目前,在110kv及以下的電網(wǎng)中,常安裝電力電容器組來進行無功功率補償,這是一種實用、經(jīng)濟的方法。而采用無功補償,具有減少設(shè)計容量;減少投資;增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例,降低線損,改善電壓質(zhì)量,穩(wěn)定設(shè)備運行;可提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因素,降低電能損耗和節(jié)能;減少用戶電費支出;可滿足電力系統(tǒng)對無功補償?shù)臋z測要求,消除因為功率因素過低而產(chǎn)生的罰款等優(yōu)點。
1電力電容器的補償原理
電容器在原理上相當于產(chǎn)生容性無功電流的發(fā)電機。其無功補償?shù)脑硎前丫哂腥菪怨β守摵傻难b置和感性功率負荷并聯(lián)在同一電容器上,能量在兩種負荷間相互轉(zhuǎn)換。這樣,電網(wǎng)中的變壓器和輸電線路的負荷降低,從而輸出有功能力增加。在輸出一定有功功率的情況下,供電系統(tǒng)的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統(tǒng)和工業(yè)配電負荷的最簡便、最經(jīng)濟的方法。因此,電容器作為電力系統(tǒng)的無功補償勢在必行。當前,采用并聯(lián)電容器作為無功補償裝置已經(jīng)非常普遍。
2電力電容器補償?shù)奶攸c
2.1優(yōu)點
電力電容器無功補償裝置具有安裝方便,安裝地點增減方便;有功損耗小(僅為額定容量的0.4%左右);建設(shè)周期短;投資小;無旋轉(zhuǎn)部件,運行維護簡便;個別電容器組損壞,不影響整個電容器組運行等優(yōu)點。
2.2缺點
電力電容器無功補償裝置的缺點有:只能進行有級調(diào)節(jié),不能進行平滑調(diào)節(jié);通風(fēng)不良,一旦電容器運行溫度高于70℃時,易發(fā)生膨脹爆炸;電壓特性不好,對短路穩(wěn)定性差,切除后有殘余電荷;無功補償精度低,易影響補償效果;補償電容器的運行管理困難及電容器安全運行的問題未受到重視等。
3無功補償方式
3.1高壓分散補償
高壓分散補償實際就是在單臺變壓器高壓側(cè)安裝的,用以改善電源電壓質(zhì)量的無功補償電容器。其主要用于城市高壓配電中。
3.2高壓集中補償
高壓集中補償是指將電容器裝于變電站或用戶降壓變電站6kv～10kv高壓母線的補償方式;電容器也可裝設(shè)于用戶總配電室低壓母線,適用于負荷較集中、離配電母線較近、補償容量較大的場所,用戶本身又有一定的高壓負荷時,可減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并起到一定的補償作用。其優(yōu)點是易于實行自動投切,可合理地提高用戶的功率因素,利用率高,投資較少,便于維護,調(diào)節(jié)方便可避免過補,改善電壓質(zhì)量。但這種補償方式的補償經(jīng)濟效益較差。
3.3低壓分散補償
低壓分散補償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地安裝在用電設(shè)備附近,以補償安裝部位前邊的所有高低壓線路和變壓器的無功功率。其優(yōu)點是用電設(shè)備運行時,無功補償投入,用電設(shè)備停運時,補償設(shè)備也退出,可減少配電網(wǎng)和變壓器中的無功流動從而減少有功損耗;可減少線路的導(dǎo)線截面及變壓器的容量,占位小。缺點是利用率低、投資大,對變速運行,正反向運行,點動、堵轉(zhuǎn)、反接制動的電機則不適應(yīng)。
3.4低壓集中補償
低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè),以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,根據(jù)低壓母線上的無功符合而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行,做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補償?shù)膬?yōu)點:接線簡單、運行維護工作量小,使無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低網(wǎng)損,具有較高的經(jīng)濟性,是目前無功補償中常用的手段之一。
4電容器補償容量的計算
無功補償容量宜按無功功率曲線或無功補償計算方法確定,其計算公式如下:
qc=p(tgφ1-tgφ2)或是qc=pqc(1)
式中:qc:補償電容器容量;
p:負荷有功功率;
cosφ1:補償前負荷功率因數(shù);
cosφ2:補償后負荷功率因數(shù);
qc:無功功率補償率,kvar/kw(見表1)。
表 1
5電力電容器的安全運行
5.1允許運行電流
正常運行時,電容器應(yīng)在額定電流下運行,最大運行電流不得超過額定電流的1.3倍,三相電流差不超過5 %。
5.2允許運行電壓
