对影响电力电容器安全运行的因素分析

王晓伟

摘要：电力系统中，电力电容器起着非常重要的作用，对其进行可靠的安全的正常的运行的电网经济运行的重要保证。电容器虽是静止元件，但由于制造技术、质量问题和运行维护不周，也常会遇到异常现象和事故。又由于电容器是储能元件，在电力系统中受过渡过程的影响，以及它与感性元件的相互作用，在一定条件下产生谐振，又给它的投、切操作及正常运行造成许多麻烦。本文将就影响电容器安全运行的因素做一些分析。

关键词：电力电容器；安全运行；影响因素；保护方式

0 引言

随着我国电力系统的迅猛发展，大量的电力电容器设备在电力系统中使用。对过去以往的电力电容器运行经验进行总结，电容器的安全运行的影响因素主要表现在以下几个方面。

1 环境温度与工作温度

电力电容器周围环境的温度变化对电容器的安全运行不容忽视。为了保证电容器进行可靠、安全的运行，为了保证电容器的寿命，对其进行温度控制是最有效的手段，成为了保护电容器最为重要的条件之一。如果环境温度太高，电容器工作时所产生的热量就散不出去，很可能降低介质击穿强度，或者致使其介质损耗的扩大。如果电容器运行的温度发生继续的上升，其将会直接影响到电容器的热平衡，致使热击穿现象，直接影响着电容器的使用寿命。而如果环境温度太低，电容器内的绝缘油（介质）就可能凝结，也容易发生绝缘击穿，因此，选择符合周围环境温度变化要求的电容器就显得格外重要。一般在我国大部分地区可选择-25/B类（最高冷却空气温度50℃，下限温度-25℃）的电容器，南方湿热地区可选择-25/D类（最高冷却温度60℃，下限温度-25℃）的电容器。电容器正常工作时，其内部介质的工作温度应低于制造厂家充许的温度，最高不得超过70℃，否则会引起热击穿及鼓肚现象。

2 接线不符合安全技术要求

2.1 其额定电压必须跟其所接的电力网电压相符合

现在最普遍的接法是：如果额定电压跟电力网电压相符时，应该使用三角形接线法，尽管目前这种接法在反措过程中已停止使用。但是如果额定电压跟电力网电压不相符时，如低于电力网电压的时候，其应该使用星形接线法。同时，在以上两种接线中，电容器组往往采用的是双Y接线，这主要是为了电容器的平衡保护。

2.2 针对需要集中补偿的高压电容器组

为使需要集中补偿的高压电容器组安全运行，必须对其另外建立电容器室，并将其通过断路器和电缆跟母线连接。

2.3 针对电容器安装的铁架的层数和行数

针对电容器安装铁架，上下放置的层数不得超过三层，其放置的水平行数通常只能为一行，这样主要是为了散热。因此，还必须规定在同一行中，两个电容器的间距必须大于100mm。并且最下一层的电容器跟地面的间距必须不得小于30cm，其最上一层电容器跟地面的间距不得必须小于2.5m。再者，电容器带电部分跟地面的间距也必须大于3m，不然应该对其进行遮拦。如果铁架的数量比较多时，每排铁架之间的走道，其宽度必须大于1.5m，主要是为了工作人员巡视和以及温度测量所用。同时铁架上应该设置各种带有网孔的铁丝网进行遮拦。

2.4 电容器接线

电容器接线必须使用单独的比较软的导线跟电容器的母线进行连接，这样做主要是由于使用硬导线容易产生应力，从而容易损坏电容器套管或致使其引线丝杆发生脱扣，导致密封遭受破坏而发生渗油现象。

2.5 针对中性点中没有直接跟地连接的系统

如果电容器所使用的是星形接线法，应该对其外壳跟地进行绝缘处理，并且其设置的绝缘等级也必须符合电力网所规定的额定电压。这主要是由于当中性点非直接接地系统如果一相接地，那么将会使其他的两相对地电压直接升高为线电压，因此，为了阻止电容器超过规定电压，必须对电容器外壳进行绝缘处理。

