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并联电容器装置设计规范条文说明

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2020年4月19日
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并联电容器装置设计规范 (条文说明)
中华人民共和国国家标准
并联电容器装置设计规范
GB 50227—95
条文说明
主编单位:电力工业部西南电力设计院
1 总则
1.0.1 本条为制订本规范的目的。
本条强调并联电容器装置设计要贯彻国家的基本建设方针,体现中国的技术经济政策,技术上把安全可靠放在首位,在设计的技术经济综合指标上要体现技术先进,同时要为运行创造良好的条件。
1.0.2 本条规定了本规范的适用范围。
本规范的重点是对高压并联电容器装置设计技术要求作规定。用户的低压无功补偿,基本上是选用制造厂生产的低压电容器柜而极少作装置的整体设计,因此,对低压并联电容器装置仅在电容器柜设备选型和安装设计方面作了必要的技术规定供遵循。
1.0.3 本条为并联电容器装置设计原则的共性要求。工程设计要考虑各自的具体情况和当地实践经验,不能一概而论。本规范的一些条文规定具有一定的灵活性,要正确理解,合理运用。
1.0.4 为使并联电容器装置的设备选型正确,达到运行可靠,本条强调设备选型要符合国家现行的产品技术标准的规定。这些标准有<低电压并联电容器>、<高电压并联电容器>、<串联电抗器>、<集合式并联电容器>、<低压并联电容器装置>、<高压并联电容器装置>,以及<高压并联电容器技术条件>、<高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件>、<高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件>等行业标准。
1.0.5 本条明确了本规范与相关规范之间的关系。本规范为高压并联电容器装置设计和低压电容器柜选型与安装设计的统一专业技术标准。除个别内容在本规范中强调而外,凡在国家现行的标准中已有规定的内容,本规范不再重复。
2 术语、符号、代号
本规范为新编国家标准,为执行条文规定时正确理解特定的名词术语的含义,列入了一些术语,以便查阅。同时,将条文和附录中计算公式采用的符号和图例中的代号纳入本章集中列出。
条文和附录中计算公式的符号按本专业的特点和通用性制订。
附录中图例的图形符号,是参照国家标准<电气技术中的文字符号制订通则>的规定和本专业的特点制订的。
3 接入电网基本要求
3．0．1 本条是高压并联电容器装置设计的总原则。
电容器是无功负荷的主要电源。无功电源的安排,应在电力系统有功规划的基础上,进行无功规划。原则上应使无功就地分区分层基本平衡,按地区补偿无功负荷,就地补偿降压变压器的无功损耗,并应能随负荷(或电压)变化进行调整,避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率,以减少由于无功功率的传送而引起的电网有功损耗。
3．0．2 本条是并联电容器装置总容量的确定原则。
对每个变电所来讲,原则上应配置一定的无功补偿容量。有的是感性,有的是容性,本规范主要针对容性无功补偿,变电所配置无功补偿容量应根据无功规划,调相调压计算来决定。计算原则主要是按照<电力系统电压和无功电力技术导则>。导则规定,220kV变电所的35-110kV母线允许电压偏差值:正常运行方式时为相应系统标称电压-3％~+7％。<全国供用电规则>规定了负荷的功率因数。由高压供电的工业用户和装有带负荷调整电压装置的高压工业用户,功率因数为0．90以上。
据调查,220kV变电所中电容器安装容量占主变容量比例各地略有不同,电容器装设较多的东北和华北地区, 比例为10％～20％的占多数。华中电网, 比例在20％以上占多数。上海地区220kV变电所,装设的电容器的比例为10％～25％。西南地区,由于超过高压线路少,无功缺额较大,装设的电容器比例基本上在25％左右。因此,如没有进行调相调压计算,一般情况下,电容器容量可按主变压器的容量的10％～30％确定,这与<电力系统电压和无功电力技术导则)中的规定也是相等的,这就是不具备计算条件时估算电容器安装总容量的简便方法。
