電力電容器和電抗器課件

第五章電力電容器和電抗器

第一節(jié)電力電容器第二節(jié)電抗器5.1電力電容器

5.1電力電容器一、電力電容器的種類和作用

任意兩塊金屬導體，中間用絕緣介質隔開，就可以構成一個電容器。電容器電容的大小，由其幾何尺寸和兩極板間絕緣介質的特性來決定。當電容器在交流電壓下使用時，常以其無功功率表示電容器的容量，單位為乏或千乏。并聯電容器：又稱為移相電容器。主要用來補償電力系統感性負載的無功功率，以提高系統的功率因數，改善電能質量，降低線路損耗；還可以直接與異步電機的定子繞組并聯，構成自激運行的異步發(fā)電裝置。

串聯電容器：又叫做縱向補償電容器，串聯于工頻高壓輸、配電線路中，主要用來補償線路的感抗，提高線路末端電壓水平，提高系統的動、靜態(tài)穩(wěn)定性，改善線路的電壓質量，增長輸電距離和增大電力輸送能力。

耦合電容器：主要用于高壓及超高壓輸電線路的載波通信系統，同時也可作為測量、控制、保護裝置中的部件。

均壓電容器：又叫斷路器電容器，一般并聯于斷路器的斷口上，使各斷口間的電壓在開斷時分布均勻。

脈沖電容器：主要起貯能作用，用作沖擊電壓發(fā)生器、沖擊電流發(fā)生器、斷路器試驗用振蕩回路等基本貯能元件。（1）電容元件用一定厚度和層數的固體介質與鋁箔電極卷制而成。若干個電容元件并聯和串聯起來，組成電容器芯子。電容元件用鋁箔作電極，用復合絕緣薄膜絕緣。電容器內部絕緣油作浸漬介質。在電壓為10kV及以下的高壓電容器內，每個電容元件上都串有一熔絲，作為電容器的內部短路保護。當某個元件擊穿時，其他完好元件即對其放電，使熔絲在毫秒級的時間內迅速熔斷，切除故障元件，從而使電容器能繼續(xù)正常工作。

高壓并聯電容器內部電氣連接示意圖

R－放電電阻；F－熔絲；C－元件電容（2）浸漬劑

電容器芯子一般放于浸漬劑中，以提高電容元件的介質耐壓強度，改善局部放電特性和散熱條件。浸漬劑一般有礦物油、氯化聯苯、SF6氣體等。（3）外殼、套管外殼一般采用薄鋼板焊接而成，表面涂阻燃漆，殼蓋上焊有出線套管，箱壁側面焊有吊攀、接地螺栓等。大容量集合式電容器的箱蓋上還裝有油枕或金屬膨脹器及壓力釋放閥，箱壁側面裝有片狀散熱器、壓力式溫控裝置等。接線端子從出線瓷套管中引出。目前在我國低壓系統中采用自愈式電容器。

特點：具有優(yōu)良的自愈性能、介質損耗小、溫升低、壽命長、體積小、重量輕。

結構：采用聚丙烯薄膜作為固體介質，表面蒸鍍了一層很薄的金屬作為導電電極。當作為介質的聚丙烯薄膜被擊穿時，擊穿電流將穿過擊穿點。由于導電的金屬化鍍層電流密度急劇增大，并使金屬鍍層產生高熱，使擊穿點周圍的金屬導體迅速蒸發(fā)逸散，形成金屬鍍層空白區(qū)，擊穿點自動恢復絕緣。

低壓自愈式電容器結構1－心軸；2－噴合金層；3－金屬化層；4－薄膜三、電力電容器的型號例如：

（1）BFM12－200－1W，B表示并聯電容器；F表示浸漬劑為二芳基乙烷；M表示全膜介質；12表示額定電壓（kV）；200表示額定容量（kvar）；1表示相數（單相）；W尾注號（戶外使用）。（2）BCMJ0.4－15–3，B表示并聯電容器；C表示浸漬劑為篦麻油；M表示全膜介質；J表示金屬化產品；0.4表示額定電壓（kV）；15表示額定容量（kvar）；3表示三相。BCMJ-1.14-3-3自愈式低壓并聯電容器（三相）外觀圖BFM系列高壓電力電容器外觀圖電容器的接線方式接線方式分為三角形接線和星形接線三角形接線：當電容器額定電壓按電網的線電壓選擇時，應采用三角形接線。星形接線：當電容器額定電壓低于電網的線電壓時，應采用星形接線。相同的電容器，接成三角形接線，因電容器上所加電壓為線電壓，所補償的無功容量則是星形接線的三倍。若是補償容量相同，采用三角形接線比星形接線可節(jié)約電容值三分二，因此在實際工作中，電容器組多接成三角形接線。若某一電容器內部擊穿，當電容器采用三角形接線時，就形成了相間短路故障，有可能引起電容器膨脹、爆炸、使事故擴大；當采用星形接線當某一電容器擊穿時，不形成相間短路故障。電容器的接線方式無功補償的原理

