电容器讲座电子文档.doc

高压电力电容器的技术进展
1、 电容器的发展简史
2、 行业情况
3、 高压并联电容器
A 介质的进步
B 不同结构产品的比较
4、 并联补偿成套装置
A 无功补偿的基本原则
B 容量的确定
C 串联电抗百分率的选定
D 额定电压的校核
E 过电压能力
F 谐波放大和谐振校核
G 三相电容平衡的调节
H 装置保护的配置
I 装置的构成
J 装置的主要部件
K 电容器的例行维护
5、 电容式电压互感器
A 阻尼器 B 电抗器 C 中压
D 电容分压器电容量 E 在线监测谐波

电容器的发展简史
1745年来顿瓶问世，拉开了电容器历史的序幕。
1919年美国通用电气公司（GE）开创了电容器工业生产的先河，并用于改善电网的功率因数。
1958年我国正式开始电容器的规模生产（第一个五年计划项目）。

行业简况
国外
GE：大元件，外熔断器，成套供货；
ABB：ASEA+BBC。小元件，内熔丝；
COOPER：外熔断器、内熔丝；
其他：日本、意大利、法国、英国、印度。
国内
台湾约18家（以台北士林电机为最大，按GE技术生产）。
大陆约150家，其中能生产高压者仅占1/10。
按老规定：骨干企业2家（西安、桂林）
重点企业3家（北京、锦州、无锡）
定点企业13家
（牡丹江、太原、本溪、济南、济宁、南京、苏州、
上海、新安江、湘潭、武汉、重庆、温县即中原）

介质的进步
1、 极板材料
20世纪50年代以前，主要是锡箔，也比较厚。以后采用铝箔，厚度仅5 ~ 7μm。
2、 固体介质
20世纪30年代为电缆纸。以后才有电容器纸，其厚度一般是8 ~ 12μm。
20世纪60年代，出现了人工合成高分子材料----聚
丙烯薄膜。从此以后开启了聚丙烯薄膜和电容器纸搭配使用的新阶段----膜纸复合介质阶段。常用膜的厚度为9 ~ 18μm。
20世纪70年代又出现了膜表面经过特别处理的所
谓粗化膜。先是单面粗化，随后又有双面粗化产品，这就是全膜电容器阶段。
比特性等都有了更大程度的提高。例如，电容器
的介质损耗tgδ由0.4%下降至现在0.04%以下，使电容器的能耗下降了一个数量级！重量比特性由原来的2~3kg/kVar减少到0.1kg/kVar左右。
3、 液体介质
习惯上又称电容器油。其进展详情见下表。

油 的 进 展
名

称
矿

物

油
烷

基

苯
苯基
基乙二烷
甲@
苯
苯 乙
基 烷
乙 @
苯
基
异
丙
基
联
苯
苄
基
甲
苯
苄 二
基 苯
甲 基
苯 乙
加 烷
代 号
MO
AB
PXE
PEPE
IPB
MBT/DBT
MBT+DBE
商品名称

S油

Wemcol
C101
SAS--40
产品代号
Y
W
F
F
B
A
S*
国 别
美国
中国
日本
中国
美国
法国
日本
国 内
使用年代
至80年 代
1975 年
以 后
1975年
以 后
1990年
以 后
1980 ~
1990年
1982 年
以 后
1992年
以 后
凝固点℃
-45
-60
-48
-72
-50
-67
-70
相对粘度
℃ +40
-40
+30
(7.69)
+30
(3.60)

1.96
5769.2

1.53
26.7
+20/-30
(1.42/
108.59)

1.38
133.8

1.0**
19.7
芳香指数
~0.1
0.167
0.44
0.50
0.56
0.645
0.678
吸气能力

69
71

85
100**
介电系数
80℃

2.20

2.25

2.50

2.53

2.54

2.66

2.50
毒性,LD50
无毒
无 毒
无 毒#
无 毒#
无 毒#
无 毒#
无 毒#
注1：1975~1985年间个别厂曾用过硅油，代号G，介电系数约2.7；
2：多氯联苯（PCB）因巨毒于1972年禁止生产；
3：*系临时命名；
4：**系参照基准值；
5：#表示无累积效应，可生物降解；
6：@二者同属于二芳基乙烷系列。

