电力电容器的原理及实际应用.pdf

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1、电电力力电电容容器器的的原原理理及及实实际际应应用用公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-电容器与无功补偿一、电容器的原理1概念顾名思义，电容器是“装电的容器”，是一种容纳电荷的器件，英文名称：capacitor。电容器通常简称为电容，用字母 C 标示。2单位电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值，叫做电容器的电容，用 C 表示。C=式中，电荷量 Q 是用于度量电荷多少的物理量，简称电量，单位为库仑，简称库，符号为 C。库仑的定义是，若导线中载有 1 安培的稳恒电流，则在 1 秒内通过导线横截面积的电量为 1 库仑。电压 U 的单位

2、为伏特，简称伏，符号为 V。电容器的单位在数值上等于两极板间的电势差为 1V 时电容器需带的电荷量。电容的物理意义是，表征电容器容纳（储存）电荷本领的物理量。在国际单位制中电容的单位是法拉（F），这是一个非常大的物理量，我们在电力系统中常用的低压并联电容器，电容一般不到一法千分之一。所以，常用单位还有微法（F）和皮法（pF）。1F=10 F=10 pF。对于一个确定的电容器而言，电容是不变的，C 与无关。3构造Q、U612拉的任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘介质，就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。（见图 1）4电容器的大小平

3、行板电容器的电容 C 跟介电常数成正比，跟正对面积 S 正比，跟极板间的距离 d 成反比：图 1 平行板电容C=4式中，k 为静电力常量，其值为109Nm2/C2。静电力常量表示真空中两个电荷量均为 1C 的点电荷，它们相距 1m 时，它们之间作用力的大小为109N。r为两平行板之间的绝缘介质的相对介电常数，其值为绝缘介质的介电常数和真空介电常数的比值。S 为两平行板相对部分的面积，单位为 m2，d 为两平行板之间的距离，单位为 m。图 2 相对介电常数r5电容器的工作状态（1）充电：使电容器带电的过程，叫做充电，见图 3。（2）放电：使电容器两极板上的电荷中和的过程，叫做放电，见图 4。充电

4、过程的实质是其它形式的能量转化为电场能的过程（图 3 中用电池给电容器充电，是化学能转化为电场能），放电过程的实质是电场能转化为其它形式的能（图 4 中电场能转化为连接两个极板间的导线的热能）。所以，电容器是一种储存电场能的装置。图 3 电容器充电图 4 电容器放电6电容器的相关公式（1）纯电容电路=2=2=2=2=0=()=sin?(90)()式中，-容抗，；C-电容，F；-电容两端电压，V；11-电容上无功功率，W。图 5 纯电容电路（2）电阻电感电容串联电路=2+()2=22+()=,=,=2=2+()=()=2+()2=()=sin?()()当时，系统为感性电路，当，系统为容性电路。图

5、 6 混合电路（3）电阻电感串联后与电容并联电路1=2=1+2()2=(11)2+(11)2=21有+1无=11=11=1无1有11=11(11)2+(1式中，1有-电阻电感支路的有功分流，A；量电1无-电阻电感支路的无功分量流，A；电1-未并电容前电阻电感电路的功率因数；-并电容后功率因数。二、电容器的作用电容器的作用有移相、耦合、降压、滤波等多种功能，这里我们主要讨论电力电容器在电力系统中所发挥的作用。图 7 阻串感并电容电路电力电容器分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的重要设备。（1）串联电容器的作用a提高线路末端电压。串联在线路

6、中的电容器，利用其容抗补偿线路的感抗，使线路的电压降落减小，从而提高线路末端的电压，一般最大可将线路末端电压提高 10%20%。具体计算公式可参照电容器相关公式中的电阻电感电容串联电路。b降低受电端电压波动。当受电端接有很大的冲击负荷（如电弧炉、电焊机、电气轨道等）时，串联电容能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷的变化而瞬时调节的性能，能自动维持负荷端的电压值。可以简单这么理解，由于电容器串联在线路中，当冲击负荷接入时，线路阻抗急剧减小，受电端电压降低，此时电容器的工作状态为放电，使受电端的电压变化减小。c提高线路输电能力

