并聯(lián)電容器組配套裝置及應(yīng)用技術(shù)
摘 要：闡述高壓并聯(lián)電容器組的配套裝置斷路器、串聯(lián)電抗器、放電裝置、氧化鋅避雷器及熔斷器的電氣特性和實(shí)際應(yīng)用中的配置問(wèn)題。
高壓并聯(lián)電容器組的配套裝置，包括投、切電容器組用的斷路器、串聯(lián)電抗器、放電元件、氧化鋅避雷器及熔斷器等設(shè)備。在電容器組的安裝、運(yùn)行和試驗(yàn)中，必須充分了解它們之間的有機(jī)聯(lián)系和相互關(guān)系、電氣性能和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用中，合理配置、有效配合，以確保設(shè)備、系統(tǒng)和人身的安全。
一 斷路器在高壓并聯(lián)電容器組上的應(yīng)用
電容器在電網(wǎng)中的運(yùn)行方式，隨著無(wú)功負(fù)荷及電網(wǎng)電壓變化而變化，因此電容器組用斷路器的操作較為頻繁，為此必須解決好兩方面問(wèn)題：①合閘時(shí)的頻率、高幅值的合閘涌流給斷路器帶來(lái)的過(guò)電壓、機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械振動(dòng);②開(kāi)斷時(shí)，電弧重燃給斷路器及其他回路設(shè)備帶來(lái)的重?fù)舸┻^(guò)電壓及絕緣沖擊。故并聯(lián)電容器除應(yīng)滿足一般的技術(shù)性能和要求以外，還必須滿足以下要求：①合閘時(shí)，觸頭不應(yīng)有明顯的彈跳和振動(dòng);②分閘時(shí)不允許有嚴(yán)重的電弧重燃而導(dǎo)致的擊穿過(guò)電壓;③應(yīng)有承受合閘涌流的耐受能力;④經(jīng)常投、切的斷路器應(yīng)具有承受頻繁操作的能力。根據(jù)目前國(guó)產(chǎn)斷路器的生產(chǎn)情況，要同時(shí)滿足以上四點(diǎn)要求，尚有難度，例如真空斷路器雖然適于頻繁的操作要求，但存在合閘彈跳和重燃問(wèn)題，必須加裝氧化鋅避雷器以進(jìn)行防止過(guò)電壓的配合、加裝串聯(lián)電抗器以降低合閘涌流倍數(shù)的配合。可見(jiàn)，斷路器在電容器組上的應(yīng)用，尚無(wú)法完成其獨(dú)立開(kāi)斷的任務(wù)，必須有其他配套設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償性配合。
二 串聯(lián)電抗器在高壓并聯(lián)電容器組上的應(yīng)用
為了限制電容器合閘過(guò)程中的涌流、操作過(guò)電壓及電網(wǎng)諧波對(duì)電容器的影響，大容量電容器一般應(yīng)區(qū)分具體情況，加裝串聯(lián)電抗器。其作用為：①降低電容器組合閘涌流倍數(shù)及涌流頻率;②減少電網(wǎng)中高次諧波引起的電容器過(guò)負(fù)荷;③減少電容器組用斷路器在兩相重燃時(shí)的涌流以利滅弧;④抑制一組電容器故障時(shí)，其他電容器組對(duì)其短路電流的影響;⑤抑制電容器回路中產(chǎn)生的高次諧波及諧波過(guò)電壓?？梢?jiàn)，加裝串聯(lián)電抗器對(duì)電容安全運(yùn)行的重要性、對(duì)斷路器順利完成開(kāi)斷任務(wù)的必要性。但在實(shí)際應(yīng)用中，是否加裝串聯(lián)電抗器，還要根據(jù)電容器的分組方式及安裝地點(diǎn)的具體情況而定。比如裝設(shè)在配電線路35kV農(nóng)村變電所母線上的電容器組，容量較小，大多在2000kvar以下，一般沒(méi)必要加裝串聯(lián)電抗器。但在下列情況下，必須加裝串聯(lián)電抗器：①采用“△”連接的電容器組;②裝設(shè)于一次變電站中容量較大的電容器組;③變電站裝有兩組以上且頻繁投切的電容器組;④電容器投運(yùn)時(shí)有諧波現(xiàn)象或因諧波引起電容器過(guò)負(fù)荷等。