無功功率比較抽象，它用于電路內電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。無功補償的原理在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

但是從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。

無功補償的基本原理是：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

不過在確定無功補償容量時應注意在輕負荷時要避免過補償，倒送無功功率會造成功率損耗增加；另外功率因數越高，補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償四、電力電容器的無功補償2．補償方式

（1）集中補償:把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側母線上，并裝設自動控制設備，使之能隨負荷的變化而自動投切。電容器集中補償接線圖（2）分組補償:將全部電容器分別安裝于功率因數較低的各配電用戶的高壓側母線上，可與部分負荷的變動同時投入或切除。

采用分組補償時，補償的無功不再通過主干線以上線路輸送，從而降低配電變壓器和主干線路上的無功損耗，因此分組補償比集中補償降損節(jié)電效益顯著。這種補償方式補償范圍更大，效果比較好，但設備投資較大，利用率不高，一般適用于補償容量小、用電設備多而分散和部分補償容量相當大的場所。

優(yōu)點：電容器的利用率比單獨就地補償方式高，能減少高壓電源線路和變壓器中的無功負荷。缺點：不能減少干線和分支線的無功負荷，操作不夠方便，初期投資較大。四、電力電容器的無功補償四、電力電容器的無功補償（3）個別補償:即對個別功率因數特別不好的大容量電氣設備及所需無功補償容量較大的負荷，或由較長線路供電的電氣設備進行單獨補償。把電容器直接裝設在用電設備的同一電氣回路中，與用電設備同時投切。圖中的電動機同時又是電容器的放電裝置。

用電設備消耗的無功能就地補償，能就地平衡無功電流，但電容器利用率低。一般適用于容量較大的高、低壓電動機等用電設備的補償優(yōu)點：補償效果最好。缺點：電容器將隨著用電設備一同工作和停止，所以利用率較低、投資大、管理不方便。電容器個別補償接線圖補償容量選擇原理實際做功的有功電流為：IR；補償前感性電流為：IL0；線路總電流為：I0；并聯電容器后，容性電流為:Ic；補償后線路感性電流減為：IL；補償后線路總電流為：I；如要將功率因數從cosφ1提高到

cosφ2

，需要的電容電流為：Ic=IL0-

IL=IR

(tgφ1-tgφ2)即:Q=P(tgφ1-tgφ2)

五、電力電容器的使用知識

1.檢查和維護

（1）新裝：交接試驗、布置、接線、電壓符合；控制、保護和監(jiān)視回路均應完善，溫度計齊全，并試驗合格，整定值正確；與電容器組連接的電纜、斷路器、熔斷器等試驗合格；三相平衡，誤差值不超過一相總容量的5%；外觀良好，無滲漏油。

（2）運行電容器：電容器外殼有無膨脹、漏油痕跡；有無異常聲響和火花；熔斷器是否正常；放電指示燈是否熄滅；記錄有關電壓表、電流表、溫度表的讀數。如箱殼明顯膨脹、外殼滲油嚴重必須更換。

（3）必要時可以短時停電并檢查：螺絲松緊和接觸；放電回路是否完好；風道有無積塵；外殼的保護接地線是否完好；繼電保護、熔斷器等保護裝置是否完整可靠，斷路器、饋電線等是否良好。六、電容器的安全運行電容器應在額定電壓下運行。如暫時不可能，可允許在超過額定電壓5％的范圍內運行；當超過額定電壓1.1倍時，只允許短期運行。但長時間出現過電壓情況時，應設法消除。電容器應維持在三相平衡的額定電流下進行工作。如暫不可能，不允許在超過1.3倍額定電流下長期工作，以確保電容器的使用壽命。裝置電容器組地點的環(huán)境溫度不得超過+40℃，24h內平均溫度不得超過+30℃，一年內平均溫度不得超過+20℃。電容器外殼溫度不宜60℃。超過如發(fā)現超過上述要求時，應采用人工冷卻，必要時將電容器組與網路斷開。