7、。线路串入了电容器的补偿容抗，线路的电压降落和功率损耗减小，相应提高了线路的输送容量。d改善了系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。e提高系统的稳定性。线路串入电容器后，提高了当线路故障被部分切除时（如双回路切除一回，单回路单相接地切除一相），系统等效电抗急剧增加，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗，使系统总的等效电抗减小，提高了输送的极限功率，从而提高系统的动稳定。（2）并联电容器的作用并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率

8、，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，提高系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减小了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。（3）串联电容器与并联电容器分别用在什么情况一般来说，串联电抗器用于较高电压等级的输电线路中，用于提高线路末端电压，提高线路输电能力；并联电容器应用较为广泛，在 10kV 及以下电压等级的供电系统中，几乎所有的无功补偿装置均使用并联电容器补偿。这是由以下几个原因决定的：a串联电容器可提高线路末端电压（具体计算公式见电阻电感电容串联电路），适宜用在远距离大容量的输电线路中，这种线路

9、一般电压等级较高。b串接于输电线路之中的电容器与并联在负荷端的电容器都可以增加输电线路负载容量的能力，但原理不同。串联电容器的是抵消输电线路的电抗，从而减小输电线路的阻增大线路的输电电流，达到提高输电功率的目并联电容器的作用是吸收系统的容性无功功率，输电线路上的电流，增加线路带负荷的能力。c变压器低压侧一般采用并联电容器补偿，这是由于如果采用串联补偿，电容电流很大，而且串联补偿装置较复杂（如右图）。如果采用并联电容，则电容所受电流较小，结构较简单。并且，串联电容器主要起的作用为“电压补偿”，即提高受电端电压的作用，并联电容器主要起的作用是“电流补偿”，即抵消线路中的无功电流，提高系统功率因数。

10、由此分析，变压器低压侧也应采用并联电容补偿。图 8 串补装置接线图d并联电容器串联电抗器可以定向减小线路中的高次谐波，这是串联联电容器所不容易实现的功能。三、并联电容器的应用作用抗，的；减小由于串联电容器的应用较少，一般仅限于 330kV 以上的输电线路中，所以在此不做详细分析，我们主要讨论应用较为广泛的并联电容器。a型号型号举例见右图。第一个字母 B 表示并联电容器列；第二个字母 A（或 W、B、F、S、Z、K）表示浸渍剂为苄基甲苯（或烷基苯、异丙基联苯、二芳基乙烷、石蜡、菜籽油、硅油），其中苄基甲苯适应寒冷低温地区；第三个字母 M（或 F、MJ）表示固体图 9 电容器型号介质为全膜介质（或

11、膜纸复合介质、金属化有机薄膜）；第一个特征数字为额定电压，kV；第二个特征数字为额定容量，kvar；第三个特征数字为相数，1 或 3；尾注号 W（或 G、TH、H）表示户外使用环境（或高原地区使用、湿热地区使用、污秽地区使用），无尾注号的为户内使用。下表为常见的低压电容器性能比较：型号介质油式，介质为菜籽油或色拉油特点电容的发展初期采用的一种产品，由于油式电容在使用过程中受热膨胀，会使电容的外壳变形，从密封处渗出，对环境污染较大，严重时造成短路引起其他元件的损毁油式向干式过渡的一种产品，在电容过热时，介质会液化，市场应用部分厂家维修需要，市场还有少量需求，不建议使用目前市场应用较价格系BZMJ

12、适中BSMJ相对干式，介质为一种工业适中蜡（微晶蜡）干式，介质为硅油BKMJ如有渗漏对环境有一定污染经过热定型成为固态，电容过热不会有液态流出，起到环保作用。国家定为国际型电容属通用型电容器表 1 常见的低压电容器多，推荐使用目前市场应用较多，性价比好，推荐使用稍高b结构图 10 为典型单相电容器的内部结构图。图中 1 为出线套管，2 为出线连接片，3 为连接片，4 为扁形元件，5 为固定板，6 为绝缘件，7 为包封件，8 为连接为10夹紧为板，9箍，外壳。其中扁形元件为电容器的基本组成单元，电容器由多个电容元件经过并联、串联而成。高压电容器内部还含有放电电阻和熔丝（如图 11）。图 10单相