3．0．3 变电所装设无功补偿电容器的总容量确定以后,一般将电容器分组安装,分组的主要原则是根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素来确定。第3．0．2条包含了按系统电压和功率因数的要求确定电容器的总容量,分组容量投切时也能满足系统电压的要求。因此本条不规定电压波动范围。
各分组电容器投切时,不能发生谐振。谐振会导致电容器组产生严重过载,引起电容器产生异常声响和振动,外壳变形膨胀,甚至因外壳爆裂而损坏。为了躲开谐振点,设计的电容器组在安装前,最好能测量系统原有谐波含量。分组电容器在各种容量组合时应能躲开谐振点,初次投运时应逐组测量系统谐波分量变化,如有谐振现象产生,应采取对策消除。
分组容量在不同组合下投切,变压器各侧母线的任何一次谐波电压含量不应超过现行的国家标准<电能质量—公用电网谐波>中的谐波标准规定,标准中规定的谐波电压限值见表1。

3. 0. 4 如高压并联电容器装置装设在主变压器的主要负荷侧,能够获得显著的无功补偿效果,降低变压器损耗,提高母线电压。一般220kV地区变电所的主要负荷在110kV侧,东北地区则在66kV侧。由于配套设备的原因,把电容器装在110kV电压等级尚不具备条件,因此,在220kV变电所的三绕组变压器的低压侧安装电容器的情况比较多。当前,10kV电容器装置的配套设备较为齐全,已形成了系列化,设备费也比较便宜,因此,大部分电容器组是装在10kV侧。110kV变电所的主要负荷侧一般在35kV侧,这种情况如把电容器依然装在10kV侧,则是不适当的。因此,当变电所的主要负荷在66kV及以下时,设备能够配套,应把无功补偿的电容器装在主要负荷侧,以便提高经济效益。
3. 0. 5 本条规定的目的是为了提高补偿效果,降低损耗,防止用户向电网倒送无功。
3. 0. 6 低压无功补偿采取分散补偿的原则利于降低线损和获得显著的技术经济效益,所有低压电力用户均应遵守这一原则。为了满足电网对无功补偿的要求,强调用户无功补偿的功率因数,应符合现行国家标准<全国供用电规则>的规定。
4 电气接线
4．1 接线方式
4.1.1 本条对高压并联电容器装置分组回路接入电网的三种方式及适用条件作了一般性规定。附录A中列出了三种接线方式图例。
(1)部分220kV变电所采用三绕组变压器,低压侧只接所用变压器和电容器组,属第一种接线方式,即附录A中图A．0．1—1,这种接线方式比较常见。
(2)—条母线上既接有供电线路,又接电容器组,在电业部门和用户的变电所、配电所中相当多采用这种接线方式,属第二种接线方式,即附录A中图A．0．1—2。
(3)由于母线短路电流大,电容器组又需要频繁投切,若分组回路采用能开断短路电流的断路器,则因该断路器价格较贵会使工程造价提高,为了节约投资可设电容器专用母线。电容器总回路断路器要满足开断短路电流的要求,分组回路采用价格便宜的真空开关,满足频繁投切要求 而不考虑开断短路电流,即附录A中图A．0．1—3的方式,这种接线方式比较少见。
变电所中每台变压器均应配置一定容量的电容器以补偿无功,因此并联电容器装置不宜设置专用旁路,使接入一台变压器的并联电容器装置能切换投入到另一台变压器下运行。否则,会造成电气接线复杂、增加工程造价,而并未带来经济效益。
4．1．2 本条以两款分别规定了高压电容器组的接线方式和每相及每个桥臂的接线方式。
(1)据调查,国内运行的电容器组有两类接线:三角形类(单三角形、双三角形);星形类(单星形、双星形)。在电业部门以单星形接线最多,例如,截至1988年末东北电网局属变电所中有电容器346组,其中单星形接线259组,占74．9％,双星形接线11组,还有76组是过去遗留下来的三角形接线。在工矿企业却大量存在三角形接线电容器组。当三角形接线电容器组发生电容器全击穿短路时,即相当于相间短路,注入故障点的能量不但有故障相健全电容器的涌放电流,还有其它两相电容器的涌放电流和系统的短路电流。这些电流的能量远远超过电容器油箱的耐爆能量,因而油箱爆炸事故较多。全国各地发生了不少三角形接线电容器组的爆炸起火事故,损失严重。而星形接线电容器组发生电容器全击穿短路时,故障电流受到健全相容抗的限制,来自系统的工频电流将大大降低,最大不超过电容器组额定电流的三倍,而且没有其它两相电容器的涌放电流,只有来自同相的健全电容器的涌放电流,这是星形接线电容器组油箱爆炸事故较低的重要原因之一。在操作过电压保护方面,三角形接线电容器组的避雷器的运行条件和保护效果,均不如星形接线电容器组好。因此,国内比较一致的意见是舍弃三角形接线,采用单星形或双星形接线。1985年以后,电业部门执行统一的部颁设计标准,新(扩)建电容器组均未采用三角形接线。工矿企业与民用部门,因受以前的影响和无统一标准,直到近期仍在设计安装三角形电容器组,因此,制订全国统一的设计标准后应纠正这种情况,除个别特殊情况而外,均要采用星形接线方式。
