并联电容器装置设计方案要求及注意事项.ppt
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1、万洲电气技术部并联电容器装置设计方案要并联电容器装置设计方案要并联电容器装置设计方案要并联电容器装置设计方案要求及注意事项求及注意事项求及注意事项求及注意事项主讲人:欧阳主讲人:欧阳主讲人:欧阳主讲人:欧阳襄樊万洲电气集团有限公司襄樊万洲电气集团有限公司襄樊万洲电气集团有限公司襄樊万洲电气集团有限公司一、一、高压并联电容器补偿装置接入电网的高压并联电容器补偿装置接入电网的要求及容量确定要求及容量确定 1、容器安装容量可按变压器容量的1030%确定。2、电容器分组容量,应根据加大单组容量、减少组数的原则确定。3、当配电所中无高压负荷时,不得在高压侧装设并联电容器装置。高高压压并并联联电电容容器器
2、装装置置接接入入电电网网的的设设计计,应应按按全全面面规规划划、合合理理布布局局、分分级级补补偿、就地平衡的原则确定最优补偿容量和分布方式。偿、就地平衡的原则确定最优补偿容量和分布方式。变变电电所所里里的的电电容容器器安安装装容容量量,应应根根据据本本地地区区电电网网无无功功规规划划以以及及国国家家现现行行标标准准和和的的规规定定计计算算后后确确定定。当当不不具具备备设设计计计计算算条条件件时时,电电容容器器安安装装容容量量可可按按变变压压器器容容量量的的1030%1030%确定。确定。电容器分组容量,应根据加大单组容量、减少组数的原则确定。电容器分组容量,应根据加大单组容量、减少组数的原则确
3、定。设计高压并联电容器补偿装置时,应认真检测安装点处有关的谐波电压和设计高压并联电容器补偿装置时,应认真检测安装点处有关的谐波电压和电流。根据检测结果和电网参数进行核算,避免发生谐波电压的串联谐振和电流。根据检测结果和电网参数进行核算,避免发生谐波电压的串联谐振和谐波电流的并联谐振。并校核并联电容器组在各种组合下,都不发生谐波严谐波电流的并联谐振。并校核并联电容器组在各种组合下,都不发生谐波严重放大现象。重放大现象。谐振电容器容量,可按下式计算:谐振电容器容量,可按下式计算:Q=SQ=S(1/nk1/nk)式中式中Q-Q-发生发生n n次谐波谐振的电容容量(次谐波谐振的电容容量(MvarMva
4、r););S-S-并联电容器装置母线安装处的母线短路容量(并联电容器装置母线安装处的母线短路容量(MVAMVA););n -n -谐波次数,即谐波频率与电网基波频率之比;谐波次数,即谐波频率与电网基波频率之比;k -k -电抗率。电抗率。二、二、高压并联电容器装置电抗率配置原则,如何高压并联电容器装置电抗率配置原则,如何避免分组回路对谐波的放大以及如何抑制谐波避免分组回路对谐波的放大以及如何抑制谐波 总的配置原则:总的配置原则:当电容器装置接入当电容器装置接入电网处的背景谐波为电网处的背景谐波为5次及以上时,次及以上时,宜取宜取4.5-6%,当电容器装置接入电,当电容器装置接入电网处的背景谐波
5、为网处的背景谐波为3次及以上时,宜次及以上时,宜取取12%,也可以取,也可以取4.5-6%和和12%两种电抗率。两种电抗率。抑制电容器组对谐波的放大是设计电容器装置考虑的原则之一,抑制电容器组对谐波的放大是设计电容器装置考虑的原则之一,抑制电容器组对谐波的放大是设计电容器装置考虑的原则之一,抑制电容器组对谐波的放大是设计电容器装置考虑的原则之一,电容器分组回路是否会将谐波放大取决于电容器分组回路谐波阻抗电容器分组回路是否会将谐波放大取决于电容器分组回路谐波阻抗电容器分组回路是否会将谐波放大取决于电容器分组回路谐波阻抗电容器分组回路是否会将谐波放大取决于电容器分组回路谐波阻抗的大小及性质(感性或