電容器的投入和退出當功率因數低于0.9、電壓偏低時應投入；當功率因數趨近于1且有超前趨勢、電壓偏高時應退出。發(fā)生下列故障之一時，應緊急退出：①連接點嚴重過熱甚至熔化；②瓷套管閃絡放電；③外殼膨脹變形；④電容器組或放電裝置聲音異常；⑤電容器冒煙、起火或爆炸。電容器的操作(1)在正常情況下，全所停電操作時，應先斷開電容器組斷路器后，再拉開各路出線斷路器。恢復送電時應與此順序相反。(2)事故情況下，全所無電后，必須將電容器組的斷路器斷開。(3)電容器組斷路器跳閘后不準強送電。保護熔絲熔斷后，未經查明原因之前，不準更換熔絲送電。(4)電容器組禁止帶電荷合閘。電容器組再次合閘時，必須在斷路器斷開3min之后才可進行。5.2電抗器最通俗的講，能在電路中起到阻抗的作用的東西，我們叫它電抗器。電抗器是依靠線圈的感抗作用來限制短路電流的數值的。電抗器也叫做電感器，一個導體通電時就會在其所占據的一定空間范圍內產生磁場，所以所有能載流的電導體都有一般意義上的感性。然而通電的長直導體的電感比較小，所產生的磁場不強，因此實際的電抗器是導線繞成螺線管形式，稱為空心電抗器。有時為了讓這只螺線管具有更大的電感，便在螺線管中插入鐵心，稱為鐵心電抗器。電抗分為感抗和容抗，比較科學的歸類是感抗器（電感器）和容抗器（電容器）統稱為電抗器，然而由于過去先有了電感器，并且被稱謂電抗器，所以現在人們所說的電容器就是容抗器，而電抗器專指電感器。

電抗器在電力系統中的作用有那些?

電力系統中所采取的電抗器,常見的有串聯電抗器和并聯電抗器。

串聯電抗器主要用來限制短路電流,也有在濾波器中與電容器串聯或并聯用來限制電網中的高次諧波。

并聯電抗器用來吸收電網中的容性無功,如500kV電網中的高壓電抗器,500kV變電站中的低壓電抗器,都是用來吸收線路充電電容無功的;220kV、110kV、35kV、10kV電網中的電抗器是用來吸收電纜線路的充電容性無功的?？梢酝ㄟ^調整并聯電抗器的數量來調整運行電壓。

超高壓并聯電抗器有改善電力系統無功功率有關運行狀況的多種功能,主要包括:1)輕空載或輕負荷線路上的電容效應,以降低工頻暫態(tài)過電壓。2)改善長輸電線路上的電壓分布。3)使輕負荷時線路中的無功功率盡可能就地平衡,防止無功功率不合理流動,同時也減輕了線路上的功率損失。4)在大機組與系統并列時,降低高壓母線上工頻穩(wěn)態(tài)電壓,便于發(fā)電機同期并列。5)防止發(fā)電機帶長線路可能出現的自勵磁諧振現象。6)當采用電抗器中性點經小電抗接地裝置時,還可用小電抗器補償線路相間及相地電容,以加速潛供電流自動熄滅,便于采用單相快速重合閘。LKGK（L）系列干式空心濾波電抗器

3）濾波電抗器:在濾波器中與電容器串聯或并聯用來限制電網中的高次諧波。4）消弧電抗器:又稱消弧線圈，接在三相變壓器的中性點和地之間，用以在三相電網的一相接地時供給電感性電流，補償流過中性點的電容性電流，使電弧不易持續(xù)起燃，從而消除由于電弧多次重燃引起的過電壓。消弧線圈阻波器

5）通信電抗器:又稱阻波器，串聯在兼作通信線路用的輸電線路中，用來阻擋載波信號，使之進入接收設備，以完成通信的作用

6）電爐電抗器:和電爐變壓器串聯，用來限制變壓器的短路電流

中頻電爐用電抗器7）起動電抗器:和電動機串聯，用來限制電動機的起動電流。交流電動機在額定電壓下起動時，初始起動電流將是很大的，往往超過額定電流的許多倍，為了降低起動電流，通常采用降低電壓的方法來起動交流電動機，常用的降壓方法是采用電抗器或自耦變壓器。交流電動機的起動過程很短，起動后就將降壓起動用的電抗器或自耦變壓器切除。起動電抗器的工作制度屬于短時工作制，負載時間通常為2min.QKSG起動電抗器阻波器應用原理阻波器應用二、并聯電抗器1.并聯電抗器型號

并聯電抗器的型號表示和含義如下：

1-2/3

1：產品型號字母

2：額定容量（kvar）

3：電壓等級（kV）2.并聯電抗器的作用

1）中壓并聯電抗器一般并聯接于大型發(fā)電廠或110～500kV變電站的6～63kV母線上，用來吸收電纜線路的充電容性無功。通過調整并聯電抗器的數量，向電網提供可階梯調節(jié)的感性無功，補償電網剩余的容性無功，調整運行電壓，保證電壓穩(wěn)定在允許范圍內。