電容器對電壓十分敏感,因電容器的損耗與電壓平方成正比,過電壓會使電容器發(fā)熱嚴重,電容器絕緣會加速老化,壽命縮短,甚至電擊穿。因此,電容器裝置應(yīng)在額定電壓下運行,一般不宜超過額定電壓的1.05倍,最高運行電壓不宜超過額定電壓的1.1倍。當母線超過1.1倍額定電壓時,須采取降溫措施。
5.3諧波問題
由于電容器回路是一個lc電路,對于某些諧波容易產(chǎn)生諧振,易造成高次諧波,使電流增加和電壓升高。且諧波的這種電流對電容器非常有害,極容易使電容器擊穿引起相間短路。因此,當電容器在正常工作時,在必要時可在電容器上串聯(lián)適當?shù)母锌怪档碾娍蛊?以限制諧波電流。
5.4繼電保護問題
繼電保護主要由繼電保護成套裝置實現(xiàn),目前國內(nèi)幾個知名電氣廠家生產(chǎn)的繼電保護裝置技術(shù)都已經(jīng)非常成熟,安全穩(wěn)定、功能強大。繼電保護裝置可以有效的切除故障電容器,是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要手段。主要的電容器繼電保護措施有:①三段式過流保護;②為防止系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過壓造成電容器損壞而設(shè)置的過電壓保護;③為避免系統(tǒng)電源短暫停投引起電容器瞬時重合造成的過電壓損壞而設(shè)置的低電壓保護;④反映電容器組中電容器的內(nèi)部擊穿故障而配置的不平衡電壓保護、不平衡電流保護或三相差電壓保護。
5.5合閘問題
電容器組禁止帶電重合閘。主要是因電容器放電需要一定時間,當電容器組的開關(guān)跳閘后,如果馬上重合閘,電容器是來不及放電的,在電容器中就可能殘存著與重合閘電壓極性相反的電荷,這將使合閘瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電流,從而造成電容器外殼膨脹、噴油甚至爆炸。所以,電容器組再次合閘時,必須在斷路器斷開3min之后才可進行。因此,電容器不允許裝設(shè)自動重合閘裝置,相反應(yīng)裝設(shè)無壓釋放自動跳閘裝置。
一些終端變電站往往配置有備用電源自動投切裝置,裝置動作將故障電源切除,然后經(jīng)過短暫延時投入備用電源,在這個過程中,如果電容器組有低壓自投切功能,那么電容器組將在短時間內(nèi)再次合上,這就會發(fā)生以上所說的故障。所以,安裝有備用電源自動投切裝置的系統(tǒng)與電容器組的投切問題,應(yīng)值得充分的重視。
5.6允許運行溫度
電容器正常工作時,其周圍額定環(huán)境溫度一般為40 ℃～-25 ℃;其內(nèi)部介質(zhì)的溫度應(yīng)低于65 ℃,最高不得超過70℃,否則會引起熱擊穿,或是引起鼓肚現(xiàn)象。電容器外殼的溫度是在介質(zhì)溫度與環(huán)境溫度之間,不應(yīng)超過55℃。因此,應(yīng)保持電容器室內(nèi)通風(fēng)良好,確保其運行溫度不超過允許值。
5.7運行中的放電聲問題
電容器在運行時,一般是沒有聲音的,但在某些情況下,其在運行時也會存在放電聲的問題。如電容器的套管露天放置時間過長時,一旦雨水進入兩層套管之間,加上電壓后,就有可能產(chǎn)生放電聲;當電容器內(nèi)缺油時,易使其套管的下端露出油面,這時就有可能發(fā)出放電聲;當電容器內(nèi)部若有虛焊或脫焊,則會在油內(nèi)閃絡(luò)放電;當電容器的芯子與外殼接觸不良時,會出現(xiàn)浮動電壓,引起放電聲。
一旦出現(xiàn)以上幾種出現(xiàn)放電聲狀況,應(yīng)針對每種情況做出處理,即其處理方法依次為:將電容器停運并放電后把外套管卸出,擦干重新裝好;添加同種規(guī)格的電容器油;如放電聲不止,應(yīng)拆開修理;將電容器停運并放電后進行處理,使其芯子和外殼接觸好。
5.8爆炸問題
電容器在運行過程中,如出現(xiàn)電容器內(nèi)部元件擊穿、電容器對外殼絕緣損壞、密封不良和漏油、鼓肚和內(nèi)部游離、鼓肚和內(nèi)部游離、帶電荷合閘或是溫度過高、通風(fēng)不良、運行電壓過高、諧波分量過大、操作過電壓等情況,都有可能引起電容器損壞爆炸。為預(yù)防電容器爆炸事故,正常情況下,可根據(jù)每組相電容器通過的電流量的大小,按1.5倍～2倍,配以快速熔斷器,若電容被擊穿,則快速熔斷器會熔化而切斷電源,保護電容器不會繼續(xù)產(chǎn)生熱量;在補償柜上每相安裝電流表,保證每相電流相差不超過±5%,若發(fā)現(xiàn)不平衡,立即退出運行,檢查電容器;監(jiān)視電容器的溫升情況;加強對電容器組的巡檢,避免出現(xiàn)電容器漏油、鼓肚現(xiàn)象,以防爆炸。
綜上所述,無功補償技術(shù)是提高電網(wǎng)供電能力、減少電壓損失和降低網(wǎng)損的一種有效措施。電力電容器具有無功補償原理簡單、安裝方便、投資小,有功損耗小,運行維護簡便、安全可靠等優(yōu)點。因此,在當前,隨著電力負荷的增加,要想提高電網(wǎng)系統(tǒng)的利用率,通過采用補償電容器進行合理的補償,是能夠提高供電質(zhì)量并取得明顯的經(jīng)濟效益的。