电力电容器课件

电力电容器 冀中工程技师学院 主讲人 刘玉华 1定义 电力电容器英文名称powercapacitor 用于电力系统和电工设备的电容器 任意两块金属导体 中间用绝缘介质隔开 即构成一个电容器 电容器电容的大小 由其几何尺寸和两极板间绝缘介质的特性来决定 当电容器在交流电压下使用时 常以其无功功率表示电容器的容量 单位为乏或千乏 第十四章电力电容器 2作用 并联电容器是一种无功补偿设备 并联在线路上 其主要作用是补偿系统的无功功率 提高功率因数 从而降低电能损耗 提高电压质量和设备利用率 串联电容器主要用于补偿电力系统的电抗 常见于高压系统 目录 第一节 电容器的分类及其结构 第二节 电容器的运行维护 第十四章电力电容器 掌握并联电力电容器的安装要求及安全运行 掌握电力电容器的检查与维修 按其安装方式可分为户内式和户外式两种 按其运行的额定电压可分为低压和高压两类 按其相数可分为单相和三相两种 除低压并联电容器外 其余均为单相 按其外壳材料可分为金属外壳 瓷绝缘外壳 胶木筒外壳等 按其用途又可分为以下8种 第一节 电容器的分类及其结构 并联电容器 原称移相电容器 主要用来补偿电力系统感性负荷的无功功率 以提高功率因数 改善电压质量 降低线路损耗 单相并联电容器的结构 主要由芯子 外壳和出线端等几部分组成 用金属箔 作为极板 与绝缘纸或塑料薄膜叠起来一起卷绕 由若干元件 绝缘件和紧固件经过压装而构成电容芯子 并浸渍绝缘油 电容极板的引线经串 并联后引至出线瓷套管下端的出线连接片 出线端由出线套管 出线连接片等元件构成 电容器的金属外壳用密封的钢板焊接而成 外壳上装有出线绝缘套管 吊攀和接地螺钉 外壳内充以绝缘介质油 串联电容器 串联于工频高压输 配电线路中 用以补偿线路的分布感抗 提高系统的静 动态稳定性 改善线路的电压质量 加长送电距离和增大输送能力 其基本结构与并联电容器相似 耦合电容器 主要用于高压电力线路的高频通信 测量 控制 保护以及在抽取电能的装置中作部件用 断路器电容器 原称均压电容器 主要用于并联在超高压断路器的断口上起均压作用 使各断口间的电压在分断过程中和断开时均匀 并可改善断路器的灭弧特性 提高分断能力 电热电容器 用于频率为40 24000赫兹的电热设备系统中 以提高功率因数 改善回路的电压或频率等特性 脉冲电容器 主要起贮能作用 在较长的时间内由功率不大的电源充电 然后在很短的时间内进行振荡或不振荡地放电 可得到很大的冲击功率 直流和滤波电容器 用于高压直流装置和高压整流滤波装置中 交流滤波电容器可用以滤去工频电流中的高次谐波分量 标准电容器 用于工频高压测量介质损耗回路中 作为标准电容或用作测量高电压的电容分压装置 电力电容器的基本结构 基本结构 电容元件 浸渍剂 紧固件 引线 外壳和套管 高压并联电容器外观图 一 结构和型号 额定电压在lkV以下的称为低压电容器 lkV以上的称为高压电容器 lkV以下的电容器都做成三相 三角形连接线 内部元件并联 每个并联元件都有单独的熔丝 高压电容器一般都做成单相 内部元件并联 外壳用密封钢板焊接而成 芯子由电容元件串并联组成 电容元件用铝箔作电极 用复合绝缘薄膜绝缘 电容器内衣绝缘油 矿物油或十二烷基苯等 作浸渍介质 BFM系列高压电力电容器外观图 BCMJ 1 14 3 3自愈式低压并联电容器 三相 外观图 结构和型号 额定电压用kV表示 高压的多为10 5kV 6 3kV 35kV等 低压的为 0 23kV 0 4kV 0 525kV等 1 电容元件 用一定厚度和层数的固体介质与铝箔电极卷制而成 若干个电容元件并联和串联起来 组成电容器芯子 电容元件用铝箔作电极 用复合绝缘薄膜绝缘 电容器内部绝缘油作浸渍介质 在电压为10kV及以下的高压电容器内 每个电容元件上都串有一熔丝 作为电容器的内部短路保护 当某个元件击穿时 其他完好元件即对其放电 使熔丝在毫秒级的时间内迅速熔断 切除故障元件 从而使电容器能继续正常工作 高压并联电容器内部电气连接示意图R 放电电阻 F 熔丝 C 元件电容 2 浸渍剂 电容器芯子一般放于浸渍剂中 以提高电容元件的介质耐压强度 改善局部放电特性和散热条件 浸渍剂一般有矿物油 氯化联苯 SF6气体等 3 外壳 套管 外壳一般采用薄钢板焊接而成 表面涂阻燃漆 壳盖上焊有出线套管 箱壁侧面焊有吊攀 接地螺栓等 大容量集合式电容器的箱盖上还装有油枕或金属膨胀器及压力释放阀 箱壁侧面装有片状散热器 压力式温控装置等 