（2）超高壓并聯電抗器一般并聯接于330kV及以上的超高壓線路上，主要作用：

1）降低工頻過電壓。裝設并聯電抗器吸收線路的充電功率，防止超高壓線路空載或輕負荷運行時，線路的充電功率造成線路末端電壓升高。

2）降低操作過電壓。裝設并聯電抗器可限制由于突然甩負荷或接地故障引起的過電壓，避免危及系統的絕緣。

3）避免發(fā)電機帶長線出現的自勵磁諧振現象。

4）有利于單相自動重合閘。并聯電抗器與中性點小電抗配合，有利于超高壓長距離輸電線路單相重合閘過程中故障相的消弧，從而提高單相重合閘的成功率。并聯電抗器的應用（a）6～63kV中壓并聯電抗器的接線；（b）超高壓并聯電抗器的接線并聯電抗器的應用并聯電抗器的作用1.削弱線路的電容效應，降低工頻暫態(tài)過電壓，并進而限制操作過電壓的幅值。2.改善沿線電壓分布，提高負載線路中的母線電壓，增加了系統的穩(wěn)定性及輸電能力。3.改善輕負載線路中的無功分布，降低有功損耗。3.并聯電抗器的結構

（1）空心式電抗器

空心式電抗器沒有鐵芯，只有線圈，磁路為非導磁體，因而磁阻很大，電感值很小，且為常數?？招碾娍蛊鞯慕Y構形式多種多樣，用混凝土將繞好的電抗線圈澆裝成一個牢固的整體的被稱為水泥電抗器，用絕緣壓板和螺桿將繞好的線圈拉緊的被稱為夾持式空心電抗器，將線圈用玻璃絲包繞成牢固整體的被稱為繞包式空心電抗器空心電抗器通常是干式的，也有油浸式結構的。干式空心電抗器

（2）芯式電抗器

鐵心電抗器的結構主要是由鐵心和鐵圈組成的干式鐵芯并聯電抗器心柱由鐵芯餅和氣隙墊塊組成。鐵芯餅為輻射形疊片結構，鐵芯餅與鐵軛由壓緊裝置通過非磁性材料制成的螺桿拉緊，形成一個整體。鐵芯采用了強有力的壓緊和減震措施，整體性能好，震動及噪音小，損耗低，無局部過熱。油箱為鐘罩式結構，便于用戶維護和檢修。3.并聯電抗器的結構（3）干式半芯電抗器繞組選用小截面圓導線多股平行繞制，渦流損耗和漏磁損耗明顯減小，絕緣強度高，散熱性好，機械強度高，耐受短時電流的沖擊能力強，能滿足動、熱穩(wěn)定的要求。線圈中放入了由高導磁材料做成的芯柱，磁路中磁導率大大增加，與空芯電抗器相比較，在同等容量下，線圈直徑、導線用量大大減少，損耗大幅度降低。

鐵芯結構為多層繞組并聯的筒形結構，鐵芯柱經整體真空環(huán)氧澆注成型后密實而整體性很好，運行時振動極小，噪音很低。

干式半芯電抗器采用機械強度高的鋁質的星形接線架，渦流損耗小，可以滿足對線圈分數匝的要求。所有的導線引出線全部焊接在星形接線臂上，不用螺釘連接，提高了運行的可靠性。干式半芯電抗器在超高壓遠距離輸電系統中，連接于變壓器的三次線圈上。用于補償線路的電容性充電電流，限制系統電壓升高和操作過電壓，保證線路可靠運行。干式空心電抗器干式空心電抗器空心電抗器主要分為：干式空心串聯電抗器；干式空心濾波電抗器

；干式空心限流電抗器；干式空心分裂電器

；干式空啟動電抗器；干式空心并聯電抗器

電壓范圍從0-50KV,容量從0-3500KVAR,常用于無功補償、濾除諧波、限流等場合，通風散熱性好，采用小截面園導線多股平行繞制，渦流損耗和漏磁損耗小，絕緣采用每根導線表面采用聚酯薄膜多層半疊包，具有很高的絕緣強度，繞組用浸漬環(huán)氧絕緣膠的玻璃纖維嚴密繞包，經高溫固化形成一個剛性體，其機械強度高，能耐受短路電流的沖擊而不損壞，線圈表面有抗臭氧紫外線防護層，抗老化，耐各種惡劣氣候。

