并联电容器组配套装置及应用技术

并联电容器组配套装置及应用技术

　　摘 要：阐述高压并联电容器组的配套装置断路器、串联电抗器、放电装置、氧化锌避雷器及熔断器的电气特性和实际应用中的配置问题。

　　高压并联电容器组的配套装置，包括投、切电容器组用的断路器、串联电抗器、放电元件、氧化锌避雷器及熔断器等设备。在电容器组的安装、运行和试验中，必须充分了解它们之间的有机联系和相互关系、电气性能和技术标准，在实际应用中，合理配置、有效配合，以确保设备、系统和人身的安全。

　　一 断路器在高压并联电容器组上的应用

　　电容器在电网中的运行方式，随着无功负荷及电网电压变化而变化，因此电容器组用断路器的操作较为频繁，为此必须解决好两方面问题：①合闸时的频率、高幅值的合闸涌流给断路器带来的过电压、机械应力和机械振动;②开断时，电弧重燃给断路器及其他回路设备带来的重击穿过电压及绝缘冲击。故并联电容器除应满足一般的技术性能和要求以外，还必须满足以下要求：①合闸时，触头不应有明显的弹跳和振动;②分闸时不允许有严重的电弧重燃而导致的击穿过电压;③应有承受合闸涌流的耐受能力;④经常投、切的断路器应具有承受频繁操作的能力。根据目前国产断路器的生产情况，要同时满足以上四点要求，尚有难度，例如真空断路器虽然适于频繁的操作要求，但存在合闸弹跳和重燃问题，必须加装氧化锌避雷器以进行防止过电压的配合、加装串联电抗器以降低合闸涌流倍数的配合。可见，断路器在电容器组上的应用，尚无法完成其独立开断的任务，必须有其他配套设备进行补偿性配合。

　　二 串联电抗器在高压并联电容器组上的应用

　　为了限制电容器合闸过程中的涌流、操作过电压及电网谐波对电容器的影响，大容量电容器一般应区分具体情况，加装串联电抗器。其作用为：①降低电容器组合闸涌流倍数及涌流频率;②减少电网中高次谐波引起的电容器过负荷;③减少电容器组用断路器在两相重燃时的涌流以利灭弧;④抑制一组电容器故障时，其他电容器组对其短路电流的影响;⑤抑制电容器回路中产生的高次谐波及谐波过电压。可见，加装串联电抗器对电容安全运行的重要性、对断路器顺利完成开断任务的必要性。但在实际应用中，是否加装串联电抗器，还要根据电容器的分组方式及安装地点的具体情况而定。比如装设在配电线路35kV农村变电所母线上的电容器组，容量较小，大多在2000kvar以下，一般没必要加装串联电抗器。但在下列情况下，必须加装串联电抗器：①采用“△”连接的电容器组;②装设于一次变电站中容量较大的电容器组;③变电站装有两组以上且频繁投切的电容器组;④电容器投运时有谐波现象或因谐波引起电容器过负荷等。

　　三 放电装置在高压并联电容器组上的应用

　　电容器从电源断开时，两极处于储能状态，如果电容器整组从电源断开，储存电荷的能量非常大，必然在电容器两极之间持续保持着一定数值的残余电压，其初始值，即是电源电压的有效值，此时电容器组在带电荷的情况下，一旦再次投入，将产生强烈冲击性的合闸涌流，并伴有大幅值的过电压出现，工作人员一旦不慎触及就有可能遭到电击伤、电灼伤的严重伤害。为此，电容器组必须加装放电装置。根据标准规定，与电容器连接的放电装置应能使电容器从电源断开后，其剩余电压在10min内降至75V以下。高压成套装置用放电装置的选择和安装与低压成套装置用放电装置十分相似又略有不同：①低压成套装置用放电装置通常有灯泡、带变压器指示灯和电阻三种形式。放电元件采用“V”形和“△”形连接方式，多以“△”连接为推荐方式，原因是任一相发生断线，仍能转化成“v”形连接方式，维持放电的不间断进行;②高压电容器组通常除了在电容器内部接入放电电阻以外，配套装置中还必须加装与电容器直接相连的放电装置。一般中小容量的电容器组，放电装置可以采用相应电压等级的电压互感器，2O00kvar及以上的电容器组，多选用专用的放电线圈来完成。