13、电容器图 11电容器内部电气连接示意图目前我国低压系统中采用自愈式电容器，优点是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。自愈式电容器的特点是具有自愈性能。当介质击穿时，短路电流会使击穿部位周围的金属膜融化蒸发，从而恢复绝缘，因此具有较高的运行可靠性。c在低压电容补偿柜中的应用(1)单位换算并联电容器是低压电容补偿柜中的核心部件，对提高系统的功率因数起着决定性的作用。为了方便电容器的选用，电容器的单位一般为 kvar，kvar 和电容器的基本单位 F 之间的关系可以这样换算：对于一个的三项补偿角接电容器而言，其内部电气连接图如下图：该三相电容器的补偿容量 30kvar，额

14、定电流，所以额定线电流为：线=3=300.43=43.3A，因为是角接，所以相电流为相=线=25A，由公式=3=2可图 11 三相电容器得每相电容容量为=2=25/400?2?50=1.99 104F=199F在电容器的铭牌上，额定电容值为三单相电容之和，所以额定电容为 1993=597F。从以上的计算可以看出，电容器补偿容量越大，电容值越大，对于三相共补电容器，角形连接，1kar 补偿容量对应的三相电容值为F。(2)星接与角接的区别补偿电容器的接线方式有星接和角接两种（如图 13 所示），这两种接法各有什么优缺点呢图 12 电容器铭牌首先我们进行理论计算，假定同为补偿 30kvar 的容量，

15、按照我们之前的计算，角形连接的电容器每相电容额定电压为 400V，额定容量为 199F；在星形连接的情况下，相=线=3个=300.43=43.3A相=则每相电容容量 C 为：线=400=23133=2=43.3/231?2?50=5.97 104F=597F图 13 电容器的星形接法和角形接法表 2 是电容器星形接法和角形接法的参数对比。电容器接线方式角形连接星形连接假定补偿容量(kvar)3030电容器额定电流(A)25电容器额定电压(V)400231电容器额定容量(F)199597表 2 电容器星形接法和角形接法的参数对比注：电容器的额定电流、额定电压以及额定容量均指连接成星接或角接的单相

16、电注：电容器的额定电流、额定电压以及额定容量均指连接成星接或角接的单相电容器的额定值。容器的额定值。我们再来看成本的对比，低压电容器我们一般采用金属膜自愈式电容器，这种电容器的单价与容量成正比，这点容易理解，但是我要说在额定容量相同的前提下，额定电压 230V 的电容器比额定电压 400V 的电容器贵了不少，可能许多人就疑惑了，这是为什么呢从图 14 可以看出，自愈式电容器主要由金属化层以及中间的薄膜组成，金属化层作为导体，薄膜作为绝缘介质。由电容器公式C=4可以看出，电容值与导体面积成正比，与导体之间的距离（薄膜厚度）成反比。以 400V 的电容器为例，用厚 8m 金属化膜时，工作场强为 5

17、0MVm，如用厚7m 的金属化膜，工作场强为 5714M Vm，而 230V 的电容器，如维持与上述的工作场强相近时，则必须选用更薄的金属化膜，但 45m 薄膜的价格要比78m 薄膜贵得多，故对 230V 电容器一般是采取降低工作场强的设计，按照国1-芯轴，2-喷合金层，3-金属化层，4-薄膜内的通常价格，同容量的 230V 电容器的价格图 14低压自愈式电容器结构为 400V 电容器的 2 倍以上。最后，从安全角度考虑，当电容器组发生击穿短路时，星形（中性点不接地）接线的故障电流仅为其额定电流（相电流）的 3 倍，而如果是三角形接线，其故障电流则为二相短路电流，因而星形接线对电容器运行来说比

18、较安全。综合以上原因，一般高压补偿电容器多采用星形接法，这主要是从安全角度的考虑，低压补偿电容器多采用角形接法，主要是从成本方面的考虑。(3)共补与分补传统的低压补偿都是采用三相共补式，根据控制器统一取样，各相投入相补偿容量，这种补偿方式适用于三相负本平衡、各相负载的相近的情三相分补方式就是各相分别取样，各相投入不同的补偿容量，适用于各相负载较大，也有较大差别的情况。相共补的不同特点是：电容器接法为的方同的载基况；分别差别与三星接，单台电容器的额定电压为 230V；控制器分相进行工作，互不影响。三相分补的成本高于三相共补，一般要高 20%30%。从经济的角度出发，也可以采用混合补偿的方案，即三