根据中国当前的设备制造现状,电力系统和用户的并联电容器装置安装情况,电容器组安装的电压等级为66kV及以下,而66kV及以下电网为非有效接地系统,因此星形接线电容器组中性点均不接地。
单星形接线与双星形接线比较,前者具有接线简单,布置清晰,串联电抗器接在中性点侧只需一台,没有发生对称故障(双星形的同相两臂发生相同的故障,如同时发生一台电容器极间击穿)的可能。因此,本条第1款规定的实质是电容器组接线要先考虑采用单星形接线,其次再考虑采用双星形接线。
(2)电容器组的每相或每个桥臂由多台电容器串并联组合连接时,工程中基本上都采用先并后串,由国外进口的成套设备也不例外。采用先并后串方式时,当一台电容器出现击穿故障,故障电流由两部分组成:来自系统的工频故障电流;其余健全电容器的放电电流,经过故障电容器的电流大,外熔丝能迅速熔断把故障电容器切除,电容器组可继续运行。如采用先串后并,当一台电容器击穿时,因受到与之串联的健全电容器容抗的限制,故障电流就比前述情况小,外熔丝不能尽快熔断,故障延续时间长,与故障电容器串联的健全电容器可能因长期过电压而损坏。而且,在电容器故障相同的情况下,先并后串方式的电容器过压小,利于安全运行。
4．1．3 根据低压电容器的结构性能和实际应用情况,国内外低压电容器组主要采用三角形接线,实际上三相产品的电容器内部接线就是三角形,低压电容器不同于高压电容器出现事故的主要原因不是由于接线。因此,三角形接线对低压电容器组是正常接线方式。
4．2 配套设备及其连接
4．2．1 本条主要明确高压并联电容器装置一般应具备的配套设备。在一定条件下,有的设备是能够不装设的。例如,单组电容器又无抑制谐波的要求,可不装设串联电抗器;当确认电容器组的操作过电压对电容器绝缘无害时,可不装设操作过电压保护用避雷器;当受到条件限制或运行单位接受检修挂接地线的方式时,接地开关也可不装设。高压电容器组与配套设备的接线图例,见附录A中图A．0．2。
4. 2. 2 为了使低压并联电容器装置满足安全运行要求,配套元件应齐备。本条规定的目的在于让用户在低压电容器柜选型时,核对产品的配套元件是否齐全。在一定条件下,有的元器件可不装设,如:当交流接触器或电容器本身具备限制涌流的功能时,可不另装设限流线圈;装设谐波超值保护时可不装热继电器。低压电容器柜的一次接线图例,见附录A中图A．0．3。
4. 2. 3 串联电抗器无论装在电容器组的电源侧或中性点侧,从限制合闸涌流和抑制谐波来说,作用都一样。但串接电抗器装在中性点侧,正常运行串联电抗器承受的对地电压低,可不受短路电流的冲击,对动热稳定没有特殊要求,可减少事故,使运行更加安全,而且,可采用普通电抗器产品,价格较低。东北地区某变电所曾发生过母线短路造成装在电源侧的串联电抗器油箱爆炸起火事故,其它地方也有过类似事故,应引以为戒。因此,本条规定串联电抗器宜装于电容器组的中性点侧。
当需要把串联电抗器装在电源侧时,普通电抗器是不能满足要求的,应采用加强型电抗器,但这种产品是否满足安装点对设备的动热稳定要求,也应经过校验。而且,加强型产品价格比普通型产品贵也是要考虑的。由此可见,串联电抗器装在电源侧运行条件苛刻,对电抗器的技术要求高,甚至高强度的加强型电抗器也难于满足要求。因此,不能认为加强型产品就一定能用于电源侧,这一点应特别注意。
在扩建工程中常遇到这种情况,原有的电容器组未配置串联电抗器,扩建的电容器组拟设置串联电抗器,设计时一定要进行谐波计算,避免扩建电容器组投运后产生过度的谐波放大或谐振。以前曾有过此种教训,今后工程中应予以避免。
4. 2. 4 本条规定强调喷逐式熔断器配置方式,应为每台电容器配一只。以前极少数工程曾采用过分组熔断器,即用一只熔断器保护几台电容器,这种方式熔断电流的配合难于达到保护电容器的目的,因此禁止采用。