　　必须指出的是：①如果采用电压互感器作为高压电容器组的放电线圈，运行经验证明，一般也可满足要求，但不允许采用JSJW型电磁式三相五芯柱一次侧中性点直接接地的电压互感器，因为当电容器开关分闸时，线圈电感、电容器电容及对地电容三者将可能形成振荡电路，即电压互感器铁芯中的电磁能经释放而产生振荡，引发过电压的产生，经实测其数值可高达电容器组电压幅值的五倍以上，因此中性点接地的三相电压互感器不允许充当放电装置来使用，如已经安装了这种电压互感器，必须在中性点上串接高电阻或撤除中性线接地的工作方式;②放电线圈的容量选择，在充分满足其长期运行条件的前提下，应尽可能避免容量过大，因为容量愈大，放电时间愈长，电能消耗愈多。为减小放电线圈的电能损耗，一般规定每kvar的电容器，其放电线圈损耗不宜超过1W;③一般采取单相三角形接线或开口l一角形接线作为放电元件线圈，并与电容器直接相连;④电容器的放电装置必须完整、可靠，绝对不允许在放电回路中串联熔断器及其他开关设备。

　　四 氧化锌避雷器在高压并联电容器组中的应用

　　为了限制电容器切断瞬时产生危险的过电压，首先应考虑选择适合电容器频繁操作并无重燃的断路器作为开关设备。但如前述可知，理想的断路器很难找到。比如适宜于频繁投切的真空断路器，仍存在着电弧重燃问题，一旦电弧重燃，其对地电压将卜升至四倍额定电压以上;相间电压将上升至二倍额定电压以上，后果往往是电容器的绝缘强度遭到严重的冲击乃至损坏。因此，在采用真空断路器作为频繁投切电容器组的开关设备时，必须加装氧化锌避雷器作为过电压的保护措施。另外，用于雷电过电压保护的阀式避雷器，不允许作为电容器组的过电压保护来使用。

　　原因是阀式避雷器的放电间隙在被雷电过电压击穿时，工频续流仅仅维持半个周期的时间，当T频电压过零点时，间隙绝缘迅速恢复原状，此电气特性对防止大气过电压是适宜的，但如果把该类型的避雷器用于电容器组上，在半个周期内，电容两端的电压并无多大程度的下降，放电间隙的放电电流必然会阻止放电间隙绝缘的重新恢复，将可能造成避雷器爆炸的严重后果。目前，国内外很多单位的运行经验和试验分析证明，氧化锌避雷器在防止电容器组过电压保护方面性能突出，但仍应注意以下几点：①氧化锌避雷器的选择和安装，应根据其连接方式、可能出现的过电压倍数、电容器的容量及校验涌流容量而定;②lOkV电压等级的并补装置，氧化锌避雷器一般应接在“相一地”之间，这种接线对避雷器的特性要求较高，比如当发生一相接地故障时，非故障相的两个避雷器必须经得起三相电容器积蓄的过电压冲击，相间过电压的保护水平不得不受制于两个避雷器对地残压的代数和等，这是该接线方式的不足之处。

　　五 熔断器在高压并联电容器组上的应用

　　目前，国内外广泛采用电容器单台熔丝，即对每台电容器均装有单独的熔断器，用以防止电容器内部击穿、短路可能引起的油箱爆炸事故，同时也使邻近电容器免受波及。单台电容器发生故障时，熔丝的快速熔断，可避免总开关的无选择性跳闸，保证电容器组运行的可靠性、无功功率输出的连续性和系统运行电压的稳定性。熔丝保护结构简单、安全便捷、故障反应迅速、标志明显、易发现故障准确位置，因此得到广泛应用。目前熔丝保护常采用喷出式和限流式两种：①喷出式熔断器结构简单、价格低廉，在故障发生时，消弧管内部受电弧的强烈作用分解，释放特殊气体以强力吹熄电弧，同时靠自身弹力把电弧拉长，增大弧阻，以加速熄弧，它对单台电容器的保护回路较为适宜，但其极限开断容量较小，因此当电容器容量大于开断容量时，必须考虑加装各种限流措施;②限流式熔断器的熔丝熔断后，消弧管内的石英砂受到来自电弧的强烈作用，立即产生很大弧组的绝缘，以迅速灭弧，具有熄灭较大电弧的能力，但其结构较为复杂，而且价格较贵。

　　六 总结

　　故在熔断器的具体选择应用中，应从技术和经济两个方面平衡考虑，根据具体情况选择。