6、容性)。的大小及性质(感性或容性)。的大小及性质(感性或容性)。的大小及性质(感性或容性)。(nXL-Xc/n)/nXs(nXL-Xc/n)/nXs XL-XL-串联电抗器工频阻抗串联电抗器工频阻抗 XC-XC-并联电容器工频阻抗并联电容器工频阻抗 n-n-谐波次数谐波次数 XS-XS-系统工频阻抗系统工频阻抗 a a、当当(nXL-Xc/n)0(nXL-Xc/n)0,对,对n n次谐波而言,电容器分组回路次谐波而言,电容器分组回路成感性。此时,电容器分组回路与系统回路是分流状态,成感性。此时,电容器分组回路与系统回路是分流状态,不会产生不会产生n n次谐波放大,一般选择串联电抗器的电抗率次谐
7、波放大,一般选择串联电抗器的电抗率(K=XL/XcK=XL/Xc)时要求考虑所需限制的)时要求考虑所需限制的 n n次谐波时满足次谐波时满足(nXL-Xc/n)0(nXL-Xc/n)0,当,当 n=5 n=5时,可以算出只要电抗率时,可以算出只要电抗率K4%K4%,就能满足电容分组回路呈感性;当,就能满足电容分组回路呈感性;当 n=3 n=3时,可以算出时,可以算出只要电抗率只要电抗率K11.1%K11.1%,就能满足电容分组回路呈感性;,就能满足电容分组回路呈感性;b b、当当(nXL-Xc/n)=0(nXL-Xc/n)=0,电容器分组回路呈,电容器分组回路呈n n次滤波状态,也就是次滤波状
8、态,也就是n n次谐波全部流过电容器分组回路,这种情况必须避免,因为并联次谐波全部流过电容器分组回路,这种情况必须避免,因为并联电容器一般没有按滤波电容器要求设计,大量的谐波电流流入会电容器一般没有按滤波电容器要求设计,大量的谐波电流流入会使电容器过热而损坏电容器装置,或使电容器装置无法投入运行。使电容器过热而损坏电容器装置,或使电容器装置无法投入运行。例如例如:(1 1)10KV10KV并联电容器装置,串联电抗率为并联电容器装置,串联电抗率为5%5%,每相电容器,每相电容器5 5并并1 1串,当每相各拆除串,当每相各拆除1 1台时,变台时,变成成4 4并并1 1串,此时串,此时XL/Xc=4
9、%XL/Xc=4%,电容器分组回路对,电容器分组回路对5 5次谐波呈谐振状态,因此,这种接线不可以减次谐波呈谐振状态,因此,这种接线不可以减1 1台运行。(台运行。(2 2)当电容器内部故障,如内熔丝熔断,或元件击穿,都可导致实际电抗率的变化,)当电容器内部故障,如内熔丝熔断,或元件击穿,都可导致实际电抗率的变化,严重者亦可以使电容器组进入某次谐波的谐振状态,因此,及时测量电容器,退出故障电容器是严重者亦可以使电容器组进入某次谐波的谐振状态,因此,及时测量电容器,退出故障电容器是十分必要的。十分必要的。C C、-2(nXL-Xc/n)/nXs 0-2(nXL-Xc/n)/nXs 0,该区间为电