19、相共补与三相分补相结合的接线方案。例如某厂家 接电容器组的单台电容器分别为 400V，10、15、20、30kvar。Y 接电容器组的单台电容器分别为：230V，3、4、5、6、8、10kvar。这种接线方式的补偿装置，运行方式机动灵活，其成套价格低于三相分补的接线方案。也有的厂家对 Y 接的电容器组仍采用 400V 的电容器，其单台铭牌容量图 15 共补与分补与 接电容器组选用相同的电容器，而 Y 接部分的电容器实际输出的容量只有铭牌的 13。这样做的目的是由于 400V 的产品比较便宜，即使实际容量较名牌值小，但由于工作场强低，寿命较长，且整个装置只用一个规格的电容器，互换性强。(4)并联

20、电容器的投切开关交流接触器70 年代广泛应用的 PGJ 补偿柜，都是交流接触器作为并联电容器的投切开关，迄有沿用。其优点是线路简单，成本较低，但有以下缺点：a.投入电容时产生倍数较高的流，容易在接触器的触点处产生火花，烧损头；b.切断电容时，容易粘住触头，造成拉开；c.涌流过大对电容器本身有害，会影响采用今仍是也涌触不使用寿命。一般采用的措施是：a.适当选择额定容量较大的接触器，如用额定电流40A 的接触器投切 15kvar 的三相电容器（IC217A）；b.采用专用的接触器，其型号有 CJ16、CJ19、CJ20C、B25CB75C、CJ41 等系列；c.每台电容器加装串联小电抗器，用以抑制

21、涌流。在这里说一下电容器投切专用接触器与普通接触器有什么区别。电容器专用接触器在主触点（控制电容器的电路）吸合前，首先通过接通一组辅助触点，在辅助触点上接入一电阻，对电容进行小电流充电，大约数毫秒之后主触头接通，辅助触头中永久磁铁在弹簧反作图 16 CJ19 接触器用下释放，断开切合电阻，使电容器正常工作。图 16 中顶端的触点即为辅助触点，辅助触点引出的线绕成电话线的形式，起到了电抗的作用，可以进一步降低涌流。下表为国内某主要品牌的接触器主要参数性能：图 17 CJ19 接触器主要参数性能双向晶闸管开关电路采用双向晶闸管的无触点开关电路（又称固态继电器）取代交流接触器用于投切电容器的接线如图

22、 16 所示。其优点是过零触发，无拉弧，动作时间短，可大幅度地限制电容器合闸涌流，特别适合于繁投切的场合。但也存在以下缺点：a.采用双向晶闸管制造成本高，晶闸管开关电路的补偿柜价格要比采用接触器的补偿柜贵 7080左右；b.晶闸管开关电路运行时有较大的压降，运行中的电能损耗和发热问题不可忽视。以 BZMJ04153 并联电容器为例，其额定电流为 217A，如晶闸管开关的电压降为 1V 时，3 个晶闸管开关电路运行时，损耗的功率为：P31217651W，如补偿柜的无功功率为 90kvar，则全部投入时，晶闸管的功率损耗为 65163906W，以每天平均 10h 计，日耗电量达 3906kWh。年

23、耗量约为 1426kWh，有功消耗的发热量还会增加整个补偿装置的温升，而需采用相应的散热降温的措施，如采用接触器则基本上不消耗有功；c.晶闸管电路的本身也是谐波源，大量的应用对低压电网的波形不利。因此，除了对晶闸管开关电路加以改进外，还应使之在完成开合闸操作后退出，仍由与之并联的接触器维持电容器的正常运行。等电压投零电流切的无触点开关电路等电压投零电流切的新型无触点开关电路的图 18 所示，图中 J 为交流接触器的触点。其运行序说明如下：当投入电容器时，先由微电脑控制接线如操作顺器发出信号给开关电路，使之在等电压时投入电容器，微电脑的控制器紧接着又发信号给接触器，使其触点也闭合，将晶闸管开关电