4. 2. 5 电容器有两极,一端接电源侧,另一端接中性点侧。熔断器应该装在哪一侧合理,要分析具体情况,对10kv电容器组,电容器的绝缘水平与电网一致,电容器安装时外壳直接接地,对单串联段电容器组熔断器,应装在电源侧。这是因为:保护电容器极间击穿,熔断器装在电源侧或中性点侧作用都一样。可是,当发生套管闪络和极对壳击穿事故时,故障电流只流经电源侧,中性点侧无故障电流,因此,装在中性点侧的熔断器对这类故障不起保护作用。另外,当中性点侧已发生一点接地(中性点连线较长的单星形或双星形电容器组均有可能),这时若再发生电容器套管闪络或极对壳击穿事故,相当于两点接地,装在中性点侧的熔断器被短接而不起保护作用。调查中发现,有少数工程可能是为了安装接线方便,把熔断器装在中性点侧,这应予以纠正。对多段串联安装在绝缘框(台)架上的电容器组,如把熔断器都装设在电容器的电源侧,对双排布置的电容器组产生巡视和更换不方便;如熔断器都安装在每台电容器的中性点侧,特殊故障也不能起保护作用。因此本条对熔断器的装设位置作的规定既考虑了保护效果又照顾到了运行与检修方便。
4. 2. 6 电容器是储能元件,断电后两极之间的最高电压可达√2UN(UN为电容器额定电压有效值),最大储能为CU2N,它不能靠自身的高绝缘电阻放电至安全电压。电容器放电有两种方式:内部装放电电阻;外部装放电器。虽然有内放电电阻的电容器组,电容器脱离电源后,也能在一定的时间里将剩余电压降到允许值。无内放电电阻的电容器组必须配置放电器,使电容器脱离电源后迅速将剩余电压降低到安全值,从而起到避免合闸过电压,保障检修人员的安全和降低单相重击穿过电压的作用。因此,放电器是保障人身和设备安全必不可少的一种配套设备。
当前,66kV电压用放电器尚无产品,采用有内放电电阻的电容器,放电时间能满足手动投切要求,不强求其装放电器。但要注意:内放电电阻的放电速度较慢,电容器组停电后再次投入的间隔时间,要满足剩余电压降到低于0．1倍电容器额定电压及以下。35kV及以下已有专用放电器的系列产品,工程设计时均应配置放电器。
4．2．7 据调查,工程中采用的放电器接线有4种方式:V形、星形、星形中性点接地和放电器与电容器直接并联。当前在工程中用得最多的是前两种。东北电力试验研究院对放电器接线方式进行了研究,星形电容器组,在同等条件下,断路器开断1s后电容器上的剩余电压值如表2所示。

从表2能够看出,放电器采用序号1和序号2两种接线方式效果好,虽然从剩余电压数值来看都—样,但两种接线方式有实质性的差别:当两种接线方式的放电器,二次线圈都接成开口三角形,序号1的开口三角电压,能准确反映三相电容器的不平衡情况;序号2的开口三角电压反映的是三相母线电压不平衡,不能用于电容器组的不平衡保护。因此,当放电器配合继电保护用时,应采用序号1接线。序号3接线在断路器分闸时将产生过电压,可能导致断路器重击穿,东北地区某变电所投产试验中已测出了这种过电压(在断路器无重击穿的情况下,对地过电压达2．4倍),其原因是L、C回路谐振所致。因此,序号3接线禁止采用。序号4接线放电效果差,当放电回路断线则将造成其中一相电容器不能放电,虽然这种接线能够少用一相设备亦不宜采用。
应当强调:放电器回路要完整,不允许在放电回路中串接熔断器(单台电容器保护用熔断器不在此例)或开关,为了保证人身和设备安全,不能因某种原因使放电回路断开而终止放电,条文中的直接并联,含义就在于此。
4. 2. 8 根据东北电力试验研究院对三角形接线电容器组的放电器接线方式所作的测试研究,采用三角形接线和不接地星形接线放电效果好。基于第4．2．7条相同原因,放电器件不能采用中性点接地的星形接线。V形接线虽然简单但放电效果差,且放电回路断线则造成其中一相电容器不能放电,也不宜采用。据了解,少数低压电容器柜的放电回路中串接开关辅助接点,运行时断开,停电时接通,发生过接点烧坏事故,不应采用这种做法。
4. 2. 9 放电器往往不能将电容器上的残留电荷放泄殆尽,为确保检修人员人身安全要作检修接地。装设接地开关在检修时接地比临时挂接地线方便,接地开关还可装设防止误操作的机械或电气连锁,提高安全可靠性,因此,本条推荐采用装接地开关方式。
需要说明,星形接线电容器组经长时间运行后中性点积有电荷,如仅在电源侧接地放电,中性点仍会具有一定电位对检修人员构成威胁。某供电局曾发生一例这样的事故:并联电容器装置停电检修,在电容器组的电源侧已挂了接地线,检修人员认为已有了安全措施,即开始进行检修工作,当手臂碰到中性点导体时发生了触电事故。为杜绝此类事故发生,检修工作进行前,短路接地放电应在电源侧和中性点侧同时进行。因此,装设接地开头或挂接地线均不能遗漏中性点。
还有一点应注意,当外部熔断器熔断或电容器内部连续线断线,在多段串联的电容器组内部个别脱离运行的电容器可能残留电荷,为保证安全,在接触这些电容器之前也应对地短接放电。