10、容器分组回路放大,该区间为电容器分组回路放大 n n次次 谐波,越接近谐波,越接近-1-1,放大越严重。,放大越严重。d d、(nXL-Xc/n)/nXs=-1(nXL-Xc/n)/nXs=-1,说明电容器分组回路在,说明电容器分组回路在n n次谐波下呈次谐波下呈 容性容性,而且其容抗等于系统阻抗而且其容抗等于系统阻抗,将产生并联谐振。将产生并联谐振。发生串联谐振的谐波次数及对应电抗率发生串联谐振的谐波次数及对应电抗率发生串联谐振的谐波次数及对应电抗率发生串联谐振的谐波次数及对应电抗率 谐波次数谐波次数 3 5 7 9 11 13 3 5 7 9 11 13谐振电抗率(谐振电抗率(%)11.1
11、 4 2.04 1.23 0.826 0.59211.1 4 2.04 1.23 0.826 0.592 由上表可以看出,较低次谐波(如由上表可以看出,较低次谐波(如5 5次)串联电抗率的支路对较高次数谐波次)串联电抗率的支路对较高次数谐波(如(如7 7次及以上)均呈感性支路,不会产生谐波放大。反之,对更低次谐波(如次及以上)均呈感性支路,不会产生谐波放大。反之,对更低次谐波(如 3 3次)呈容性支路,会产生谐波放大,由此可以得出:次)呈容性支路,会产生谐波放大,由此可以得出:对不同电抗率(如对不同电抗率(如12%12%和和5%5%)混装的高压并联电容器装置,在)混装的高压并联电容器装置,在投
12、电容器装置时,应先投高电抗率组(如投电容器装置时,应先投高电抗率组(如12%12%),后投低电抗率组),后投低电抗率组(如(如5%5%)。切除电容器装置时,先切低电抗率的电容器组,)。切除电容器装置时,先切低电抗率的电容器组,后切后切 高电抗率的电容器组。如不按这个顺序,可能会产生较大低次谐波高电抗率的电容器组。如不按这个顺序,可能会产生较大低次谐波放大,危害电气设备,例如,先投放大,危害电气设备,例如,先投5%5%电抗率的电容器组可能会引起电抗率的电容器组可能会引起3 3次谐波放大。次谐波放大。在系统电压一定的条件下,电容补偿装置用不同电抗率的串在系统电压一定的条件下,电容补偿装置用不同电抗
13、率的串在系统电压一定的条件下,电容补偿装置用不同电抗率的串联电抗时,必须选择不同额定电压的电容器。原因是由于在串联联电抗时,必须选择不同额定电压的电容器。原因是由于在串联联电抗时,必须选择不同额定电压的电容器。原因是由于在串联电路中电抗器与电容器上的电压相位始终相差电路中电抗器与电容器上的电压相位始终相差电路中电抗器与电容器上的电压相位始终相差180180180度,串联电抗器度,串联电抗器度,串联电抗器的电抗率越高,电抗器上的电压就越高,电容器上的电压就越高。的电抗率越高,电抗器上的电压就越高,电容器上的电压就越高。的电抗率越高,电抗器上的电压就越高,电容器上的电压就越高。下表是在系统电压为下
14、表是在系统电压为下表是在系统电压为6KV6KV6KV和和和10KV10KV10KV时,电抗率与电容器额定时,电抗率与电容器额定时,电抗率与电容器额定 电压的关系电压的关系电压的关系:系统系统额定额定 电压电压电容器电容器额定电额定电压压每相每相电容电容器串器串联台联台数数 电抗器额定端电压电抗器额定端电压KV KV 0.1%0.1%0.3%0.3%0.5%0.5%1%1%4.5%4.5%5%5%6%6%12%12%13%13%KVKV6 6 6.3/6.3/3 3 1 10.00360.00360.0110.0110.0180.0180.0360.0366.6/6.6/331 10.1710.