24、路短路，由于接触器 J 闭合后的接触电阻远小于开关电路导通时的电阻，达到了节能和延长开关电路使用寿命的目的。当需要切除电容器时控图 18 新型开关电路制器先发信号给接触器，使接触器触点 J 断开，此时开关电路处于导通状态，并由开关电路在电流过零时，将电容器切除。本方案的优点是：运行功耗低、涌流小、谐波影响小，制造成本低，开关电路和接触器的使用寿命长。(5)并联电容器的控制器电容补偿控制器的检测量主要有、无功功率 Q 和无功电流三种，传统的方式多选用以为检测量的控制器，通过检测功率因数的大小控制接触器通断来投切电容器。这种方式的主要缺点是：轻载时容易产生投切震荡，重载时不易达到充分补偿，故新型的

25、控制器已不再选用以 cos 为检测量。检测量为 Q 的控制器，其工作原理是将电压和电流的信号送入霍尔元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以测出 QUIsin，由于检测量和控制目标都是同一物理量，技术上是合理的，但检测难度要大些。检测量为的控制器，利用了相电压 u 由正到负过零的瞬间，恰好就是 A 相无功电流最大值max的原理，用相电压 u 负过零信号控制，采用开关和简单的保持电路，以完成对实时检测。这种方案的优点是：检测方法简单，不会发生震荡，补偿效果与电网电压的波动无关。关于投切震荡，现举例说明如下：某用户的变压器容量为 315kVA，补偿总容量为 100kvar，用 20kvar 的电容

26、共 5 只，控制器采用市面上常用的 JKG 型控制器，此控制器的控制物理量是功率因数，目标功率因数投入门限是滞后，切除门限是滞后，在某时刻发现系统功率因数为滞后，视在功率为，感性无功功率为10kvar，根据 JKG 型控制器控制原理系统功率因数低于目标功率因数时控制器必须投入电容器组，当电容器组投入后由于多补偿了 10kvar 的容性无功功率，使得补偿后的功率因数为超前，所以控制器又需切除刚投入的电容器组，这样就不停地来回重复动作，专业术语叫投切振荡。其弊端有两点：一是频繁而无意义的投切动作大大缩短了电容器组合交流接触器的使用寿命，第二电力系统虽然安装了补偿装置却达不到预期的补偿效果。要解决这

27、个问题我认为需要做到以下三点：一是控制的物理量不能取功率因数，应取无功功率或无功电流，二是所有电容器组不能取等容量，应进行大小搭配，三是控制器应具有自动“挑选”合适电容器容量的能力。(6)电容柜内其他元器件隔离开关或断路器：作为低压电容柜主电路上的开关，一般选隔离开关，最好选刀熔开关，这样比较经济实惠，有的用户倾向于选用断路器，这样也没有问题，但是价格要高出刀熔开关不少。在开关额定电流的选择上，一般取线路额定电流的倍。熔断器或微型断路器熔断器或微型断路器串接在单个电容器的相线中，作为过流保护元件。在这两个元件的原则上，个人认为选择熔断器较好一点，理由有以下两个：一是熔断器承载短时冲击的能力要比

28、同规格的断路器优秀的多，考虑电容器的涌流冲击，尽管有电抗或抑制涌流电阻，但断路器存在瞬动，容易引起误动作；二是断路器的分断能力较小，远远达不到要求。有的厂家倾向于使用微型断路器的原因是熔断器熔丝断了用户不知道就给厂家打电话要求维修，而用微断跳闸后用户容易发现，减小维修量，在成本上，两种元件相差不大。GB50227-2008 规定，用于单台电容器保护的外熔断器的熔丝熔断电流，应按电容器额定电流的倍选择。热继电器关于热继电器的使用一直存在争论，现在已经越来越多的厂家选择了不加热继电器。电容器在正常运行时没有过电流，而且热继电器对涌流无作用，热继电器的作用是当谐波电流很大时，对电容器起到保护作用，但

29、是这种情况出现的机率很小。这因为电路中谐波含量不会特别高，即使出现这种情况，也应该用电抗器来限值谐波电流，而不是采用热继电器这种治标不治本的方法。也就是说，在实际运行过程中，热继电器起不了很大的作用，而且给整台电容柜多增加了一个故障点。根据多个厂家在取消热继电器后多年的运行经验，实际运行情况还是比较稳定的。基于以上原因，个人认为热继电器可以取消，如果要加的话，建议按照电容器额定电流的倍来选取热继电器。避雷器由于投切操作、并联谐振等原因，电容器两端可能出现过电压，常用避雷器限制该过电压。GB50227 规定，避雷器用于限制并联电容器装置操作过电压保护时，应选用无间隙金属氧化物避雷器，常见的型号为

