关于并联电容器装置容量亏损问题的分析

张化良，吴怡敏，尹大千

(西南电力设计院，四川 成都 610021)

关于并联电容器装置容量亏损问题的分析

张化良，吴怡敏，尹大千

(西南电力设计院，四川 成都 610021)

文章结合变电站新建工程投产前试验检测数据，分析查找出并联电容器装置输出容量亏损的原因，是变压器招标文件的参数要求与并联电容器装置招标文件参数不匹配造成，并提出招标文件修改意见，本文可供工程设计人员参考。

主变压器；第三线圈电压；并联电容器；安装容量；输出容量。

1 概述

四川地区有3个500kV变电站，主变压器第三线圈电压为66kV，在投产前的试验检测中，都检测到并联电容器装置输出容量偏低的情况，安装容量60MVar，输出仅仅40MVar多，工程建设单位认为相差太多，要求设计院查明原因。输出容量应该是多少才合理呢？首先应说明，并联电容器装置的安装容量，扣除串联电抗器消耗的无功，才是装置的输出容量。根据并联电容器装置额定参数配置，当装置接入的母线电压为69kV时，输出容量应为：电抗率5%(额定电抗率，下同)的装置57MVar、电抗率12%的装置52.8MVar。达不到这个数值，我们就叫“容量亏损”。是什么原因造成了电容器组的“容量亏损”？可能的原因：一设备安装容量不够；二运行电压偏低。因为从来没有发现过设备安装容量不够的案例，可以肯定的说是运行电压没有达到要求值。经分析和多方方面查找原因，发现国网公司设备招标文件范本的“变压器”与“并联电容器装置”中的电压参数设置不相匹配，造成运行电压偏低。本文将对此进行分析说明，并提出解决办法可供设计单位编制招标文件时参考。

2 变压器招标文件范本参数

国网公司变电主设备招标文件“500kV 250MVA三相自耦电力变压器专用技术规范”，两本招标文件的三级电压分别为：525/230/36kV、525/230/66kV，低压侧电压分别为36kV和66kV。同样，“500kV 334MVA三相自耦电力变压器专用技术规范”，两本招标文件的三级电压也是：525/230/36kV、525/230/66kV，低压侧电压同样为36kV和66kV两种。

3 电容器招标文件范本参数

国网公司变电主设备招标文件：“500kV变电站35kV 60MVar 5%电抗率框架式并联电容器装置专用技术规范”、“500kV变电站35kV 60MVar 12%电抗率框架式并联电容器装置专用技术规范”、“500kV变电站66kV 60MVar 5%电抗率框架式并联电容器装置专用技术规范”和“500kV变电站66kV 60MVar 12%电抗率框架式并联电容器装置专用技术规范”，其中：电容器组额定电压(相)分别规定为：38.5/ 3 kV、42/ 3kV、73/ 3kV和79/ 3kV；单台电容器额定电压分别规定为：11/2kV、12/2kV、21/2kV和23/2kV。对于35kV电容器组上述参数含义为：单台电容器额定电压分别规定为，5.5kV与6kV；11/2kV和12/2kV表示其绝缘水平为10kV级，这是框架式绝缘台架分层组装相关参数。对于66kV电容器组，单台电容器额定电压分别规定为：10.5kV与11.5kV；21/2kV和23/2kV表示其绝缘水平为20kV级，同样属于对安装在绝缘台架上的电容器绝缘水平要求。

需要指出，上面所说的“35kV电容器组”和“66kV电容器组”是指“标称电压”，既不是设备的“额定电压”，也不是设备的“运行电压”，一些设计人员把它当成额定电压使用，也是属于对含义的混淆。

4 输出容量分析

35kV和66kV电容器组都是由4个串联段组成，35kV电容器组有电抗率K＝5%和K＝12%两种装置，由两种装置的单台电容器额定电压与每相串联段数，推算其母线侧电压均为36kV[ 3 UnS(1-K)其中：Un为单台电容器额定电压、S为每相电容器串联段数]；66kV电容器组，也有电抗率K＝5%和K＝12%两种装置，推算其母线侧电压均为69kV。500kV电力变压器，第三线圈电压为35kV级别时，都是采用 36kV，与并联电容器装置的参数是互相匹配的，所以，没有35kV装置容量亏损案例。220kV和500kV电力变压器低压侧为66kV级别时，采用的电压有两种：66kV和69kV。但是，并联电容器装置的电压参数是按69kV编置的，没有编制与66kV配合的招标文件。如果变压器低压侧为66kV的并联电容器装置，其电压参数仍然采用招标文件范本值，肯定会出现电容器输出容量亏损的情况。

顺便指出：在《国家电网公司输变电工程通用设备》(2009年版)书中存在同样的问题。在该书第10篇变电站用电容器装置，第45章500kV变电站并联电容器装置，表45－3中，把单台电容器的额定电压规定为：22/2kV和24/2kV，如果将这种参数的电容器与低压侧电压为66kV的变压器装设在一起使用，将会产生更加严重的并联电容器装置，容量亏损问题，应特别注意。

由电容器的容量表达式Q=ωCU2可以看出，电容器的输出容量与电压的平方成比例，对电压非常敏感。对66kV并联电容器装置来说，母线电压达到69kV时，电容器才能输出额定容量，如果母线电压只有66kV，容量必然亏损。母线电压为66kV时，电抗率K＝5%和K＝12%两种装置的输出容量分别为：52.2MVar和48.3MVar[Q(1-K)(—)2]，前者亏损容量4.8 MVar ，后者亏损容量4.5MVar。如果母线电压连66kV都未达到，则容量亏损会更多。运行电压低于电容器的额定电压，对电容器的运行安全性不会降低，但是，设备容量未能充分发挥作用，经济性变差了，属于资源能力的浪费，工程设计应当予以避免。

