电力电容器培训资料.docx

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电力电容器培训资料

电力电容器（培训）

一、电力电容器简介

电力电容器主要应用在电力系统，但在工业生产设备及高电压试验方面也有广泛地应用。

按使用电压的高低可分为高压电力电容器和低压电力电容器，以额定电压1000V为界。

高压电力电容器一般为油浸电容器，而低压电力电容器多为自愈式电容器（在金属化电容器问世前也生产油浸低压电容器），自愈式电容器也称金属化电容器。

1.名词解释

（1）电容：

电容器的电容是表征电容器储存电荷能力的参数。

电容值称为电容量，计量单位为法拉（F），常用派生单位为微法（μF）、微微法（μμF或pF）。

①对于平板电容

式中—真空介电常数；

—相对介电系数（也称相对电容率，相对于真空的相对介电常数）；

—电容极板间的距离（）；

—电容器极板面积（）。

通常所说的介电常数都是指相对介电常数。

②对于卷绕电容器

（极板两面起作用）

式中—极板宽度（）；

—极板长度（）；

—极间介质厚度（）。

（2）电容器的储能

电容器的储能是指电容器充电后在极板间储存的能量。

即

式中—电容器的电容（）；

—电容器极板间的电压（））。

（3）电容器的容量

在交流电压作用下，电容器的容量（或无功功率）为

式中—电容器的电容电流（）；

—对电容器施加的电压（kV）；

—施加电压的频率（）；

—电容器的电容（）。

2.电力电容器的分类和用途

（1）并联电容器

并联电容器是并联补偿电容器的简称，与需补偿设备并联连接于50Hz或60Hz交流电力系统中，用于补偿感性无功功率，改善功率因数和电压质量，降低线路损耗，提高系统或变压器的输出功率。

并联电容器又由可分为：

（a）高压并联电容器，其额定电压在1.0kV以上，大多为油浸电容器；

（b）低压并联电容器，其额定电压在1.0kV及下，大多为自愈式电容器，以前曾生过油浸低压电容器。

现在已经不多见了；

（c）自愈式低压并联电容器，其额定电压在1.0kV及下；

（d）集合式并联电容器（也称密集型电容器），准确地说应该称作并联电容器组，额定电压在3.5～66kV；

（e）箱式电容器，其额定电压多在3.5～35kV，与集合式电容器的区别是：

集合式电容器是由电容器单元（单台电容器有时也叫电容器单元）串并联组成，放置于金属箱内。

箱式电容器是由元件串并联组成芯子，放置于金属箱内。

（2）串联电容器

串联连接于50Hz或60Hz交流电力系统线路中，用以补偿电力线路的感抗，减少线路电压降落，增大传输容量，提高线路电压的稳定性。

其额定电压多在2.0kV以下。

（3）交流滤波电容器

与电抗器、电阻器连接在一起组成交流滤波器，接于50Hz或60Hz交流电力系统中，用来对一种或多种谐波电流提供低阻抗通道，降低网络谐波水平，改善系统的功率因数。

其额定电压在15kV及以下。

（4）耦合电容器

在电力线路载波（PLC）系统中利用高电压输电线路作为通讯的载体，在接收端通过耦合电容器将输电线路中的高压电隔离取出高频载波信号，其额定电压多为110/√3～500/√3kV。

