時散發出去，在高溫條件下降低電容器內部的介質溫度，以達到延長電容器實際使用壽命的目的。

4）裝設自動投切裝置的電容器組，應有防止保護跳閘時誤投入電容器裝置的閉鎖回路，并應設置操作解除控制開關。

自動投、切是指利用AVC、VQC自動投、切裝置，當電網電壓下降到某一定值時，自動裝置將動作合上電容器組斷路器。反之，當電壓上升到某整定值時，自動裝置將動作電容器組斷路器跳閘。而進行電容器組的操作時，必須將自動裝置退出，以免在進行操作過程中出現開關分合閘（特別是熱備用轉冷備用操作時，出現開關合閘，將可能造成帶負荷拉合刀閘的事件）。

7）各電壓等級的電容器組屬各級調度管轄，電容器組的投入和切除按調度下達的電壓曲線，按逆調壓原則操作。

母線一般都按電源端考慮，因此調度規程規定：正常運行時，各電壓等級的母線電壓都會比額定電壓高些，但又不能讓電壓過高，因為無功過補償引起的電壓過分升高將會導致熱量不平衡，最后造成電容器的損壞，此外電容器內部的油浸絕緣紙、在長時間的高溫作用下產生老化作用，運行電壓越高、介質老化越快，壽命也就越短。因此，要嚴格按規定投退電容器組、電抗器組、調節主變壓器分接頭等手段控制。

逆調壓原則為：

a)500kV變電站的 500kV母線在正常運行方式情況下，電壓允許偏差為系統額定電壓的0%—+10%；

b)500kV變電站的中壓側母線在正常運行方式情況下，電壓允許偏差為系統額定電壓的0%—+10%；

c)220kV變電站的220kV 母線、 變電站的110kV—35kV母線在正常運行方式情況下，電壓允許偏差為系統額定電壓的-3%—+7%；

d)帶地區供電負荷的變電站10kV母線正常運行方式下的電壓允許偏差為系統額定電壓的0%—+7%。

超過規定值嚴格按照要求投退電容器組、調節主變壓器分接頭等手段控制。

10）多組電容器投切時，不得發生諧振（盡量在輕載荷時切除）；對采用混裝電抗器的電容器組應先投電抗值大的，后投電抗值小的，切時與之相反。

補充說明：每組電容器的串聯電抗器，是為了限制電容器組在合閘過程中的涌流，以及限制操作過電壓和抑制電網中高次諧波對電容器的影響。因此為了抑制不同的高次諧波，會根據電網中不同地點高次諧波的影響程度，考慮配置不同電抗率的串聯電抗器，例如：一般在500kV變電站35kV母線上的并聯電容器組混裝有串聯電抗器電抗率為4-6%和12%，它們分別可以抑制電網5次及以上諧波，和抑制電網3次及以上諧波的影響，因此混裝電抗器的電容器組應先投電抗率大的，以先抑制電網中3次及以上諧波的影響，后再投電抗率小的。同理，切時與之相反。如果不按以上投切順序，先投電抗率小的電容器組，將無法抑制3次諧波對電容器的影響，此時電容器將可能過電流而損壞。

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