4. 2. 10 本条的三款内容是对电容器组操作过电压保护的设置和避雷器接线方式的原则性规定。

(1)在国家标准<交流高压断路器的开合电容器组试验>中,对无重击穿断路器定义为:”按本标准规定进行电容器组开断试验时不发生重击穿的断路器”,换句话说就是,在试验条件下所作的—定次数的开断电容器组操作中,未发生重击穿现象,所试验的断路器就可叫作无重击穿断路器。但无重击穿断路器其重击穿几率极小,如小于万分之一。事实上绝对不重击穿的断路器是没有的。因为,运行条件干变万化,过电压又随各种因素随机而产生,在电容器组运行中的无数次操作中性能很好的开关也难免不发生重击穿。当然,发生一次重击穿,同样由于各种因素的关系,过电压不一定达到最高值。电容器组每天的操作次数各工程是不一样的,对采用真空开关频繁操作的电容器组要做到无重击穿是困难的。本条第1款规定未加严格限制,工程设计时针对不同情况,对电容器组的操作过电压保护设置与否,可由具体情况而定。
(2)电容器组的操作过电压有可能是:
①合闸过电压;
②非同期合闸过电压;
③合闸时触头弹跳过电压;
④分闸时电源侧有单相接地故障或无单相接地故障的单相重击穿过电压;
⑤分闸时两相重击穿过电压;
⑥断路器操作一次产生的多次重击穿过电压;
⑦其它与操作电容器组有关的过电压。
从试验数据中能够看出,分闸操作时的过电压是主要的,其中分闸过电压又主要出现在单相重击穿时,两相重击穿和一次操作时发生多次重击穿的几率均很少。
3～66kV为不接地系统,接于此系统中的电容器组的中性点均未接地。因此,在开断电容器组时如发生单相重击穿,电容器组的电源侧(高压端)对地可能出现超过设备对地绝缘水平的过电压,如在电抗率K=0时的理论最大值为5．87倍相电压,而且,随K值增大,过电压呈上升趋势;在电源侧有单相接地故障时产生的单相重击穿过电压远高于无接地情况。因此,对单相重击穿过电压应予以限制。对于操作较为频繁的真空断路器,应考虑发生单相重击穿的可能性。
根据国内已作的试验研究,使用无间隙金属氧化物避雷器限制单相重击穿过电压时,避雷器接线方式可采用附录A中的图A．0．4—1或图A．0．4—2。在运行中,曾多次发生相对地避雷器的爆炸事故。因此,武汉高压研究所和东北电力试验研究院都在自己的研究报告中提出了中性点避雷器的保护方案,并建议以此替代传统的相对地保护方案。报告中分析认为,中性点避雷器有下列优点:
①正常运行时荷电率接近于0,负担轻松,仅在电源侧有单相接地故障的情况下荷电率较高。中性点避雷器长期在接近于0的电压下运行,使避雷器电阻片能够得到自恢复,大大延缓避雷器的老化速度,从而减少避雷器的损坏事故,对电网和电容器组的安全运行均为有利;
②使用的避雷器数量少,最经济;
③避雷器接在中性点,万一发生爆炸事故,不会形成相间短路事故,事故影响面小。
但需指出,当电源侧有单相接地故障时开断电容器组发生了单相重击穿,采用中性点避雷器保护方式尚难于达到绝缘配合要求,还需作进一步的试验研究,寻求解决办法。因此,中性点避雷器的使用条件还要局限于不考虑电源侧有单相接地故障时的单相重击穿,或对运行条件加以限制:电源侧有单相接地故障时不能作停运电容器组的操作。上述情况设计时应予以注意。
(3)当开断电容器组时断路器发生两相重击穿,则电容器极间过电压可达2．87倍及以上,超过了电容器的相应绝缘水平,应予以保护。这种过电压保护的避雷器接线方式,可采用附录A中的图A．0．4—3或图A．0．4—4,但电抗率K为4．5％~6％时,需根据具体工程的特定条件进行模拟计算研究确定。
还需指出,试验研究中的数据表明,电源侧有单相接地时的单相重击穿,对电容器的极间电压无影响;两相重击穿时的过电压也不受单相接地的影响,这也是确定避雷器参数的依据之一。
5 电器和导体的选择

5．1 一般规定
5. 1. 1 本条所列8款是并联电容器装置设计时设备选型应考虑的主要问题。电网电压决定接入处的电容器的额定电压,运行工况则关系到设备的参数,如:电容器投入容量与涌流和谐波放大倍率有关,涌流和谐波放大倍率又与电抗率有关;谐波水平是决定串联电抗器参数和分组容量的条件;母线短路电流和电容器对短路电流的助增效应是校验设备的动热稳定的条件,特别是选择断路器的重要条件;电容器组容量是选择单台电容器容量的依据之一。接线和保护存在互相配合的关系。电容器组投切方式不同对断路器的性能有不同要求,采取自动投切装置进行频繁投切时,少油断路器就不能满足要求而需选真空开关,真空开关具有一定重击穿几率,则需考虑用避雷器抑制操作过电压;环境条件是设备选择的重要依据,关系到外绝缘泄漏距离和产品的类别。