3 电容器的工作电压与工作电流

3.1 电容器的过电压

电容器对电压变化十分敏感，长时过电压会使电容器严重发热，电容器绝缘会加速老化，寿命缩短，甚至发生电击穿或热击穿；电网电压一般应低于电容器本身的额定电压。并联电容器装置应在额定电压下运行，一般不宜超过额定电压的1.05倍，最高运行电压不应超过额定电压的1.1倍。在电容器的使用过程中，应注意以下几种易产生过电压的常见情况：

①在几个单台电容器进行串联再接入电网的过程中，如果每台电容器的电容不同，其所能承担的电压也不是均匀分布，则会使部分电容器发生过电压。

②在电容器组断开的时候，经常会引起电容-电感产生回振荡，从而致使其操作发生过电压现象。

③为了防止高次谐波谐振，电抗器和电容器组进行串联而接入电力网相电压时，加于电容器的电压可能超过额定电压。

④对于装在母线附近的电容器，因为变电站母线产生的电压跟额定电压相比比较高，使电容器长期处于一种过电压的环境中。

3.2 电容器的过电流

当电容器工作在有铁心饱和的设备（如大型整流器和电弧炉等）“谐波源”的电网上时，运行中就会出现高次谐波，对于n次谐波而言，电容器的电抗将是基波时的1/n，因此，谐波电流会显著增加。谐波电流极易使电容器发热引起击穿，考虑到谐波的存在，规定电容器的工作电流不得超过额定电流的1.3倍[1]，必要时应在电容器上串联适当的电抗（串联电抗器）以抑制谐波电流。同时，在电容器的使用过程中，应注意以下几种易产生过电流的常见情况：

①在电容器组进行投入瞬间，其两端的电压不会跃变，就好像电源合闸致使了短路，从而致使幅值很大、频率很高的过渡性电流，这种电流叫做合闸涌流，通常情况下，这种合闸涌流往往是正常幅值的6～8倍作用。

②由于电源的电压波形发生畸变从而致使电容器产生电流。由于电力系统中采用了功率较大的可控硅整流器来作为电源以及电气化铁道和电解工艺的发展，加上变压器铁芯的饱和，这些都会造成电压波形畸变。

③在运行电压发生升高的时候，电容器中产生电流。由于电容器的无功电流功率跟运行电压的平方成正比，因此，在运行电压升高的时候，电容器的无功功率也会增大，导致电容器的温度大幅度的升高。

4 电力电容器的保护方式

电容器可采用内熔丝或外熔断器作为第一道保护，其保护动作电流一般选择电容器额定电流的1.5倍[2]。对于由多台电容器组成的电容器组应采用第二道保护措施，如桥式差流保护、开口三角电压保护、分相差压保护以及过电流等。当电容器组总容量小于10000kvar，电压小于35kV时，采用开口三角保护的较多，当电容器组总容量大于10000kvar，电压等级在35kV～66kV之间时，多采用分相差压保护，当电容器组容量很大，一般为几十兆乏时，采用桥式电流保护。[3]正确选择电容器组的保护方式，是确保电容器安全可靠运行的关键，均应符合以下几项要求：

①保护装置应有足够的灵敏度，不论电容器组中单台电容器内部发生故障，还是部分元件损坏，保护装置都能可靠动作。

②在电容器投入、退出电力系统过程中及电力系统发生接地或其它故障时，保护装置不能有误动作。

③能够有选择地切除故障电容器，或在电容器组电源全部断开后，便于检查出已损坏的电容器。

④保护装置应便于进行安装、调整、试验和运行维护，消耗电量要少，运行费用要低。

5 结语

电力电容器是按标准和技术条件进行设计生产的，只有按标准和技术条件正确使用，并选择合理的保护方式才能保证电容器的可靠性和预期的使用寿命。

参考文献：

[1]倪学锋.关于并联电容器过电压保护方式的分析[J].电力电容器，1997（4）：26-35.

[2]周登洪.高压电力电容器用内熔丝[J].电力电容器与无功补偿，2009，30（1）：16-17.

[3]GB/T11024-2001，标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器[S]