接线端子从出线瓷套管中引出 目前在我国低压系统中采用自愈式电容器 特点 具有优良的自愈性能 介质损耗小 温升低 寿命长 体积小 重量轻 结构 采用聚丙烯薄膜作为固体介质 表面蒸镀了一层很薄的金属作为导电电极 当作为介质的聚丙烯薄膜被击穿时 击穿电流将穿过击穿点 低压自愈式电容器结构1 心轴 2 喷合金层 3 金属化层 4 薄膜 二 无功补偿的基本原理 无论是工业负荷还是民用负荷 大多数均为感性 所有电感负载均需要补偿大量的无功功率 提供这些无功功率有两条途径 一是输电系统提供 二是补偿电容器提供 如果由输电系统提供 则设计输电系统时 既要考虑有功功率 也要考虑无功功率 由输电系统传输无功功率 将造成输电线路及变压器损耗的增加 降低系统的经济效益 而由补偿电容器就地提供无功功率 就可以避免由输电系统传输无功功率 从而降低无功损耗 提高系统的传输功率 这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题 且正在受到越来越多的关注 补偿原理 无功功率是一种既不能作有功 但又会在电网中引起损耗 而且又是不能缺少的一种功率 在实际电力系统中 异步电动机作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流 电力电子装置大多数功率因数都很低 导致电网中出现大量的无功电流 无功电流产生无功功率 给电网带来额外负担且影响供电质量 因此 无功功率补偿 以下简称无功补偿 就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一 这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题 且正在受到越来越多的关注 补偿原理 实际做功的有功电流为 IR 补偿前感性电流为 IL0 线路总电流为 I0 并联电容器后 容性电流为 Ic 补偿后线路感性电流减为 IL 补偿后线路总电流为 I 如要将功率因数从cos 1提高到cos 2 需要的电容电流为 Ic IL0 IL IR tg 1 tg 2 即 Q P tg 1 tg 2 三 补偿容量计算与查找 1 计算 Q P tg 1 tg 2 关于功率因数公式见P 1742 查表 P 357 会查补偿容量 第二节电容器的运行维护 1 温度的监视 无厂家规定时 电容器的温度一般应为 40 40 在电容器外壳粘贴示温蜡片 运行中电容器温度异常升高的原因 A 运行电压过高 介损大 B 谐波的影响 容抗小电流大 C 合闸涌流 频繁投切 D 散热条件恶化 1 电容器相关参数的监控 2 电压的监视 应在额定电压下运行 亦允许在1 05倍额定电压运行 在1 1倍额定电压运行不超过4小时 3 电流的监视 应在额定电流下运行 亦允许在1 3倍额定电流下运行 电容器组三相电流的差别不应超过 5 1 电容器相关参数的监控 2 电容器的安装 1 补偿电容器的搬运 若将电容器搬运到较远的地方 应装箱后再运 装箱时电容器的套管应向上直立放置 电容器之间及电容器与木箱之间应垫松软物 搬运电容器时 应用外壳两侧壁上所焊的吊环 严禁用双手抓电容器的套管搬运 在仓库及安装现场 不允许将一台电容器置于另一台电容器的外壳上 2 电容器的安装 2 安装补偿电容器的环境要求 电容器应安装在无腐蚀性气体及无蒸汽 没有剧烈震动 冲击 爆炸 易燃等危险场所 电容器室的防火等级不低于二级 装于户外的电容器应防止日光直接照射 电容器室的环境温度应满足制造厂家规定的要求一般规定为40 电容器室装设通风机时 进风口要开向本地区夏季的主要风向 出风口应安装在电容器组的上端 进 排风机宜在对角线位置安装 电容器室可采用天然采光 也可用人工照明 不需要装设采暖装置 高压电容器室的门应向外开 2 电容器的安装 3 安装补偿电容器的技术要求 为了节省安装面积 高压电容器可以分层安装于铁架上 但垂直放置层数应不多于三层 层与层之间不得装设水平层间隔板 以保证散热良好 上 中 下三层电容器的安装位置要一致 铭牌向外 安装高压电容器的铁架成一排或两排布置 排与排之间应留有巡视检查的走道 走道宽度应不小于1 5m 高压电容器组的铁架必须设置铁丝网遮栏 遮栏的网孔以3 4cm2为宜 2 电容器的安装 高压电容器外壳之间的距离 一般应不小于lOcm 低压电容器外壳之间的距离应不小于50mm 高压电容器室内 上下层之间的净距不应小于0 2m 