淺談電力電容器成套裝置對電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的影響

更新時間：2020-10-12

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霍麗麗

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：電力電容器成套裝置在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，對于保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定具有重要的作用。由于電力系統(tǒng)中的負(fù)載大多需要消耗無功功率，當(dāng)系統(tǒng)電壓較低時需要采用電力電容器提升系統(tǒng)電壓，以保持系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，為此本文對電力電容器成套裝置對系統(tǒng)電壓的影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電力電容器；成套裝置；系統(tǒng)電壓

引言

電容器是一種容納電荷的器件。是由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質(zhì)構(gòu)成。當(dāng)在兩金屬電極間加上電壓時，電極上就會存儲電荷，所以電容器是儲能元件。任何兩個彼此絕緣又相距很近的導(dǎo)體，組成一個電容器，平行板電容器由電容器的極板和電介質(zhì)組成。電力電容器是用于電力系統(tǒng)和電工設(shè)備的電容器，是電容的一種。電容器主要由箱殼、芯子和浸漬劑三部分組成。箱殼用薄鋼板或不銹鋼板經(jīng)彎制再行密封焊接而成。箱蓋上焊有引出線套管，箱殼兩側(cè)焊有供搬運安裝用的吊攀。芯子由若干個元件和絕緣件按一定的串并聯(lián)連接而成。元件由聚丙烯薄膜作固體介質(zhì)、鋁箔作極板卷制而成，箱殼內(nèi)充滿性能優(yōu)良的浸漬劑。電力電容器成套裝置在維持系統(tǒng)電壓正常方面發(fā)揮著很重要的作用，本文對此進(jìn)行了分析。

1 電力電容器成套裝置概述

電力電容器分為串聯(lián)電容器和并聯(lián)電容器，它們都改善電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量和提高輸電線路的輸電能力，是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備。由于電力電容器在無功補償上的顯著成效，所以無功補償采用電力電容器已得到廣泛應(yīng)用[1]。電力電容器在減少系統(tǒng)功率損耗、提高功率因數(shù)、降低運行電流、提升電網(wǎng)電壓、釋放變壓器使用裕度等方面有著顯著效果，式（1）為系統(tǒng)的有功損耗的計算公式:

由式（1）可知，QC 為電容器發(fā)出的容性無功，可以減少線路上所傳輸?shù)臒o功功率，從而可以降低系統(tǒng)的有功功率損耗。電力電容器又有高壓電容器和低壓電容器之分。額定電壓在1KV以下稱為低壓電容器，額定電壓在1KV以上的稱為高壓電容器。我國的低壓電容器的發(fā)展主要分為4個階段:50～60年代，我國采用油浸式電容器紙作為介質(zhì)，電容器元件為扁平元，液體介質(zhì)采用礦物油，電容器體積大、有功損耗高。二階段:70年代，我國采用金屬氧化膜替代電容器紙的應(yīng)用，液體介質(zhì)也大部分采用礦物油和樹脂，電容器元件為圓形結(jié)構(gòu)，有自愈能力，體積為一代電容器的40%，有功損耗也有顯著降低。第三階段:80年代，元件采用8um左右金屬氧化膜，內(nèi)充金屬天然油或樹脂，體積更加小，有功損耗降低為0.3W/

KVar，使用壽命在2-6年。第四階段:電容器逐漸向小型化、無油化和環(huán)保化發(fā)展，采用5～6um的金屬氧化膜，內(nèi)充SF6或N2氣體。具有防火阻燃體積小等優(yōu)點，使用壽命長達(dá)10年。低壓電容器有多種型號，由于在填充材質(zhì)和技術(shù)工藝的不同，不同的填充材質(zhì)之間有著不同的優(yōu)缺點。