例如,是否选用耐低温产品、湿热带产品、高海拔产品;屋内布置可采用普通设备,屋外布置则需考虑环境的污秽等级;为了降低电容器安装框架高度,可能需要采用横放式电容器。近几年制造行业制订了一些产品标准,如<高压并联电容器装置>、<低压并联电容器装置>、<集合式并联电容器>及国家标准<并联电容器)等。电业部门为了选择设备参数也制订了一些行业标准,如<高压并联电容器技术条件>、<高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件>、<串联电抗器订货技术条件>等也是设计的依据之一。如前所述,本条所列8款在设备选型时,均应给予全面考虑。
5. 1. 2 本条规定为高压并联电容器装置电器和导体的选择应满足的技术要求。为了保证安全运行,选用的电器和导体应满足运行电压、长期允许电流、短路时的动热稳定及操作过程的特殊要求,操作过程的特殊要求包括:合闸预击穿、合闸涌流、分闸可能产生的重击穿和由此而产生的过电压及其保护等。
根据成都科技大学进行的理论分析研究和浙江电力试验研究所在绍兴系统试验站所作的模拟试验,在电力系统中集中装设大容量的并联电容器组,将会改变装设点的系统网络性质,电容器组对安装点的短路电流起着助增作用,而且助增作用随着电容器组的容量增大和电容器性能的改进(如介质损耗减小、有效电阻降低)、开关动作速度加快而增加。试验研究报告建议:在电容器总容量与安装地点的短路容量之比不超过5％或10％(对应于电抗率K=5％～6%,不超过5％;K=12％～13％,不超过10％),助增作用相对较小,可不考虑。按本规范要求安装的电容器总容量与短路容量之比一般不超过5％,个别例外情况需考虑助增影响时,可参照<导体和电器选择设计技术规定>附件第七节中的计算方法予以考虑,即按常规方法计算的短路电流值再乘上助增校正系数(助增有效值校正系数,助增冲击校正系数),即可得到考虑助增影响后的短路电流值。
5. 1. 3 本条规定的主要依据是:电容器组的容量偏差不超过+10％、电容器长期过电压不超过1.1倍额定电压、电容器组过负荷保护的电流整定值不超过额定电流的1．35倍。如并联电容器装置装设串联电抗器,正常工况回路工作电流将小于电容器组的额定电流计算值,即使在谐波和过电压的共同作用下,回路电流一般不超过1．35倍电容器组额定电流,否则过负荷保护将动作跳闸,因此取1．35倍电容器组额定电流作为选择回路设备和导体的条件是安全的也是合理的。
5．1．4 高压并联电容器装置是变电所的一个组成部分,保证其安全运行对电网十分重要。因此,强调其外绝缘配合应与同级电压的其它电气设备相一致。
5．1. 5 当前,工程中采用制造厂生产的高压并联电容器成套装置已经很多,因为采用成套装置简化了工程设计,同时给安装也带来了方便,因此有继续发展的趋势。低压并联电容器装置基本上都是采用工厂生产的低压电容器柜。因此,在采用高低压并联电容器成套装置时,应考核其整体性能是否符合工程设计标准和产品标准的规定。事实上存在这种情况,组成成套装置的所有设备或元件检验都合格,但装配的成套装置不合格,不满足使用要求,这种成套装置不能选用。高压并联电容器成套装置应有灵活的组合结构,使其运输时可化整为零,设备到施工现场又要容易组装成套保持其整体性,这就是本条规定的目的。
5．2 电 容
5．2．1 本条明确了电容器选型的主要原则。包括对电容器型式、适应环境条件、介质和套管型式提出的要求。
电容器的型式选择应符合产品标准,技术先进、适应国情的总原则。至于选用常规的单台电容器或是集合式电容器以及容量超过500kvar的大容量电容器组成电容器组,可根据工程具体条件进行技术经济比较确定,本条不作限制性规定。需要说明,这几种类型的产品各有优点,同时也存在不足,例如:单台电容器容量组合灵活,更换故障电容器方便,工程中用得最多的是这种,但特殊环境可能需建电容器室采用屋内安装,台数越多维护工作量越大;集合式电容器和大容量箱式电容器,在屋外安装占地少,安装设计简单,施工方便,但这种电容器的场强取得较低,油箱内装有大量的绝缘油,因此消耗原材料多,经济性不如单台电容器,一旦出现故障,整台停运,现场不能更换箱体内的故障电容器,如返厂修理停运时间长。上述情况选型时应予综合考虑。
第2款是环境条件对电容器的选型要求,是必要条件,应予以满足,达不到要求将影响电容器组的安全运行。