还有一种情况应当说明，招标文件范本中另一种电压参数不匹配，将造成电容器过电压运行。在招标文件范本中，220kV变压器低压侧参数还有37kV和38.5kV两种，在这两种电压母线上，如果装设并联电容器装置，招标文件中参数全部按照范本不修改，对于母线电压37kV，电容器投运后，将过电压约3%。按照电力行业标准《高压并联电容器使用技术条件》DL/T 840-2003中，对稳态过电压的规定，电容器在1.05倍额定电压下应能连续运行。这时，过电压尚未达到5%，仍然有裕度可利用(条件是母线电压不能再向上偏差5%，最多只能偏差2%)。对于母线电压38.5kV，电容器将过电压约7%，已经超出稳态过电压1.05倍额定电压的规定，如果母线电压38.5kV再加上可能的向上偏差，过电压将更加严重。在行业标准《电力系统电压和无功电力技术导则》SD 325-1989中规定：“35kV及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。”，电容器在超过规定值下过电压运行将是非常不安全的。解决这个问题的方法有两个：首先考虑采用把变压器低压侧电压改为36kV；如果是因为供电系统电压要求，37kV和38.5kV不能修改，又需要装设电容器组时，必须核对修改与并联电容器装置相关的参数(单台电容器额定电压与串联电抗器相关参数)，对此，本文不作详细说明。

5 解决容量亏损的办法

对于变压器低压侧66kV装设并联电容器装置，应当修改设备招标文件中的相应技术参数，有下列两种方式：

5.1 修改变压器招标文件(方式1)

将500kV电力变压器的三级电压配置525/230/66kV修改为525/230/69kV，这样，并联电容器装置两本招标文件中所有参数(K＝5%和K＝12%)均不用修改。

5.2 修改并联电容器装置招标文件(方式2)

5.2.1 修改招标文件K＝5%装置范本参数

对招标文件范本表1标准技术参数作如下修改：

(1)在电容器装置参数中修改两项内容：序号5额定相电容，由36.2μF修改为39.8μF；序号6电容器组额定电压(相)，由73/ 3kV修改为69.5/ 3kV。

(2)在单台电容器参数中修改一项内容：序号2额定电压，由21/2kV修改为20/2kV。

(3)在串联电抗器中修改三项内容：序号3额定端电压，由2.1kV修改为2.0kV；序号5额定电感，由14.0mH修改为12.7mH；序号6额定电流，由476A修改为500A。

对范本表1标准技术参数作上述修改后，范本表3 货物供货范围一览表中的“并联电容器”、 “串联电抗器”、“放电线圈”的型号参数，应按照表1中修改的参数进行相应修改。

5.2.2 修改招标文件K＝12%装置范本参数

对招标文件范本表1标准技术参数作如下修改：

(1)在电容器装置参数中修改两项内容：序号5 额定相电容，由30.1μF修改为33.8μF；序号6电容器组额定电压(相)，由79/kV修改为75/kV。

(2)在单台电容器参数中修改一项内容：序号2额定电压，由23/2kV修改为21.7/2kV。

(3)在串联电抗器中修改三项内容：序号3额定端电压，由5.52kV修改为5.21kV；序号5额定电感，由40.5mH修改为36mH；序号6额定电流，由435A修改为461A。

对范本表1标准技术参数作上述修改后，范本表3货物供货范围一览表中的“并联电容器”、 “串联电抗器”、“放电线圈”的型号参数，应按照表1中修改的参数进行相应修改。

综合上述，如果变压器招标文件参数不作修改，则两本电容器招标文件中的参数均需作多处修改，而且，需要电容器厂家生产一种非标准化参数的电容器产品。变压器低压侧电压又没有不修改的充分理由，所以，最佳选择为修改变压器低压侧电压，这样招标文件的修改工作量少，涉及设备制造的问题较少，解决问题容易。

6 结语

并联电容器装置在运行时出现输出容量亏损和过载现象，都是不正常工况。容量亏损不会造成设备运行不安全，看似对设备无损，但设备不能充分发挥作用，经济性降低经济效益变差；设备长时间过载则会出现各种问题，对运行是不安全的，应予以避免。问题的出现主要是影响电容器，所以，编制并联电容器装置招标文件时，设计人员应相互协调并解决参数设置问题。

[1]刘振亚．国家电网公司物资采购标准[K]．北京：中国电力出版社，2010．

[2]刘振亚．国家电网公司输变电工程通用设备[K]．北京：中国电力出版社，2009．

[3]DL/T 840-2003，高压并联电容器使用技术条件．

[4]D325-1989，电力系统电压和无功电力技术导则．

Analysis on Capacity to the Bad of Parallel Connection Capacitor Device

ZHANG Hua-liang, WU Yi-min, YIN Da-qian
(Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021, China)

This paper analyses and fi nds out the causation of the output capacity loss of shunt capacitor on the base of the test data before the substations had been put into operation ,which is the parameters in the bidding documents for transformer are different from the parameters in the bidding documents for shunt capacitor. Also, a proposal is given for the modi fi cation of bidding documents to solve the problem in the paper. This paper can be a reference for the project designers.

transformer; the third winding voltage; shunt capacitor; installed capacity; output capacity.

TM63

B

1671-9913(2011)03-0056-03

2011-04-01

张化良(1940- )，男，湖北枣阳人，教授级高工。