（5）直流滤波电容器

用于高压整流滤波装置及高压直流输电中。

滤除残余交流成份，减少直流中的纹波，提高直流输电的质量。

其额定电压多在12kV左右。

（6）电热电容器

在400～24000Hz范围内的感应加热电气系统中，用于提高功率因数或改善回路特性。

其额定电压在3.0kV及以下。

通常设有水冷却装置。

（7）断路器电容器（均压电容器）

并联连接在交流高压断路器的断口上，用以改善电压分布。

其额定电压在40～180kV。

（8）脉冲电容器

用于冲击电压、冲击电流发生器，冲击分压器、振荡回路和续接脉冲装置。

其额定电压在1～500kV。

（9）压缩气体标准电容器

与高压电桥相配合用于测量绝缘介质以及高压电气设备的电容和损耗角正切，也可作为分压电容器用。

为了减少介质损耗对测量造成误差，其本身的介质损耗要尽可能的小，因此其介质都为气体，主要有洁净而干燥的六氟化硫、氮气或空气,其额定电压多在10～1200kV。

在用于测量时其电容值在100pF左右，其标牌上都以实测值标示。

3.电力电容器装置

由单台电容器与其它有关器件配套组成的满足一定要求的设备。

（1）并联补偿电容器装置（TBB）

变电、输电和用电设备中大都是感性负荷，这就加大了输变电设备的视在功率，加大了系统中的电流。

在系统中并联接入电容器装置后，由于流过电容器的容性电流与系统中的感性电流相位相反，抵消一部分感性电流，因而减少了系统中的电流，减轻了输变电设备的负荷。

提高了输出能力，也就是提高了功率因数。

电容器作为无功补偿应用时，一般大多是成组成套装置。

电容器的无功补偿作用原理如图1.1所示

图1.1电容器无功补偿原理图

并补电容器装置的接线图入图1.2所示。

图1.2并联补偿电容器装置接线图

图中：

QS—断路器，其作用是关、合电容器组；

QF—隔离开关，其作用是：

在开断电容器组后打开，以防止断路器误合造成事故。

操作顺序是在断路器开断后打开，在断路器合闸前先关合；

K—接地开关，在断路器合闸前打开，在断路器开断后合上，以防止断路器误合造成人身或设备事故；

BL—避雷器，现多用金属氧化物避雷器，以前曾用碳化硅避雷器，现在几乎已被淘汰，其作用是过电压保护（雷电过电压和操作过电压）；

RD—熔断器，其作用是切除单台故障电容器，在设备安全允许切除台数之内时，让电容器装置继续运行；

FD—放电线圈，其作用是在装置退出运行时，将电容器中残存的电荷放掉，其具体要求是在规定的时间内（标准规定，5s），电容器两端的残存电压降到规定值（标准归规定，50V），以保证人员和装置在再次合闸的安全。

放电线圈的二次电压提供继电保护的信号；

L—串联电抗器，其作用是抑制合闸涌流和抑制电力系统的谐波放大。

当仅需抑制合闸涌流时选择电抗率为0.1％～1％的串联电抗器，当需抑制5次谐波放大时选用电抗率4.5％—6％的电抗器，当需抑制3次谐波放大时选用电抗率12％～13％的电抗器。

电抗率一般用K表示，其数值为电抗器的感抗与电容器的容抗的比值百分数表示,即K=XL/XC,XL=ωL,XC=1/ωC。

（2）并联电容器装置的继电保护

并联电容器装置都设有继电保护措施，电容器在长期运行中很难避免出故障，继电保护的目的是在电容器单元故障数量在一定的允许范围内，只通过熔断器切除故障电容器，让电容器装置继续运行，当故障电容器超限量时立即通过继电保护装置发出指令，切除整个装置，以防止事故扩大。

继电保护是对在电容器装置的保护，而对于电容器本身的保护中分为外熔断器保护（如前述）和内熔丝保护，外熔断器保护是针对整台电容器，而内熔丝保护是针对电容器内的元件。

因此在电容器设计时就分为有内熔丝和无内熔丝两种。

外熔断器保护是单台电容器，在使用时与单台电容器串接，继电保护是以单台故障电容器数量设限，内熔丝是保护电容器内部的元件，使用时与元件串接，继电保护是以故障元件数量设限。

继电保护方式

A）开口三角电压保护

开口三角电压保护接线如图1.3。

图1.3开口三角电压保护接线图

当某相电容器组中电容器单元（或元件）故障数达到限定数量时，由于三相阻抗不平衡，中性点偏移，每相电容器组两端的电压发生变化，反应在放电线圈两端的电压变化，由于放电线圈二次侧接成开口三角形，开口端原本电压为零，不平衡后就产生了一定数量值的开口电压，电容器单元（或元件）故障数越多，开口电压越大，与限定故障数对应的电压就是继电器的动作电压，也就是发出断路器打开指令的启动电压，断路器断开，电容器装置退出运行。

B）电压差压保护

差压保护接线如图1.4。

电容器组每相由两个电压相等的串联段组成与其并联连接的放电线圈一次侧由两段电压相等的线圈串联，二次侧由两个电压相等的独立线圈并联开口接线，在开口处获取继电保护电压。