第3、4款不是限制性条件,也要尽量满足。屋内安装的电容器组采用难燃介质的电容器是为了减少火灾事故及其影响范围。安装在绝缘框(台)架上的电容器,电容器的外壳对地绝缘由支承框(台)架的支柱绝缘子承担,外壳有条件作为电容器的一极,这样有两个优点:电容器内部极对壳材料可省去,外壳作为一个接线端,另一极用套管引出,电容器的渗漏油往往出现在瓷套管与油箱铁板的连接处,因此,少一个套管也就少一个渗漏油部位,既降低了造价又提高了可靠性,因此,设计时要优先考虑这种产品。
5．2．2 本条明确了电容器额定电压选择的主要原则。额定电压是电容器的重要参数,在并联电容器装置设计中正确地选择电容器的额定电压十分重要。众所周知,电容器的输出容量与其运行电压的平方成正比(即Q=ωCU2)、电容器运行在额定电压下则输出额定容量,运行电压低于额定电压则达不到额定输出,因此,电容器的额定电压,取过大的安全裕度就会出现过大的容量亏损。运行电压高于额定电压,如超过1．1倍,将造成不允许的过负荷,而且电容器内部介质将产生局部放电,局部放电对绝缘介质的危害极大。由于电子和离子直接撞击介质,固体和液体介质就会分解产生臭氧和氮的氧化物等气体,使介质受到化学腐蚀,并使介质增大,局部过热,并可能发展成绝缘击穿。为了使电容器的额定电压选择合理,达到经济和安全运行的目的,在分析电容器端子上的预期电压时,下面几种情况应予以考虑:
(1)并联电容器装置接入电网后引起电网电压升高;
(2)谐波引起的电网电压升高;
(3)装设串联电抗器引起电容器端电压升高;
(4)相间和串联段间的容差,将形成电压分配不均,使部分电容器电压升高;
(5)轻负荷引起电网电压升高。
并联电容器装置接入电网后引起的母线电压升高值可按下式计算:

上述计算式中系数1．05的取值依据是电网最高运行电压一般不超过标称电压的1．07倍,最高为1．1倍,运行平均电压约为电网标称电压的1．05倍。将具体工程选取的电抗率K值和串联段数S值代入式(2)中,可先算出电容器额定电压的计算值,然后,从电容器额定电压的标准系列中即可选取靠近计算值的额定电压。
5. 2. 3 电气设备的绝缘水平选择是设计的最基本原则之一,电容器的绝缘水平选择应遵守这一通用原则,同时,所选取的电容器绝缘水平应与同电压等级的其它设备相适应,以符合电网对电气设备绝缘水平的要求。
5. 2. 4 并联电容器的IEC标准和中国的现行国家标准中对电容器的过电压和过电流能力,如:工频过电压、操作过电压、工频加谐波过电压、过渡过电流和稳态过电流等均有相应规定,电容器组设计应遵守这些规定,预期过电压和过电流将超过上述标准规定时,应采取相应的设计措施防止,以保证电容器组的安全运行。
5. 2. 5 对本条规定作以下说明:选择高压电容器单台容量,首先要考虑电容器组容量,随着电容器组容量增大,单台电容器容量也要相应加大,如,5000kvar以下的中小型电容器组,单台电容器宜选50kvar或100kvar,大型电容器组则宜考虑选用200kvar或334kvar。高压电容器额定容量优先值为50、100、200、334kvar,无特殊情况,不宜采用非标准产品。
5. 2. 6 自愈式低压电容器取代油纸型低压电容器,是产品发展的趋势,因为,自愈式低压电容器具有:故障击穿时故障电流使金属层蒸发,介质迅速恢复绝缘性能,即所谓自愈性;它体积小、重量轻、损耗低、温升低,可做到无油不燃,避免火灾危险。自愈式电容器内部有的配有保护装置,当元件永久性击穿时可自动断路。由于它有诸多优点,因此,国内外都用它取代了油纸介质低压电容器。<自愈式低压并联电容器>GBl2747—91等效采用了国际标准IEC831-1(1988)第一部分和IEC831—2(1988)第二部分内容。
5. 3 断 路 器
5．3．1 本条规定是对高压并联电容器装置用断路器的特殊要求,该断路器尚应符合一般断路器的技术条件。
并联电容器装置回路,具有独特的电路特性,某些断路器合闸产生的弹跳和分闸重击穿都将导致产生过电压,过电压是损坏电容器的重要原因,因此,选择断路器必须慎重。第1款规定的断路器合闸弹跳时间不大于2ms的根据是断路器标准。合闸预击穿时间是根据电力科学研究院的研究报告。报告中指出,少油断路器合闸过程的过长预击穿将导致开关触头损坏甚至发生灭弧室爆炸。少油断路器灭弧室承受的压力不得超过70—80大气压(atm),国内外都这样规定,超过这个压力则可能出问题。10kV少油断路器合闸速度约3．5m／s,每10ms的行程距离3．5cm。合闸预击穿试验结果如表3:

由表3可见,10kV少油断路器合闸预击穿时间不超过3．5ms,则灭弧室压力将在允许范围内。