30、。电抗器电容器是提高功率因数的，带串联电抗器的电容器组目前广泛应用，其目的之一是减少电容器组的合闸涌流，另一个目的是将电容器组作为滤波器来治理谐波。目的不同，所串联电抗器的电抗率也是不同的。前者电抗率一般为%1%，由制造厂选配，后者电抗率应根据背景谐波的不同，选择合适的电抗率。所谓电抗率 K，就是所串联电抗器的感抗(L)和电容器容抗(1/C)的百分比，即 K=2LC，此处=2f，f 即基波频率 50Hz。对某次频率，如 n 次，感抗是nL，或称n，容抗是1/nC或称/。如果略去很多分支回路，某次谐波从谐波源出发，面临 2 个并联回路，其中一个回路是电网系统，另一个回路是串联电抗器的电容器组。如

31、下图所示(假设系统基波电抗是)：图 19 并联电容器串联电抗器系统谐波电抗为，串联组谐波电抗是n-/=(1/)。设谐波源流出的 n 次谐波电流为，=+，为流入系统的 n 次谐波电流，为流入电容器组的 n 次谐波电流。可分别得出：=1()+=1()+作为滤波器，当然希望谐波电流全部流入电容器组，即希望1/()1=0，即=1/2。对 3 次谐波，=11%，对于 5 次谐波，=4%，对于 7次谐波，=2%。但若果真如此，这种现象就叫串联谐振，谐波电流大量流入将威胁电容器组，造成电容器大量损坏，因此 K 应靠近，又要躲开 11%，4%，2%。根据 GB50227-2008并联电容器装置设计规范推荐，抑

32、制 3 次谐波的串联电抗器电抗率为 12%，抑制 5 次谐波的电抗率宜取%5%。按照这样的电抗率组成的电容器组，一方面能吸收部分系统内的谐波电流，一方面又不致引起电容器过热。根据 IEC 的规定，所选电抗率应为 K=1/n2，该式来源于 K=1/2，是考虑到不大于 10%的调谐偏差率。按这个规定，对于 3 次谐波来说，选用 14%，对 5 次谐波来说，选用 5%，对 7 次谐波来说，选用%。按照英博公司的标准，电抗率有 14%、7%和%，如果系统中存在 5 次谐波，可以选择%或 7%的电抗率，如果系统中存在 3 次谐波，则需要 14%的电抗率。电容器串联电抗器治理谐波的效果如何呢在这里先引入谐

33、波电压放大率的概念。由于谐波源为电流源，谐波电压放大率与谐波电流放大率相等，在数值上等于与之比，即21=|=|2|1(s+K)1()+式中，为谐波电流放大率，K 为电抗率，s=/=/，为电容器装置接入处母线的短路容量，为电容器装置容量。当上式的分母数值等于零时，谐波放大率为无限大，表示电容器装置与电网在第 n 次谐波发生并联谐振，并可推导出电容器装置的谐振容量为：()1=(1)2当上式中分母数值不为零时，的数值越大，表示谐波对系统的影响越大，反之影响越小。下面我们看一个具体的例子：设 10kV 系统的容量无限大，10/配电变压器容量为 1600kVA，其短路电抗为6%，低压侧电容器为 500k

34、var，那么，、(不同 n、k 下)分别是多少呢系统的短路容量为：=系统的感抗为：1.6=26.7MVA0.060.42=0.00626.7电容器的容抗为：0.42=0.320.5电容器装置的谐振容量为：谐波次数电抗率%7%14%谐波放大率为：电抗率K%1%7%12%14%314981098-7715-401-801-26707-924-1324-3193谐波电压放大率1 次2 次3 次4 次5 次6 次7 次8 次9 次从以上例子中可以看出，低压电容器的配置可以躲开谐振容量，从谐波电压放大率的计算来看，电抗率%比 7%的效果好，对 5 次谐波的抑制效果更明显，而且对 3 次谐波的放大作用较小