当电容器单元出线故障时，产生差压信号，故障电容器单元（或元件）达到保图1.4差压保护接线图

护设限数量时，继电保护启动，切除电容器装置。

C）中性点不平衡电流保护

中性点不平衡电流保护接线示意如图1.5。

图1.5中性点不平衡保护接线图

采用中性点不平衡电流保护时，电容器组要接成双星接线方式，即把电容器组分成容量相等的两个星形接线，这样每相上的电容器都分成两个支路，在一个支路电容器出现故障电容器（或元件）时，相应的中性点电位发生偏移，三相电流不平衡，另一星形三相电流未失平衡，在两个中性点之间装设电流互感器，取出不平衡电流作为继电保护值，达到预设值时，启动保护程序，切除电容器装置。

D）桥式差动电流保护

桥式差动电流保护的接线图1.6。

图1.6桥差保护原理图

当电容器组每相的串联段数为偶数并可分为两个支路时，在其中部桥接一台电流互感器获取保护动作信号。

在电容器装置正常运行时，四个桥臂的阻抗相等电流互感器中无电流。

如电容器单元（或元件）出现故障，故障臂阻抗变化，电流互感器中有电流流过，超过保护设限时，启动保护程序，切除电容器装置。

各种保护的具体计算方法在此不作介绍了。

但在计算时，注意电容器故障的计算前提：

故障电容器单元（或元件）都出现在同一并联段。

（2）高压交流滤波装置（TAL）

高压交流滤波装置是由高压交流滤波电容器与电抗器、电阻器连接在一起组成交流滤波装置，并联连接于50Hz或60Hz的高压交流电力系统中，用来对一种或多种谐波电流提供一个低阻抗通道，降低网络谐波水平，同时也改善系统的功率因数。

其简单原理图如图所示。

该图为单调谐滤波器示意图，

单调谐滤波器是调谐一个谐波频率（一般是低阶特征谐波）的串联RLC电路。

其阻抗由下式给出

在谐振频率下，这个阻抗减小到R，其谐振角频率为

式中ωn=2πf则f就是要滤除的谐波频率。

为了滤波效果更好，通常设计时电阻R取值较小，即Q值（Q=ωL/R或1/ωCR）较高,这有利于提高滤波效果。

下列各图为阻尼滤波器的示意图，它是滤除某一高次及以上次数的谐波，故也称为高通滤波器，高通滤波器有一阶的、二阶的、三阶的和C形的。

（a）一阶的（b）2阶的（c）三阶的（d）C型的

整套滤波装置一般有若干个低频单调谐滤波通道和一个高通滤波通道组成。

高通滤波通道是滤除单调谐滤波通道滤除频率以外的更高次谐波的通道。

有关滤波装置的详细情况比较复杂，在此不作更深入的介绍。

滤波装置在工频下其电容器的容抗都大于感抗，因此还能向工频电网系统提供无功补偿，（在这一点上其作用和并联电容器有同样的作用）。

下图是一个滤波装置设计实例。

图上方的数字为滤除谐波的次数

（3）电容式电压互感器（TYD）

电容式电压互感器由电容分压器和电磁单元组成，使电磁单元的二次电压实质上正比于一次电压，且相位差在连结方向正确时接近于零。

电容式电压互感器的用途：

主要用于测量、计量、保护和通讯。

电容式电压互感器的接线原理如图1.6。

图中：

C1—高压电容；C2—低压电容；L—补偿电抗器；XY—限压器；T—中间变压器；1a,1n—主二次第一线圈接线端子；2a,2n—主二次的第二线圈接线端子；da,dn—剩余图1.6电容式电压互感器接线原理图

绕组接线端子；Z—阻尼器；δ—耦合电容

器低压端子（也称通讯端子）。

工作原理

线路电压由C1与C2分压，C2上的电压提供给中间变压器T，在其主二次接线端子间获取线路的实测值，用于测量和计量。

采用调节变压器的一次线圈匝数来调整比值误差，采用调节电抗器L的感抗值来调整相角误差。

剩余绕组间接有阻尼器Z用于阻尼铁磁谐振。

限压器XY的作用是保护补偿电抗器L上的谐振过电压。

在不用通讯功能时δ端子短接，当使用通讯功能时，在δ端子间接