不同结构产品的比较
A、 单台（铁壳）式
有内熔丝和外熔断器双重内部故障保护，安全可靠，备品价廉，易更换。220kV以上变电站基本上只用这类产品。安装工程量大，巡视麻烦（但直观）。
B、 集合式
安装方便，维护简单，一般占地少。但国外仅有日本用！
但是日本已停止生产2年了。主要不足之处：产品本身对地击穿（闪络）无保护措施，即自身保护设计上有“死区” ；内熔丝动作到一定根数后产品就会投不上，一般只能返厂修理。
C、 箱式
大油箱内直接放置电容器芯子，即无小铁箱壳。单台容量很大，但是，一旦内部出现局部击穿，有碳黑析出时，整台产品可能报废！
D、 半封闭式
导电部分封闭，接地部分外露，电容器卧放，有外熔断器。它介于A和B之间。
E、 干式 自愈性。若自愈失效？！常规保护？μs!!
F、 充气式
实为集合式大油箱内的油换成气体（N2 或 SF6），里面小铁壳内还是充油的（即油浸式电容器）。

无功补偿的基本原则
A、 按功率因数（0.80，0.85，0.90）；
B、 按经济无功当量；
C、 按线损的降低效果（10kV线路5km以上，功率因数不足0.9，在线路2/3处装设）；
D、 按系统母线电压的升高
（~2%/组，或小于分接头的一档）；
E、 按主变容量（10~30%）；
F、 按就近、就地的原则；
G、 两组及以上带不同串联电抗百分率的电容器并列运行时，串联电抗百分率大的一组要先投后切；
H、 多组电容器并列运行时，按九域图自动投切。
↑COSφ(or Var)

上限

下限
7
8
9
4
5
正常情况
6
1
2
3
下限 上限 U→

容量的确定
1 按前述的补偿原则和避开谐振点的要求确定补偿总容量和分组容量。
2 按下面的原则计算单台容量：
A、 按照电容器的爆破能量，kJ；
B、 按照电容器内部故障后备保护的要求；
C、 按照电容器投运率的要求；
D、 按照最佳安全运行状况的要求。

串联电抗百分率的选定
β =ωL / (1/ωC)
1、 基本无谐波时，取0.5 ~ 1.0%；
2、 仅有5次谐波，取4.5 ~ 6.0%；
3、 仅有3次谐波，取12 ~ 13% 。（GB50227-95？）
4、 电抗器的位置

额定电压的校核
按下式计算：
1.1√3Un/K≥Um
即 Un≥KUm/1.1√3
Un---电容器的额定电压，kV；
Um---系统最高运行电压，kV；
K---串联电抗器接入后，电容器端电压抬高的倍数。
请注意，串入不同电抗百分率的电抗器后，电压抬高的倍数如下： k = 1 /（1-β），
1 /（1-β）≠ 1+β！

电容器的过压能力
按国家标准GB/T 11024.1—2001的规定：
1.10Un：长期运行；
1.15Un：24小时内允许30分钟；
1.20Un：轻负荷时的电压升高，允许5分钟；
1.30Un：轻负荷时的电压升高，允许1分钟。
高于1.15Un的过电压，在电容器的整个寿命期限内不允许超过200次！

谐波放大和谐波校核
一般按电流源等值回路计算：

Icn = In /（1 + k） Isn = kIn /（1 + k）
k =（nXL + Xc/n）/ nXs
式中：Icn—流入电容器支路的谐波电流；
Isn---流入电容器系统的谐波电流；
In----谐波源流出的电流；
XL-----串联电抗； Xc---容抗；
Xs---系统的短路阻抗。
k＜0，谐波放大；
k＞0，正常并补；
k＝0，滤波；
k＝－1，并联谐振！！
具体谐振点的计算：
n ≈ √（Sd/Qc）
式中：Qc----电容器的容量；
Sd-----母线对地短路容量；n---谐振谐波次数。