35、；电抗率 12%和 14%与此类同。那么是不是选用电抗率%和 12%就一定比选用电抗率 7%、14%更合理呢答案是否定的，主要有以下两个原因：一是因为%和 12%更接近于串联谐振的电抗率，造成流入电容器组的谐波电流较 7%和 14%大，对电容器组来说是不小的考验；二是因为各种元器件存在制造偏差、运行条件偏差等，选用的电抗率离串联谐振的电抗率较近也会增大发生串联谐振的风险。要做到合理选用电抗率，必须了解电容装置接入处母线的背景谐波，根据实测的结果选取，使电容器与串联电抗器得到合适的匹配。a当电容装置接入处的背景谐波为 3 次，且含量已超过或接近标准时，宜选用 12%14%串联电抗器；b当电容装置

36、接入处的背景谐波以 3、5 次为主，且两者含量均较大(其中之一已超过或接近标准时)，宜选用 12%14%与%7%两种电抗率混装方式，以保证抑制 3 次谐波放大为前提（据验算，串接 12%14%电抗器的电容器组容量大于总装置容量的 15%即可）。该方案的优点是比全部串接 12%14%方案可降低无功与有功损耗，缺点是投切顺序是必须先投 12%14%的电容器组，再投低电抗率电容器组，切除时则相反。c当电容装置接入处背景谐波以 3 次为主，5 次以上谐波含量较小，且经验算电容装置投入后，3 次谐波有所放大，但未超标且有裕度，应选用%1%的串联电抗器；d当电容装置接入处的背景谐波以 3、5 次为主，3

37、次谐波含量较小，5 次谐波含量已超过或接近标准，应选用%7%串联电抗器，不能用%1%的串联电抗器。e当电容装置接入处背景谐波为 5 次及以上时，且 5 次谐波含量较大，应选用%7%串联电抗器。f当电网中含有多种谐波成分，且都具有较大含量时，串联电抗器的选用，应使电容器支路对于在较大含量的各次谐波中的最低次谐波总阻抗呈感性，此时该电容器支路对于较大含量的各次谐波均不会产生放大作用。串联电抗器的电抗值为=/2式中为具有较大含量的最低谐波次数，为可靠系数，一般取。g对于新建的变电所，无从得知电网的背景谐波，电容装置选用阻尼式限流器，限流器中串联电抗器的额定电流按电容器组的最终容量考虑选择。谐波的防治

38、应在谐波源就地治理。(7)限制涌流计算分析根据 GB50227-2008 规定，电容器组投入电网时的涌流计算公式如下：10(1)+1=1=1 1+=+0式中，-涌流峰值的标幺值(以投入的电容器组额定电流峰值为基准值)；-同一母线上装设的电容器组总容量(Mvar)；0-正在投入的电容器组容量(Mvar)；-所有正在运行的电容器组容量(Mvar)；-电源影响系数。单组电容器投入时，通常合闸涌流不大，在电容器组接入处的母线短路容量不超过电容器组容量的 80 倍时，单组电容器的合闸涌流将不超过 10 倍电容器组额定电流。电容器组追加投入时的涌流倍数较大，而且组数愈多，涌流愈大，投入最后一组电容器时涌流

39、达到最大。高频率高幅值涌流对开关触头和回路设备的绝缘将会造成破坏。根据国内多年的运行经验，确定了涌流的限值倍数，因为 20倍涌流未见对回路设备造成损坏，所以规定 20 倍涌流作为限值。我们可以根据上面的公式计算涌流，实际上，只要装设有抑制谐波的串联电抗器，合闸涌流均不会超过电容器组额定电流的 20 倍。将该公式带入上面我们所举的示例，当串联电抗器的电抗率不小于%时，在任意一步电容器投入时，涌流都不会超过电容器组额定电流的 20 倍。(8)电容器的参数选择在确定了电容器总的补偿容量和相应的电抗率后，下一步就需要确定电容器的参数了。电容器的参数主要有额定容量、额定电压。确定了总的补偿容量后，单只电

40、容的容量如何选择呢为了使变压器在各种负荷情况下都能得到较为精确的补偿，单步电容器投入的容量越小越好。但是，由于无功补偿控制器的路数有限（一般为 412 路），而且受限于电容柜的空间和成本，也不能布置太多的小容量电容。所以，电容器的搭配至关重要。在这方面，一些电容器生产厂家生产的电容柜内的电容组合较为合理，可以作为借鉴。以 300kvar 电容补偿为例，约克森电气(Yorkson Electric)给出的电容组合有两种，一种是 40kvar6+20kvar3 的组合，一种是 40kvar6+30kvar2 的组合。前一种的最小补偿步数为 20kvar，后一种的最小补偿步数为 30kvar，前者补

