并联电容器若干问题研究

　　摘要：并联电容器主要用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，本章主要分析电容器并联补偿装置正常运行时，电容器框架电位没有固定或接触不好、造成电容器与框架之间产生过电压现象，可能造成绝缘破坏。另外有分析了电力电容器的寿命与运行中温度、电压等因素有关，这些因素会影响电容器实际使用寿命,提出了在使用中注意的问题,无疑将大大提高电力电容器在电网中运行的可靠性和使用寿命。

　　关键词：并联电容器,使用寿命,运行

　　1.框架带电位注意问题

　　电容器并联补偿装置正常运行时，电容器及框架连接方式是俩电容器中间连接位置不是接地，而是接支撑框架，框架对地是绝缘的，这样接，是为了降低每串电容器的绝缘水平。在安装时电容器框架的电位需要固定，如低压端子的电位为0，高压端子的电位为U，则一般情况下，应将电容器框架的电位固定在U/2上，这样能够保证电容器及框架间的绝缘更为可靠。图1为电容器及框架连接示意图，图中的电容器装置采用4串两并的结构，使用连接线将电容器框架的电位固定为电容器装置高压端子电位的1/2。

　　如果在实际电容器装置中，电容器框架的电位没有固定或接触不好，则可将电容器装置等效为图2。图中C为电容器装置电容量，C1为电容器与框架间的分布电容，C2为框架与大地之间的分布电容器，电容C充电电压为U。

　　由图2可以推导出框架上的电压(即电容器低压端子与框架之间的电位差)为：

　　则电容器高压端子与框架之间的电位差为：

　　由公式(1)、(2)可以看出，无论C1、C2如何取值，电容器与框架之间的电位差都满足 (U1、U2总有一个满足此条件)。要使电容器与框架间的绝缘最为安全，则电容器与框架间的电位差最小为U/2，即框架的电位为U/2时，绝缘的可靠性最大。因此，在实际的电容器装置中，框架电位必须被固定在电容器装置充电电压的一半处。

　　2.电容器温度、电压对电容器寿命的影响

　　电力电容器的特点是具有很大的极板面积,极板间的介质上长期承受着远高于其它电器的电场强度。而且电力电容器与大多数其它电器不同,一旦投入电网就将连续在满负荷下运行,这就决定了电力电容器的实际使用寿命与运行条件中的温度、电压、谐波、涌流等因素有关。研究、分析这些影响电容器实际使用寿命的因素,提出相应的解决办法,无疑将大大提高电力电容器在电网中运行的可靠性和使用寿命，其技术经济效益将是相当可观的。国标《并联电容器》(GB3983—89)规定电容器长期工频过电压为1.1倍额定电压。而谐波加工频电压以其引起的电流不超过电容器过电流的规定为原则。标准规定：在额定频率和正弦电压下电容器的过电流不超过1.3倍。文献1指出，不能将该规定简单理解为工频加谐波电流有效值不大于1.3倍额定电流。这是因为电容器的过电流能力是受过热条件限制的。文献2中详细证明了，在谐波条件下，从等值发热角度，基波加谐波应小于1.3倍额定电流，一般为1.1~1.2倍额定电流。

　　电容器过载容量规定是“在计入稳态过电压、稳态过电流和电容正偏差各因素的作用下，电容器总的容量不超过1.35QCN”。根据这个规定，似乎电容器在1.1倍额定电压下工作时，电流可达1.23倍的额定电流。但当考虑到过热条件限制时，这样做显然是不合理的，这将导致电容器的寿命急剧降低。

　　现以电容器在1.1倍额定电压下工作为例，说明电容器寿命受到的影响。由文献3可得，若电容器在额定电压下工作时寿命为L0，则其在1.1倍额定电压下工作时，寿命可按照公式(1)计算。

　　L=Lo(U/Uo)-4(E(U)/Eo)-3.5=L0(U/U0)-7.5(1)

　　若电容器在额定电压下的寿命为20年，则可以得到电容器在1.1倍额定电压下工作的寿命为9.79年。可以看出在1.1倍额定电压下工作，电容器的寿命降低的非常明显。如果此时电容器的总容量为1.35QCN，则此时电容器的寿命将会进一步降低，电容器工作的可靠性将极低。

　　电容器的发热功率由以下几个部分组成：

　　1)介质损耗(Dielectric losses);

　　2)介质传导损耗(Dielectric conduction losses);

　　3)界面极化损耗(Interfacial polarization losses);

　　4)局部放电亏损耗(Partial discharge losses can);

　　5)欧姆电阻损耗(Ohmic resistance losses);

　　6)涡流损耗(Eddy current losses)。

　　以上各部分都将由于谐波的引入而对电容器的过热条件产生影响，而且不同次数的谐波对其产生的影响大不相同。因此，在电容器的生产和使用过程中必须注意谐波对以上损耗造成的影响，避免发生电容器由于过热而退出使用，甚至是爆炸。

　　参考文献：

　　1、卢本平，电容器组的谐波过载能力，1996.4。

　　2、并联电容器装置的谐波响应与抑制对策研究。电力工业部电力科学研究院，2000，11。

　　3、 David L. Smith, Mark E Savage, Gerold R. Ziska, et al.ZR MARX CAPACITOR LIFETIME TEST RESULTS. the Proceedings of the 2004 Power Modulator Conference in San Francisco, CA, May 23-26, 2004, paper number P-HPG & HCL 1-1.

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文章名称： 并联电容器若干问题研究

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