三相电容的平衡调节
这是一项既简单又极其重要的工作，做得不好，会使继电保护失出必要的前提，影响电容器的安全运行。
只要认真的在“纸上谈兵” ，几分钟就可完成任务。具体做法是，先将待安装的电容器用粉笔临时编号，然后记下它们的电容，在纸上进行分相，尽量减小各相间的偏差，最好调节到最大最小二者之差小于1%，甚至于0.5% 。这时方可按调定的方案分相上架安装，最后正式用油漆编号。

装置保护的配置
1、通用保护：过电压、过电流、过流速断、失压（欠压）；
2、电容器内部故障后备保护：
3、开口三角电压（单Y）、中线不平衡电流（双Y）、纵向
差压、横向差流（桥差）等；

开口三角（零序）电压保护一次接线图 差压保护一次接线图

桥差保护一次接线图 中线不平衡电流保护一次接线图
图中：QF-断路器、QS-隔离刀闸、FV-氧化锌避雷器、FD-放电线圈、RD-喷逐式熔断器、L-串联电抗器、C-并联电容器、TA-电流互感器。

4、过负荷保护、对地保护：

5、 整定值的确定
下图（每个元件上都串有内熔丝，为简化计图中未画出）是电容器内部结构示意图，设串联数为S，每个串联段内的并联数为P，则当某串联段内有一个元件击穿时（如图b），与它并联的完好元件上的电压就会升高。

在星型接线中，忽略中性点的漂移，则不难得出x根熔丝动作后，完好元件上的过电压倍数K可用下式描述：
K = PS / [S(P-x) + x]
一般取K值为 1.15 ~ 1.5作为整定值的计算依据。在确定元件击穿根数后，根椐相关的公式，便很容易得出各种保护下所需要的不平衡电压或电流值。此外，也可由上式得出：
x = PS(K-1)/K(S-1)

如果电容器的内部接线不是简单的先并后串，上述公式则不适用，那时要根据具体接线另行推导新的公式。

并联电容器成套装置
一般由断路器、隔离开关、并联电容器、熔断器、放电装置、串联电抗器、避雷器、母排、支柱绝缘子及钢结构支架构成。下面就取其重要内容逐项加以说明。
装置的主要部件
1、 断路器：不弹跳、三相尽可能同步动作、不重燃！六氟
化硫开关好于真空开关。

真空开关分闸时电容器组开口三角电压波形

电容器组合闸过电压倍数 电容器组分闸过电压倍数
概率分布 概率分布

SF6气体的状态参数
2、 串联电抗器：空芯好于铁芯（含干式和油浸式），磁屏
蔽式好于半芯式，前置优于后置。

5000kVar 300MVA 5次
限制谐波(<In/2)进入电容器支路的参数对照表
参数名称
参 数 取 值
背景谐波
3次
3次
5次
5次
5次
β，%
12.0
13.0
4.5
5.0
6.0
QC/Sd，<
0.0089
0.0189
0.005
0.010
0.020
3、 放电装置：一般用放电线圈（干式和油浸式）；杆式和
几百千乏的小容量可用内置放电电阻。
4、 避雷器：现在只用氧化锌一种。要校核方波通流容量。
多种结线方式要慎重选取。

5、 喷逐式熔断器：小的容性电流可靠动作为主，大的极限
感性电流开断为辅。二者兼备更佳。
一般按被保护电容器额定电流的1.5 ~ 2.0(+In)倍选配。

电容器的例行维护
1、 切忌频繁打耐压，即使按标准规定值（0.75×2.15Un）打也不合适。因为这个折扣值仍高达1.6125倍额定电压！打多了会给电容器带来内伤，构成隐患。
2、 一般以定期（或非正常跳闸后）测电容和对地绝缘电阻为好。
3、 有条件时可测（或抽检）电容器的介质损耗。
4、 定时清扫瓷套（污秽区），并逐个检查每个电气联结处的螺母有无松动！！！
5、 加强对温升偏高的电容器的监测。