41、偿较精确，但后者的成本较低。众所周知，电容器的输出容量与其运行电压的平方成正比(即=2)，电容器运行在额定电压时，则输出额定容量，当运行电压低于额定电压时，则电容器的输出容量也就低于额定容量(俗称亏容)。因此，在选择电容器的额定电压时，如果安全裕度取值过大，则输出容量的亏损也大，所以应尽量使其接近额定电压。反之，如选择的电容器额定电压低于运行电压，将会造成电容器运行过载，如果长期过载运行，会使电容器内部介质产生局部放电，从而造成对电容器绝缘介质的损害。局部放电会使固体介质和液体介质分解，介质分解产生的臭氧和氮的氧化物等气体，将会使电容器的绝缘介质受到化学腐蚀，造成介质损耗增大，产生局部过热，进

42、一步可能发展成绝缘击穿，使电容器损坏。由于电容器长期过载而引发事故的例子，各地都出现过。因此，电容器过载运行是不安全的，为了确保安全，应避免电容器长期过载运行，所以，在选择电容器额定电压时要考虑电容器组投入运行后的预期母线运行电压。为了使电容器的额定电压选择合理，达到经济和安全运行的目的，在分析电容器预期的运行电压时，应考虑下面几种情况：1 并联电容器装置接入电网后引起的电网电压升高；2 谐波引起的电网电压升高；3 装设的电抗器引起的电容器端子电压升高；4 相间和串联段间存在的容差，将形成电压分配不均，使部分电容器承受的电压升高；5 轻负荷引起的电网电压升高。并联电容器装置投入电网后引起的母线

43、电压升高值可按下式计算：?=0式中，?为母线电压升高值(kV)；0为并联电容器装置投入前的电网电压（kV）；为母线上所有运行的电容器组容量（Mvar）；为母线三相短路容量（MVA）。选择电容器的额定电压可先由公式求出计算值，再从电容器的标准系数中选取，电容器额定电压的计算公式如下：=1.05(1)式中，为单台电容器的额定电压（kV）；为电容器接入点电网标称电压（kV）；为电容器组每相的串联段数；为电抗率。系数的取值依据是，电网最高运行电压一般不超过标称电压的倍，最高为倍，运行电压的平均值约为电网标称电压的倍。在实际工程设计中，一般在电网电压 400V 电抗率为 7%的情况下选取的电容器额定电压

44、为 480V，电抗率为 14%的情况下选取的电容器额定电压为 525V。电容器的实际输出容量可按以下公式计算：2SC=()(1)(1)式中，SC为电容器实际输出容量，为电容器额定容量，为电容器标称额定电压。假定电容器接入点的电网标称电压为 400V，选取的电抗率为 7%，电容器标称额定电压为 480V，串联段数为 1，电容器的额定容量为 30kvar，则电容器的实际输出容量约为，实际输出容量与额定容量的比值为%。对于电容柜铭牌上补偿容量的标示，不同的设计、施工单位有不同的见解，个人建议标实际补偿容量，理由很简单，标电容器额定容量没有太大的意义。(8)电容器的实际应用实例在实际的工程设计中，电容

45、柜元件的选型并没有绝对固定的参数，各设计单位都有自己的电容柜元件选型经验，造成设计出来的产品不尽相同，有些产品设计得较为合理，有些产品合理性较差一些。本人总结了一些工程的设计经验，认为如果按照下面表格中的数值进行选型的话，会更合理一些。当然，现场情况千差万别，有时必须根据实际情况对参数做出调整，应在设计时注意。（表中电抗器以 7%为例）元件名称刀熔开关控制器电流互感器熔断器避雷器接触器电抗器电容器120kvar电容柜HR-400JKL-250/5aM3-40180kvar电容柜HR-400JKL-400/5aM3-80aM3-40240kvar电容柜HR-630JKL-630/5aM3-80aM3-40300kvar电容柜HR-630JKL-630/5aM3-80CJ19-437%CJ19-95CJ19-437%CJ19-95CJ19-437%CJ19-957%40kvar*540kvar*720kvar*840kvar*1020kvar*220kvar*2480V480V480V480V表 3电容柜推荐选型