15、1710.1910.1910.2290.2297.2/7.2/331 10.4990.4990.50.54 4101010.510.5/3/3 1 10.00160.00160.0180.0180.0300.0300.0610.06111/11/331 10.2860.2860.3180.3180.3810.38112/12/331 10.8310.8310.90.9 由于串联电抗器上电压与电容器上电压相位互差由于串联电抗器上电压与电容器上电压相位互差180180度,因此,度,因此,串联电抗器与电容器的容量互相补偿。也就是说,当串联电抗器电串联电抗器与电容器的容量互相补偿。也就是说,当串联电抗
16、器电抗率越高时,串联电抗器所占用电容器的容量就越大。例如:如系抗率越高时,串联电抗器所占用电容器的容量就越大。例如:如系统需补偿统需补偿6000Kvar6000Kvar的容量,电源系统有的容量,电源系统有3 3次谐波而配置次谐波而配置12%12%电抗率电抗率的串联电抗器时,可以粗略估算电容器容量需要的串联电抗器时,可以粗略估算电容器容量需要6720Kvar6720Kvar才能大致才能大致满足补偿容量要求。满足补偿容量要求。三、分组回路配置和主要部件的主要技术参数、性能、结构选型 高压并联电容器装置分组回路,视需求可装设下列配套设备:高压并联电容器装置分组回路,视需求可装设下列配套设备:a、隔离
17、接地开关、真空断路器或真空接触器;、隔离接地开关、真空断路器或真空接触器;b、单台电容器保护用喷逐式高压熔断器;、单台电容器保护用喷逐式高压熔断器;c、串联电抗器;、串联电抗器;d、并联电容器;、并联电容器;e、操作过电压保护用避雷器;、操作过电压保护用避雷器;f、放电器;、放电器;g、继电保护、控制、信号和电测量用一次及二次相关设备。、继电保护、控制、信号和电测量用一次及二次相关设备。1、并联电容器并联电容器1)电容器额定电压 电容器额定电压的选用与采用串联电抗器的电抗率的大小有关(参考表2);当然也与电网母线的运行电压等多种因素有关。单台电容器的额定容量2)单台电容器的额定容量 单台容量可
18、以在标准容量50、100、167、200及334kvar中选取。特殊容量可以定制,一般不推荐采用。3 3)电容器组相间容差)电容器组相间容差 电容器组相间电容偏差的要求比较严格。任两相最大与最小电容器组相间电容偏差的要求比较严格。任两相最大与最小电容之比不超过电容之比不超过1.021.02。这一点主要考虑采用开口三角不平衡电压。这一点主要考虑采用开口三角不平衡电压保护的要求。如果按保护的要求。如果按GB3983.2GB3983.2标准三相电容器组任两端子间电标准三相电容器组任两端子间电容之比不超过容之比不超过1.061.06,则相当于任两相相间电容之比为,则相当于任两相相间电容之比为1.121
19、.12。此时。此时开口三角输出的不平衡电压将达到约开口三角输出的不平衡电压将达到约12V12V。此时开口三角输出的此时开口三角输出的不平衡电压将达到约不平衡电压将达到约12V12V,显然在有些情况下(如要求整定电压,显然在有些情况下(如要求整定电压为为4V4V)保护无法整定。如满足不大于)保护无法整定。如满足不大于1.021.02的要求时,就可以整定。的要求时,就可以整定。当电容器组内部故障计算的开口三角输出不平衡电压更低时,可当电容器组内部故障计算的开口三角输出不平衡电压更低时,可以提出更严格的相间电容偏差要求,如不大于以提出更严格的相间电容偏差要求,如不大于1.011.01。4 4)稳态过
20、电流稳态过电流 稳态过电流稳态过电流1.3I1.3In n下连续运行,附加条件为稳态电压不超过下连续运行,附加条件为稳态电压不超过1.1U1.1Un n,对于电容正偏差的电容器,稳态过电流可以增加,增加,对于电容正偏差的电容器,稳态过电流可以增加,增加比例与正偏差比例相同,最大可达比例与正偏差比例相同,最大可达10%10%,除,除1.1I1.1In n为工频电流以外为工频电流以外的电流为高次谐波电流。的电流为高次谐波电流。5 5)稳态过电压稳态过电压 1.05U1.05Un n连续运行,连续运行,1.1U1.1Un n下长期运行。这里说明一点,长期运下长期运行。这里说明一点,长期运行是指每天行
