淺談電力電容器成套裝置對電網系統電壓的影響

更新時間：2020-09-11

技術文章

淮亞利

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中具有廣泛的應用，對于保證系統電壓的穩定具有重要的作用。由于電力系統中的負載大多需要消耗無功功率，當系統電壓較低時需要采用電力電容器提升系統電壓，以保持系統電壓的穩定，為此本文對電力電容器成套裝置對系統電壓的影響進行了分析。

關鍵詞：電力電容器；成套裝置；系統電壓

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構成。當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組成。電力電容器是用于電力系統和電工設備的電容器，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彎制再行密封焊接而成。箱蓋上焊有引出線套管，箱殼兩側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連接而成。元件由聚丙烯薄膜作固體介質、鋁箔作極板卷制而成，箱殼內充滿性能優良的浸漬劑。電力電容器成套裝置在維持系統電壓正常方面發揮著很重要的作用，本文對此進行了分析。

1 電力電容器成套裝置概述

電力電容器分為串聯電容器和并聯電容器，它們都改善電力系統的電壓質量和提高輸電線路的輸電能力，是電力系統的重要設備。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用[1]。電力電容器在減少系統功率損耗、提高功率因數、降低運行電流、提升電網電壓、釋放變壓器使用裕度等方面有著顯著效果，式（1）為系統的有功損耗的計算公式:

由式（1）可知，QC 為電容器發出的容性無功，可以減少線路上所傳輸的無功功率，從而可以降低系統的有功功率損耗。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，電容器元件為扁平元，液體介質采用礦物油，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用，液體介質也大部分采用礦物油和樹脂，電容器元件為圓形結構，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、無油化和環保化發展，采用5～6um的金屬氧化膜，內充SF6或N2氣體。具有防火阻燃體積小等優點，使用壽命長達10年。低壓電容器有多種型號，由于在填充材質和技術工藝的不同，不同的填充材質之間有著不同的優缺點。

2 電力電容器與系統電壓

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，當供水系統的水泵供應的水量超過城鎮所需水量時，多余的水將被存儲到水塔中。然后，當水的需求量較高時，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。首先分析聯電容器的作用，并聯電容器是一種無功補償設

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的無功功率，提高功率因數，從而降低電能損耗、提高電壓質量和設備利用率，常與有載調壓變壓器配合使用。電力電容器能夠發出容性無功，提高系統的電壓，式（2）為系統電壓降落的計算公式:

在式（2）中，QC為電容器發出的感性無功，可以減少線路上所傳輸的無功，從而降低線路上的電壓降落，提高系統的節點電壓，這也是電容器提高電網電壓的基本原理。

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

由式（3）可知，當電容器作為串聯電容器使用時，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，提高電網電壓。總體而言，采用電力電容器對系統電壓的穩定性具有重要作用。

3 電力電容器在自動電壓調整中的應用

近年來，隨著電網控制技術的不斷發展，自動電壓控制系統在電力系統中的應用十分廣泛，自動電壓控制系統是提高系統電壓水平和經濟效益的重要手段[3]。隨著地區電網的不斷發展，電網結構日趨復雜，用戶對電能質量的要求也日益提高。在電力市場的機制下，采取手段降低網損、改善系統電壓水平，已經成為直接關系電力企業自身經濟效益的重要因素。電力系統電壓和無功功率控制是保證供電質量、滿足無功功率需求和系統電壓穩定的方法，同時也是減少線損、提高電網運行經濟性的措施。

目前大多數地區電網采用分散調整的方式實施無功電壓控制，即在各變電站內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系統當前的運行狀態在九區域圖上所處的位置來決定相應的控制方案，調節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。隨著城網改造的進行，越來越多電網中的電力電容器成套裝置投入使用。為了發揮調壓設備的作用，需要從當前的人工調節方式轉變為利用專家決策系統進行自動調節的方式。發展電網閉環無功控制系統，可以顯著提高系統的電壓合格率，降低系統的網損。

4 安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

4.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導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，適應現代電網對無功補償的更高要求。

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、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現過零投切，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產品選型

AZC系列智能電容器選型：