高压电容器补偿装置存在问题及改进策略

高压电容器补偿装置存在问题及改进策
略
摘要：近年来随着国民经济的持续增长，社会总体用电需求在飞速增长，我国电网规模也随之迅速扩大。

配电网依靠投切电力电容器调节无功，降低损耗同时提高电能质量。

频繁投切产生冲击涌流和谐振过电压，会引起电容器过压、过流、过热和严重放电等现象，据统计并联电容器组内部元件损坏、熔丝熔断故障时有发生。

本文主要对高压电容器补偿装置存在问题及改进策略进行论述。

关键词：高压电容器；补偿装置；存在问题；改进策略
引言
在现代化工业建设过程中，交流电动机运行过程中的耗电量占据了工业生产总用电量的80%左右，大量电动机投入使用，必然会消耗大量感性无功，而并联电容器补偿装置的使用则能够将可调节的容性无功提供给电网，以此来起到提升电压、降低损耗的作用，因此，并联电容器补偿装置在诸多工厂中得到了广泛使用。

但是这一装置在应用时，仍存在诸多问题急需解决。

1高压电容器补偿装置存在问题
1.1高压并联电容器故障
熔断保护最为显著的特点是借助熔断器反应时限这一特性来进行快速熔断，以此来及时隔离故障电容器，控制事故发展，为其他无故障电容器的正常运行提供保障。

继电保护与之相比动作时限更长。

因此，当前高压并联电容器故障保护中应用的保护方式以熔断保护为主，继电保护为后备措施。

当前这一保护形式得到了十分广泛的应用，但是也有人对此提出不同意见。

例如，有人提出当前熔断器的性能尚不能作为电容器的主保护，可能出现拒动或误动等问题，所以对高压并联电容器的保护效果并不理想。

因此主张取消熔断器，将继电器保护作为高压
并联电容器的主保护措施。

因为继电器保护较于熔断器保护来说，出现误动以及
拒动等问题的概率更小，能够达到良好的保护效果，避免出现容器外壳爆裂等严
重问题。

1.2电源电压波形畸变造成电容器过流
在电力系统中，由于大功率可控硅整流器、变频器、逆变器、开关电源及晶
闸管系统等电力电子设备的广泛应用，电解工艺变压器铁芯的饱和等，都会使电
源电压的波形发生畸变。

凡是非正弦波电压，均可分解为基波和各种信频的高次
谐波。

由于容抗与频率成反比，所以谐波次数愈高，对该次谐波电压表现出的容
抗愈小，该次谐波电流就愈小，某次谐波电流所造成电流波形畸变，远比电压波
形的畸变严重。

尤其是，当并联电容补偿装置，其电容与输电线和变压器的电感
形成振荡回路时，还可能出现电流谐振，该谐振电流将使流入电容器的电流有效
值成倍增长，造成屡断熔丝使电容器无法投入。

2高压电容器补偿装置存在问题的改进策略
2.1外熔丝+内熔丝+继电保护
这一保护方式是将外熔丝与内熔丝结合起来，搭配继电保护一同使用的一种
保护方式，所以这一保护方式较于以上两种保护效果最佳。

因为可能导致极间短
路的因素有很多，例如套管外绝缘短路、极间介质绝缘击穿等原因都会到会短路
故障，再加上故障电流不会经过内熔丝，也就处于内熔丝保护机制的死区。

在此
基础上，因为电流峰值较大且衰减速度是比较快的，继电保护也难以将自身的保
护作用充分发挥出来。

针对这一问题就需要结合外熔丝保护来达到切断故障电流
的目的，从而起到对其他元件的保护作用。

采取外熔丝结合内熔丝并配合继电器
保护这一保护方式，能够将外熔丝、内熔丝以及继电保护等保护方式的优势作用，充分发挥出来，以此来对同一电路中其他高压并联电容器的正常运行起到良好的
保护作用。

2.2串接电抗器消除谐波危害
串联电抗器可以限制电容器组合闸涌流、抑制电力谐波、避免电容装置的接
入对电网谐波的过度放大而发生谐振等重要作用。

一般采用在电容器组的每相内
串接一个电抗器来限制电流，使电容器的合成电抗对于高次谐波而言，变成感性
电抗，从而根本上消除了产生谐振的可能。

电抗器参数选择常用思路：在设计并
联电容器时，为了抑制系统5次及以上的谐波，常选择串联4.5%-6%的电抗器；
为了抑制系统3次及以上谐波，常选择串联12%-13%的电抗器。

为了消除谐波对
电容器的危害，在安装前应对系统进行一次全面测试，针对系统中实际存在的谐
波情况，按需配置：当系统中3次谐波含量已超过或接近于标准限值时，宜选用
串联12%-13%的电抗器；当系统中5次谐波含量已超过或接近于标准限值时，宜
选用串联4.5%-6%的电抗器；当系统中谐波以3次、5次成分为主，且两者含量
均较大时，宜采用电抗率为12%-13%与电抗率为4.5%-6%的电抗器混装方式或采
用串联3%左右的电抗器。

2.3高压并联电容器投切开关重击穿抑制技术
高压并联电容器在电力系统中具有补偿无功消耗的功能。

但是在其投切过程
中易出现重击穿问题，如在其未接通状态下，电容器电路中无电流，而在电容器
合闸的一瞬间，电网中的电流流入电容器，并且电路此时的阻抗较小，会产生较
大的合闸涌流现象，进而引起电容器电路的重击穿问题，导致电路上的装置和设
备被损坏。

所以，应通过对高压并联电容器投切开关重击穿抑制技术的研究分析，对合闸涌流或分闸过电压进行有效抑制，以保护并联电容器的安全可靠运行。

在
电力系统中应用真空断路器投切电容器发生合闸涌流后，过大的电流会损坏电路
上的设备，尤其是断路器上的金属触头，在烧蚀后引起触头接触不良，电场分布
不均，会形成更高的电流，使断路器在切除电容器时形成过大电压，最终由合闸
涌流引起重击穿。

而在电容器上安装预充电装置，在电路合闸之前，完成三相电
路中某个或几个电容器充电，使投切开关在合闸后暂态分量最小，三相电路中的
电流直接进入稳态，形成对合闸涌流的抑制作用。

2.4自动化控制系统中的无功补偿技术
通过对MSC无功补偿技术的应用进行分析可知，在系统运行时，主要通过机
械开关的闭合控制，进而实现对电容器组的运行控制，该系统具备自身检测功能，
可在电气自动化控制运行中发挥出相应的无功补偿作用。

工作人员在对电容器组
的开关进行控制时，可基于系统的自动化检测，进而了解到具体线路产生的无功
公路，进而实现对交流接触器的合理调节，完成对相关运行线路的无功补偿。

鉴
于交流接触器触点运行的特殊性，无法基于检测结果进行快速反应，导致无功补
偿存在一定的时滞性。

同时，在频繁切换接触器时，很可能导致接触器的表面出
现电弧，进而引发电器火灾，给电气自动化控制系统的安全运行造成巨大影响。

本文认为，由于MSC无功补偿装置运行的特殊性，若电气自动化控制系统的负载
相对较小、系统控制变动相对较少时，则可以考虑采取该种无功补偿装置。

因为
系统运行负载较高、变动频率频繁时，将对MSC无功补偿装置产生一定的损坏，
诱发相关的电力事故。

为避免上述问题的出现，在实际电网进行无功补偿时，应
选择最为适合的无功补偿技术方案。

结语
在高压并联电容器补偿装置应用过程中，采用正确的启动方式，促进设备利
用率的显著提升，节省设备维护成本，为企业资金周转以及长远发展奠定基础。

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