21、是指每天24h24h中可以有一段时间在中可以有一段时间在1.1U1.1Un n下运行,例如下运行,例如8h8h。6)6)电容器元件额定电压电容器元件额定电压对于真空干燥浸油良好电容器而言,由于元件端部为不均对于真空干燥浸油良好电容器而言,由于元件端部为不均匀电场,所以局部放电首先发生在这里。显然,元件额定电匀电场,所以局部放电首先发生在这里。显然,元件额定电压的升高将使局部放电起始电压与元件额定电压之间的倍数压的升高将使局部放电起始电压与元件额定电压之间的倍数降低,不利于电容器的安全运行。对于降低,不利于电容器的安全运行。对于10kV10kV膜纸复合高压并膜纸复合高压并联电容器五串好些;全膜结
22、构宜用四串,尽可能不用三串结联电容器五串好些;全膜结构宜用四串,尽可能不用三串结构,提出电容器元件额定电压小于构,提出电容器元件额定电压小于2kV2kV的理由就在于此。目前的理由就在于此。目前运行中近年生产电容器损坏率较高,其中相当一部分是三串运行中近年生产电容器损坏率较高,其中相当一部分是三串结构的电容器。结构的电容器。7)7)外壳耐爆能量外壳耐爆能量 电容器外壳耐爆能量是设计并联电容器组并联台数的主要依电容器外壳耐爆能量是设计并联电容器组并联台数的主要依据。这也是电力行业标准所要求的。据。这也是电力行业标准所要求的。100kvar100kvar产品外壳耐爆能量不小于产品外壳耐爆能量不小于8
23、kJ8kJ;200200334kvar334kvar产品外壳耐爆能量不小于产品外壳耐爆能量不小于12kJ12kJ 8)8)带内熔丝的产品带内熔丝的产品并联电容器用内部熔丝是设置在电容器内部的有选择性的限流熔丝。这些内熔丝是并联电容器用内部熔丝是设置在电容器内部的有选择性的限流熔丝。这些内熔丝是用来断开故障的电容器元件或电容器单元,从而使该电容器单元的其余部分以及接用来断开故障的电容器元件或电容器单元,从而使该电容器单元的其余部分以及接有该电容器单元的电容器组继续运行。有该电容器单元的电容器组继续运行。内部熔丝动作是由电容器元件击穿引起的。通过元件熔丝动作将故障元件瞬时断内部熔丝动作是由电容器元
24、件击穿引起的。通过元件熔丝动作将故障元件瞬时断开,而不中断电容器的运行。外部并联电容器数量和电源系统可达到的短路电流不影开,而不中断电容器的运行。外部并联电容器数量和电源系统可达到的短路电流不影响内部熔丝的限流。应注意:内部熔丝对电容器内部连线之间的短路或带电部分与外响内部熔丝的限流。应注意:内部熔丝对电容器内部连线之间的短路或带电部分与外壳之间的短路不提供保护,这两者有可能导致外壳爆裂。壳之间的短路不提供保护,这两者有可能导致外壳爆裂。a a、全部元件并联连接的电容器、全部元件并联连接的电容器 在在一一个个元元件件击击穿穿后后,由由于于来来自自并并联联元元件件和和并并联联电电容容器器的的放放
25、电电电电流流以以及及来来自自电电源源的的工工频频电电 流流使使得得相相应应的的熔熔丝丝在在不不到到1ms1ms内内熔熔断断。而而电电容容器器可可在在相相应应降降低低了了的的容容量量下下继继续续运运行行。如如果果电电容容器器在在固固定定的的母母线线电电压压下下运运行行,则则在在剩剩余余的的完完好好元元件件上上的的运运行行电电压压不不发发生生变变化化。b b、元件串并联连接的电容器、元件串并联连接的电容器在一个元件击穿后,所有并联元件将其贮存的能量或其一部分释放到故障元件内。而在一个元件击穿后,所有并联元件将其贮存的能量或其一部分释放到故障元件内。而工工 频电流被串联连接的剩余的完好元件所限制。频
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