集合式电容器电抗器组在变电站的应用

摘要：随着工业生产的发展，城乡居民家用电器的增加，在用电量增加的同时，电网中的感性负荷比例也在明显上升，改善电压质量，提高电网功率因素，减少线损显的尤为重要。近年来集合式电容器因其占地面积小，安装维护方便，可靠性高等优势而被广泛选用于无功补偿，特别是应用于大型变电站的户外集中补偿和城市电网改造中。 

关键词：感性负荷 集合式电容器 电抗器 变电站
　　随着工业生产的发展，城乡居民家用电器的增加，在用电量增加的同时，电网中的感性负荷比例也在明显上升，改善电压质量，提高电网功率因素，减少线损显的尤为重要。近年来集合式电容器因其占地面积小，安装维护方便，可靠性高等优势而被广泛选用于无功补偿，特别是应用于大型变电站的户外集中补偿和城市电网改造中，在我们通州市供电局就有一座220kV变电所、五座110kV变电所、九座35kV变电所安装使用了20台总计55Mvar容量的集合式电容器，运行情况良好。
　　我们知道，变电站的负荷是动态变化的，功率因素也是动态变化的，任何固定容量的电容器都无法实现最佳的“全天候”补偿”。容量偏小则在重负荷、低功率因素时补偿不足，容量偏大则在轻负荷时过补偿，使输电线路中的电容电流增加，从而增加了线损。通常电容器是按照变电站正常运行时实际无功缺额选定容量进行部分补偿并结合人工投切措施，但这种方式难以达到较佳经济效果。作者认为采用以下两种方式可以弥补一些不足，一是选用有载调档集合式电容器，可以根据负荷情况充分进行补偿，二是装设多组集合式电容器可以根据负荷情况而运行其中一部分。 
　　
　　集合式电容器内部原理接线主要有以下几种，见图1～图4。 




　　图1为单相电容，图2、3、4为三相电容，其中图3为带抽头电容。集合式电容器每相电容由多个单元电容器串并组成，（如图5所示），每个元件串有一熔丝，当某一元件击穿时，其它完好元件即对其放电，使熔丝在毫秒级的时间内迅速断开，切除故障元件，仅使容量有微小变化，电容器仍能继续运行，提高了运行可靠性。

　　根据一次接线方式的不同，电容器内部故障采用以下几种保护形式，见图6～图8。

　　电容器外部保护形式可配置过电压保护、失压保护、过电流速断保护等，通州供电局220kV银河变电所35kV　2＃电容器（型号：BFF12×2－2000－1W）曾发生电压纵差保护动作（保护原理结线如图8），经试验人员测试发现C相电容不平衡，试验数据如表1。

　　电容器厂家技术人员到现场对C相进行了复测，试验数据如表2。

　　初步判定内部有故障，逐对电容器进行吊芯，发现C相一只电容器熔丝熔断，经更换后再测电容量数据如表3。

　　恢复运行后正常。根据厂家的出厂资料，三相中任何线路端子测得最大、最小电容量之比不超过1.05，就以上数据来看C1/C2≈1.022，CA/CC≈1.026，说明电压纵差保护定值偏小，可作调整，单只电容器熔丝熔断不会影响运行。继保人员在日常巡视中测得的电压纵差保护的电压差值可发现问题，这样可安排适当时间对电容器检修。
　　由于集合式电容器单台容量很大，合闸涌流也就很大，串联电抗器与电容器串联使用能有效地抑制合闸涌流，保护电容器的安全运行，常用接线方式如图9。

　　适当选择电容器、电抗器参数可以有效地抑制电网中的高次谐波。对于n次谐波当2πnfL－1/2πnfC＝0即XL/XC＝1/n2时（XL、XC分别为基波感抗、容抗），电容电抗回路有滤波作用，但此时nf也是谐振频率。为了抑制n次谐波，若选择XL/XC大于1/n2，如XL/XC＝6％抑制5次谐波，XL/XC＝13％抑制3次谐波，选用前应对变电站的谐波分量进行实测，做到有的放矢。
　　变电站集合式电容器串联电抗器常用的有传统的油浸式电抗器、干式铁芯电抗器，干式空心电抗器。油浸式电抗器由于渗漏原因逐步被后两者替代，干式铁芯电抗器比油浸式电抗器体积减少30％左右，损耗低于油浸式电抗器，适合户内小空间安装。干式空心电抗器结构上不用任何铁磁性材料，因此，线性度大大优于铁芯电抗器，应该首选。但由于没有铁芯，绕组中通过单位电流所产生的磁通较小，所以体积较大。再有空心电抗器附近存在磁导体的话，将使电抗值升高，在正常情况下电抗器的磁通在空气中形成回路，但安装场所屋顶、地面、墙壁、围栏等如有铁钢等磁性材料存在，则会在其中引起发热，因此空心电抗器在安装时对周围物体有一定距离要求，同时为避免相邻两组电抗器相互影响，同样也需要保持一定距离，如图10、11，图中d为电抗器直径。

　　垂直排列（图10）B相绕组绕向要相反，这可以减少相间支撑绝缘子的拉伸力。B相绕组绕向不相反，则当电流相角为60°时，A、B绕组排斥力最大，其力大小与下式成正比，即F1∝（sin60°×）2=1.512,而当相角为150°时，A、B绕组间吸引力最大，其力大小与下式成正比，即F2∝（sin150°×）2=0.5I2可见A、B绕组间最大排斥力为最大吸引力的3倍。如果B相绕组绕向相反，支撑绝缘子所受的最大压缩力为最大拉伸力的3倍，由于支撑绝缘子的抗压强度远比抗拉强度高得多。B相绕组反绕后，可将支撑绝缘子所受的拉力大为缩小，保证运行可靠性。