2 電力電容器與系統(tǒng)電壓

電容器的作用可以用一個與水管連接的水塔來形象地描述。水塔可用來“存儲”水壓，當(dāng)供水系統(tǒng)的水泵供應(yīng)的水量超過城鎮(zhèn)所需水量時，多余的水將被存儲到水塔中。然后，當(dāng)水的需求量較高時，多余的水將從水塔中流出以維持水壓。電容器以同樣的方式存儲電子，并且以后可以再將電子釋放出來。首先分析聯(lián)電容器的作用，并聯(lián)電容器是一種無功補償設(shè)

備。通常(集中補償式)接在變電站的低壓母線上，其主要作用是補償系統(tǒng)的無功功率，提高功率因數(shù)，從而降低電能損耗、提高電壓質(zhì)量和設(shè)備利用率，常與有載調(diào)壓變壓器配合使用。電力電容器能夠發(fā)出容性無功，提高系統(tǒng)的電壓，式（2）為系統(tǒng)電壓降落的計算公式:

在式（2）中，QC為電容器發(fā)出的感性無功，可以減少線路上所傳輸?shù)臒o功，從而降低線路上的電壓降落，提高系統(tǒng)的節(jié)點電壓，這也是電容器提高電網(wǎng)電壓的基本原理。

對于串聯(lián)電容器而言，當(dāng)在線路中串聯(lián)電容器之后，則系統(tǒng)的電壓降落的計算公式如式（3）所示。

由式（3）可知，當(dāng)電容器作為串聯(lián)電容器使用時，可以減小線路的感性電抗，從而也能降低線路上的電壓降落，提高電網(wǎng)電壓。總體而言，采用電力電容器對系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性具有重要作用。

3 電力電容器在自動電壓調(diào)整中的應(yīng)用

近年來，隨著電網(wǎng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，自動電壓控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛，自動電壓控制系統(tǒng)是提高系統(tǒng)電壓水平和經(jīng)濟效益的重要手段[3]。隨著地區(qū)電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，用戶對電能質(zhì)量的要求也日益提高。在電力市場的機制下，采取手段降低網(wǎng)損、改善系統(tǒng)電壓水平，已經(jīng)成為直接關(guān)系電力企業(yè)自身經(jīng)濟效益的重要因素。電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制是保證供電質(zhì)量、滿足無功功率需求和系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的方法，同時也是減少線損、提高電網(wǎng)運行經(jīng)濟性的措施。

目前大多數(shù)地區(qū)電網(wǎng)采用分散調(diào)整的方式實施無功電壓控制，即在各變電站內(nèi)利用本身所具有的無功資源實施對變電站電壓無功控制。比較常用的方法是根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)在九區(qū)域圖上所處的位置來決定相應(yīng)的控制方案，調(diào)節(jié)變壓器的分接頭擋位或者投切電容器，從而保證電壓合格率和主變力率。隨著城網(wǎng)改造的進(jìn)行，越來越多電網(wǎng)中的電力電容器成套裝置投入使用。為了發(fā)揮調(diào)壓設(shè)備的作用，需要從當(dāng)前的人工調(diào)節(jié)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槔脤＜覜Q策系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的方式。發(fā)展電網(wǎng)閉環(huán)無功控制系統(tǒng)，可以顯著提高系統(tǒng)的電壓合格率，降低系統(tǒng)的網(wǎng)損。

4 安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

4.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

4.2產(chǎn)品選型

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

4.3產(chǎn)品實物展示

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

5 結(jié)束語

電力電容器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用歷史較長，在維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行方面發(fā)揮了重要的作用，隨著電容器無功補償技術(shù)的不斷發(fā)展，目前電力電容器成套裝置在系統(tǒng)無功補償方面的性能也更加*，保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，今天電

力電容器成套裝置的應(yīng)用范圍將更加廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡暉，張文嘉，萬振東，等.蘇州南部電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定問題及無功補償策略研究[J].電力電容器與無功補償，2017，38(1)：110-116.

[2]蔣文忠，俞峰，張康.電力電容器成套裝置對系統(tǒng)電壓的影響分析

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版

作者簡介：

霍麗麗，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。主要從事智能電力電容器產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用。