电容式电压互感器
电容式电压互感器由电容分压器和电磁装置组合而成。电容分压器部分的技术进展情况大多与前面提到的相同或相近，只是最好不要用全膜介质，这个问题与介质的电容温度系数亦即精度有关。故不再赘述。
电容式电压互感器的进展主要反映在电磁装置上。重大的有以下几方面：
1、 阻尼器。
先后采用过电阻式、谐振式和速饱和电抗器式三种。这方面的进步，不仅使该产品对电磁式电压互感器的优势地位更加明显（特别是在铁磁谐振和瞬变响应方面），而且为该产品负载能力的大幅度提高创造了必不可少的条件。
新近又有一种半导体阻尼器问世，它是双向可控硅与电阻串联而成。
速饱和式：电压为0.8U1N、1.0 U1N和1.2 U1N而实际负荷
为零时,可在二次端子短路后又突然消除短路，其二次电压峰值在0.5秒内恢复到与正常值相差不大于5 %（标准是10 %）的电压值；
额定电压下高压端子对接地端子发生短路后，二次
输出电压可在额定频率的一个周期内衰减到短路前电压峰
值的5 %（标准是10 %）以下。
半导体式：对抑制铁磁谐振则与速饱和式相同（有时还
快一点）。对瞬变响应几乎一次电压短路的同时，二次电压降为零。
2、 电抗器。
即与中压变压器一次线圈相串联的补偿电抗器。它的铁芯结构、电抗值的调节方式，都直接影响电容式电压互感器的性能，特别是精度的稳定性。
3、 中压。
我国的传统产品一般沿用原苏联的设计，取13 kV。
但是，为了提高输出伏安数，现在大多将此值升高至20 kV左右。当然，35kV级，或者输出负荷要求不很高时，也可取较低的值。
4、 电容分压器电容量。
以110 kV级而论，老产品的电容量通常小于0.01
μF，现在为了配合输出容量的要求，已将此值加大到0.01 ～ 0.04μF。也就是说，可以确保500 kV 级产品的电容量达到0.01μF及以上。这就为各个电压等级产品的输出调控开了方便之门。
5、在线监测谐波。
5.1 可以测谐波?!
近来有人声称他们的CVT可以在线监测谐波！这个说法要加以解释才能明确。如果说可以测谐波，那必须对该台CVT的精度预先在各个频率下进行校对，画出精度修正
曲线，然后按照此曲线解读实测值，否则必然得出极不准确的读数。因为不加修正，CVT是不能用来测谐波的。它的变比会随频率的变化而变化，见下图，这是国外报道的，其变化范围大致在0.25 ～ 3.0之间。
5.2 变比与频率的关系曲线

5.3 加串一个电容器
又有人说，只要在端子排上增加一个端子，在分压电容器下面再串一个电容，便可进行测量。但这时，它的二次绕组的精度也就不可能正确反映工频电压的数值了，保护也可能误动作。

5.4 采用专用电容分压器
其实，要解决在线监测谐波的问题，可以另配一台价廉的电容分压器，就完全可以解决问题。
以上观点，纯系个人一孔之见，疏漏甚至谬误之处在所难免，敬请批评指正。

并联电容器型号：
B □ □ □ □-□-□W
户外
相数
额定容量，kVar
额定电压，kV
设计序号
固体介质代号：F--复合介质，M--全膜
液体介质代号（见表）
并联电容器
举例说明：
BFF11/√3—334---3W
BAM211/√3—200---1W
并联补偿成套装置型号：
T BB □ - □ / □ - □ □ W
户外
保护方式（见表）
一次接线方式:
A单星; B双星
单台容量，kVar
额定容量，kVar
额定电压，kV
并联补偿
成套装置
保护方式
零序电压
纵向差压
中线差流
横向桥差
代 号
K
C
L
Q
举例说明：
TBB10---3000/100---AKW TBB10---3600/100---ACW
TBB10---6000/100---BLW TBB10---7200/100---BCW
TBB210---8400/100---BQW
耦合电容器型号：
OWF110/√3—0.01H
电容式电压互感器型号：
TYD110/√3—0.01H
TYD2110/√3—0.01H