上述研究报告还指出,并联电容器装置与对外供电线路同接一条母线时,线路断路器投切将受电容器组的影响,而它产生的过电压又将危害电容器的安全运行,因此,与电容器同接在一条母线上的供电线路的断路器也应符合本条规定。
第2款要求断路器开断电容器组时不应重击穿,按现行国家标准<交流高压断路器的开合电容器组试验>无重击穿断路器是这样定义的:”按本标准规定进行电容器组开断试验时不发生重击穿的断路器”,值得注意的是上述定义指在试验条件下,即是说无重击穿断路器不是绝正确而是相正确,这种断路器在长期运行条件下仍有可能发生重击穿,但几率较小。
第3、4款也是对电容器组回路断路器的特殊要求,在断路器选型时应予以考虑。
总结近几年对此类断路器所作的试验及运行经验,提出以下选型意见供工程设计考虑。
6—10kV屋内电容器组,日投切次数不超过三次,可选用少油断路器;10kV屋外电容器组,每日投切次数较多时,可选用DWll型多油断路器在屋外安装;10kV投切频繁的电容器组,可选用经过”老炼”重击穿几率小的真空开关,但须设置操作过电压保护;经对SF6断路器投切35kV、66kV电容器组进行试验,无重击穿现象发生,建议今后在工程中采用。
5. 3. 2 本条为选择并联电容器装置总回路断路器的一个重要条件。当分组回路短路而断路器拒动或母线短路时,总回路断路器应承担切除母线上全部运行的电容器组并开断短路。对分组回路断路器能够要求其开断短路电流,亦可只要求投切电容器组不承担开断短路电流,条文中的”条件允许时”则是指的后一种情况。这时可采用价格便宜的开关设备,如真空开关。在能够降低工程造价的条件下,能够采用这种配置方案,并达到总断路器和分组回路的断路器各司其责的目的。
5. 3. 3 低压并联电容器柜的重要配套元件是投切开关,若其不满足技术要求,将影响低压无功补偿的安全持续运行。开关的接通和分断能力及短路强度等参数十分重要,选择低压电容器柜时,应核对开关参数是否符合装设点的电网条件。与高压断路器一样,切除电容器时投切开关如发生重击穿也将产生过电压危害电容器的安全运行。低压电容器投切比较频繁,开关必须经久耐用。本条规定是从设备使用要求提出的,设备选型时应遵循。
5．4 熔 断 器
5. 4. 1 当前国内单台电容器保护用熔断器,基本上是用喷逐式熔断器。因为它具有动作迅速、尺寸大小、重量轻、结构比较简单、价格比限流式熔断器便宜等优点。事实上,国外也是用喷逐式熔断器,限流式熔断器仅用在故障电流大而喷逐式熔断器不能满足开断要求的特殊场合。喷逐式熔断器在一般情况下,可满足不接地星形电容器组开断故障电流的要求,即使个别情况故障电流大于喷逐式熔断器的开断电流,设计时需采取措施,如:在接线上设法减少电容器的并联台数,仍可使开断电流满足工程需要,因此,本条推荐采用喷逐式熔断器。
5. 4. 2 喷逐式熔断器的熔丝特性,应满足下列要求:
1)电容器在允许的过电流情况下,熔断器的保护性能不应改变;
2)电容器内部元件发生故障但未发展到外壳爆裂前,应将故障电容器可靠断开退出运行;
3)熔丝特性的分散性不能太大,运行中既不能产生误动作,也不能出现”拒动”现象。
为了保证电容器内部元件故障扩大至外壳爆裂前熔丝熔断,熔丝的时间—电流特性曲线应位于电容器的10％外壳爆裂曲线左侧(即安全带中),达到这种配合时故障电容器仅外壳变形,不出现漏油。为保证电容器在允许过负荷范围之内,熔丝不产生误动作,熔丝的时间——电流特性曲线的下偏差应在电容器过负荷范围之内。考虑到当前国内电容器制造厂尚不能提供电容器的10％外壳爆裂几率曲线,可按机械部标准<并联电容器单台保护用高压熔断器>或电力行业标准<高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件>推荐的曲线进行选配。
5. 4. 3 本条规定的熔断器熔丝额定电流选择原则的依据为:电力行业标准<高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件>制订时所作的研究工作;各地对熔断器保护所作的试验研究和运行积累的经验。
熔丝的额定电流选择,以前在机械行业标准<并联电容器装置设计技术规程>中规定为1.5-2.0倍电容器额定电流;在电力行业标准<高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件>中推荐为1．43～1．55倍电容器额定电流:IEC549标准要求不低于1．43倍,IEC保护导则中建议为1．35—1．65倍电容器额定电流。IEC导则的限值是综合了各