下层电容器底部与地面的距离应不小于0 3m 每台电容器与母线相连的接线应采用单独的软线 不要采用硬母线连接的方式 以免安装或运行过程中对瓷套管产生应力造成漏油或损坏 安装时 电气回路和接地部分的接触面要良好 因为电容器回路中的任何不良接触 均可能产生高频振荡电弧 造成电容器的工作电场强度增高和发热损坏 3 电容器的接线 三相电容器内部多为三角形接线 为获得良好的补偿效果 在电容器连接时 应将电容器分成若干组后再分别接到电容器母线上 每组电容器应能分别控制 保护和放电 电容器的接线方式 补偿方式 分为低压分散 或就地 补偿 低压集中补偿 高压补偿几种 右图为低压分散 或就地 补偿接线图 图中的电动机同时又是电容器的放电装置 3 电容器的接线 1 正常情况下 全站停电操作 应先拉开电容器短路器 后拉各出线断路器 恢复送电时 顺序相反 2 事故情况下 全站停电后 必须将电容器的断路器拉开 3 并联电容器组断路器跳闸后 不准强送 熔丝熔断后 未查明原因前 不准更换熔丝送电 4 并联电容器组 禁止带电荷合闸 再次合闸时 必须在分闸3min后进行5 装有并联电阻的断路器不准使用手动操作机构进行合闸 4 操作电容器时的注意事项 5 电容器的安全运行 电容器应在额定电压下运行 如暂时不可能 可允许在超过额定电压5 的范围内运行 当超过额定电压1 1倍时 只允许短期运行 但长时间出现过电压情况时 应设法消除 电容器应维持在三相平衡的额定电流下进行工作 如暂不可能 不允许在超过1 3倍额定电流下长期工作 以确保电容器的使用寿命 装置电容器组地点的环境温度不得超过 40 24h内平均温度不得超过 30 一年内平均温度不得超过 20 电容器外壳温度不宜60 超过如发现超过上述要求时 应采用人工冷却 必要时将电容器组与网路断开 6 电容器的保护 电力电容器的保护分为短路保护 过载保护 过压保护 考点见书P364 365 1 配备完善的保护装置 容量在100kvr以下时 可用跌落式保险保护 100kvr 300kvr时 用采用负荷开关 300kvr以上时 用采用断路器保护 过流保护起动电流 2IN 每台装设管形熔断器 2 用合适的避雷器来进行大气过电压保护 3 应装放电装置 高压用电压互感器 低压用自放电电阻或白炽灯 要求高压在5分钟 低压在1分钟内将电容器电压降到65V以下 6 电容器的保护 3 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 2倍电容器的额定电流为宜 4 电容器不允许装设自动重合闸装置 主要是因电容器放电需要一定时间 当电容器组的开关跳闸后 如果马上重合闸 电容器是来不及放电的 在电容器中就可能残存着与重合闸电压极性相反的电荷 这将使合闸瞬间产生很大的冲击电流 从而造成电容器外壳膨胀 喷油甚至爆炸 7 电容器日常巡视检查的主要项目 A 监视运行电压 电流 温度 B 外壳有无膨胀 渗漏油 附属设备是否完好 C 内部有无异音 D 熔丝是否熔断 放电装置是否良好 防电指示灯是否熄灭 E 各处接点有无发热及小火花放电 F 套管是否清洁完整 有无裂纹 闪络现象 G 引线连接处有无松动 脱落或断线 母线各处有无烧伤 过热现象 H 室内通风 外壳接地线是否良好 I 电容器组继电保护运行情况 8 电容器的投入和退出 当功率因数低于0 85 电压偏低时应投入 当功率因数趋近于1且有超前趋势 电压偏高时应退出 发生下列故障之一时 应紧急退出 连接点严重过热甚至熔化 瓷套管闪络放电 外壳膨胀变形 电容器组或放电装置声音异常 电容器冒烟 起火或爆炸 详见P361 8 电容器的投入和退出 注意事项 1 电力电容器组在接通前应用兆欧表检查放电网络 2 接通和断开电容器组时 必须考虑以下几点 当汇流排 母线 上的电压超过1 1倍额定电压最大允许值时 禁止将电容器组接入电网 在电容器组自电网断开后1min内不得重新接入 但自动重复接入情况除外 在接通和断开电容器组时 要选用不能产生危险过电压的断路器 并且断路器的额定电流不应低于1 3倍电容器组的额定电流 电容器室的温度超过正负40摄氏度范围时 9 电容器运行中的故障处理 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 2 电容器的断路器跳闸 而熔丝未熔断 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电压波动所致 可以试投 否则应进一