并聯電抗器并聯電抗器主要連接在１０－５００ＫＶ變電站的低壓側，通過主變向系統輸送感性無功，用以補償輸電線路的電容電流，防止輕負荷端電壓升高，維持輸電系統的電壓穩(wěn)定．返回三、限流電抗器1.限流電抗器的作用

作用：限制短路電流，以便于采用輕型電氣設備和截面較小的載流體。限流電抗器是電阻很小的電感線圈，無鐵芯，使用時串接于電路中。

限流電抗器的參數有額定電壓、額定電流和電抗百分比，而電抗百分比間接反應電抗值的大小，實用中該值不能過大，否則會影響用戶的電能質量，但也不能過小，否則會減弱限制短路電流的效果。限流電抗器分類：

（1）線路電抗器:串接在線路或電纜饋線上，使出線能選用輕型斷路器以及減小饋線電纜的截面。

（2）母線電抗器:串接在發(fā)電機電壓母線的分段處或主變壓器的低壓側，用來限制廠內、外短路時的短路電流，也稱為母線分段電抗器。當線路上或一段母線上發(fā)生短路時，它能限制另一段母線提供的短路電流。

（3）變壓器回路電抗器:安裝在變壓器回路中，用于限制短路電流，以便變壓器回路能選用輕型斷路器。2.限流電抗器的結構類型（1）混凝土柱式限流電抗器

構成：繞組、水泥支柱及支持絕緣子。沒有鐵芯，繞組采用空芯電感線圈，由紗包紙絕緣的多芯鋁線在同一平面上繞成螺線形的餅式線圈疊在一起構成。在沿線圈圓周位置均勻對稱的地方設有水泥支架，固定線圈。水泥電抗器結構圖1－繞組；2－水泥支柱；3、4－支柱絕緣子2.限流電抗器的結構類型2）分裂電抗器

分裂電抗器在結構上和普通的電抗器沒有大的區(qū)別。只是在電抗線圈的中間有一個抽頭，用來連接電源，兩端頭接負荷側或廠用母線，其額定電流相等。正常運行時，由于兩分支里電流方向相反，使兩分支的電抗減小，因而電壓損失減小。當一分支出線發(fā)生短路時，該分支流過短路電流，另一分支的負荷電流相對于短路電流來說很小，可以忽略其作用，則流過短路電流的分支電抗增大，壓降增大，使母線的殘余電壓較高。優(yōu)點：1正常運行時，分裂電抗器每個分段的電抗相當于普通電抗器的四分之一，使負荷電流造成的電壓損失較普通電抗器小。2當分裂電抗器的分支端短路時，分裂電抗器每個分段電抗較正常運行值增大四倍，故限制短路的作用比正常運行值大，有限制短路電流的作用。缺點：當兩個分支負荷不相等或者負荷變化過大時，將引起兩分段電壓偏差增大，使分段電壓波動較大，造成用戶電動機工作不穩(wěn)定，甚至分段出現過電壓。（3）干式空心限流電抗器

繞組采用多根并聯小導線多股并行繞制，匝間絕緣強度高，損耗低；采用環(huán)氧樹脂浸透的玻璃纖維包封，整體高溫固化，整體性強、質量輕、噪聲低、機械強度高、可承受大短路電流的沖擊；線圈層間有通風道，對流自然冷卻性能好，由于電流均勻分布在各層，動、熱穩(wěn)定性高；電抗器外表面涂以特殊的抗紫外線老化的耐氣候樹脂涂料，能承受戶外惡劣的氣象條件，可在戶內、戶外使用。干式空心限流電抗器3.限流電抗器型號

水泥柱式限流電抗器的型號表示和含義如下：

1K2–3–4–5

1：結構特點：N－水泥柱式；F－分裂式；

K：電抗器；

2：線圈材料：L－鋁線；銅線不表示；

3：額定電壓（kV）；

4：額定電流（A）；

5：電抗百分數（%）。

四、串聯電抗器串聯電抗器與并聯電容補償裝置或交流濾波裝置（也屬補償裝置）回路中的電容器串聯。并聯電容器組通常聯結成星形。串聯電抗器可以聯結在線端，也可以聯結在中性點端。干式空心串聯電抗器串聯電抗器的應用（a）串接于由斷路器投切的并聯電容器或交流濾波裝置；（b）串接于由可控硅投切的并聯電容器或交流濾波裝置串聯電抗器四、串聯電抗器作用：1）降低電容器組的涌流倍數和涌流頻率。便于選擇配套設備和保護電容器

（2）可以吸收接近調諧波的高次諧波，降