三 放電裝置在高壓并聯(lián)電容器組上的應(yīng)用
電容器從電源斷開(kāi)時(shí)，兩極處于儲(chǔ)能狀態(tài)，如果電容器整組從電源斷開(kāi)，儲(chǔ)存電荷的能量非常大，必然在電容器兩極之間持續(xù)保持著一定數(shù)值的殘余電壓，其初始值，即是電源電壓的有效值，此時(shí)電容器組在帶電荷的情況下，一旦再次投入，將產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊性的合閘涌流，并伴有大幅值的過(guò)電壓出現(xiàn)，工作人員一旦不慎觸及就有可能遭到電擊傷、電灼傷的嚴(yán)重傷害。為此，電容器組必須加裝放電裝置。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，與電容器連接的放電裝置應(yīng)能使電容器從電源斷開(kāi)后，其剩余電壓在10min內(nèi)降至75V以下。高壓成套裝置用放電裝置的選擇和安裝與低壓成套裝置用放電裝置十分相似又略有不同：①低壓成套裝置用放電裝置通常有燈泡、帶變壓器指示燈和電阻三種形式。放電元件采用“V”形和“△”形連接方式，多以“△”連接為推薦方式，原因是任一相發(fā)生斷線，仍能轉(zhuǎn)化成“v”形連接方式，維持放電的不間斷進(jìn)行;②高壓電容器組通常除了在電容器內(nèi)部接入放電電阻以外，配套裝置中還必須加裝與電容器直接相連的放電裝置。一般中小容量的電容器組，放電裝置可以采用相應(yīng)電壓等級(jí)的電壓互感器，2O00kvar及以上的電容器組，多選用專用的放電線圈來(lái)完成。
必須指出的是：①如果采用電壓互感器作為高壓電容器組的放電線圈，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，一般也可滿足要求，但不允許采用JSJW型電磁式三相五芯柱一次側(cè)中性點(diǎn)直接接地的電壓互感器，因?yàn)楫?dāng)電容器開(kāi)關(guān)分閘時(shí)，線圈電感、電容器電容及對(duì)地電容三者將可能形成振蕩電路，即電壓互感器鐵芯中的電磁能經(jīng)釋放而產(chǎn)生振蕩，引發(fā)過(guò)電壓的產(chǎn)生，經(jīng)實(shí)測(cè)其數(shù)值可高達(dá)電容器組電壓幅值的五倍以上，因此中性點(diǎn)接地的三相電壓互感器不允許充當(dāng)放電裝置來(lái)使用，如已經(jīng)安裝了這種電壓互感器，必須在中性點(diǎn)上串接高電阻或撤除中性線接地的工作方式;②放電線圈的容量選擇，在充分滿足其長(zhǎng)期運(yùn)行條件的前提下，應(yīng)盡可能避免容量過(guò)大，因?yàn)槿萘坑?，放電時(shí)間愈長(zhǎng)，電能消耗愈多。為減小放電線圈的電能損耗，一般規(guī)定每kvar的電容器，其放電線圈損耗不宜超過(guò)1W;③一般采取單相三角形接線或開(kāi)口l一角形接線作為放電元件線圈，并與電容器直接相連;④電容器的放電裝置必須完整、可靠，絕對(duì)不允許在放電回路中串聯(lián)熔斷器及其他開(kāi)關(guān)設(shè)備。
四 氧化鋅避雷器在高壓并聯(lián)電容器組中的應(yīng)用
為了限制電容器切斷瞬時(shí)產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓，首先應(yīng)考慮選擇適合電容器頻繁操作并無(wú)重燃的斷路器作為開(kāi)關(guān)設(shè)備。但如前述可知，理想的斷路器很難找到。比如適宜于頻繁投切的真空斷路器，仍存在著電弧重燃問(wèn)題，一旦電弧重燃，其對(duì)地電壓將卜升至四倍額定電壓以上;相間電壓將上升至二倍額定電壓以上，后果往往是電容器的絕緣強(qiáng)度遭到嚴(yán)重的沖擊乃至損壞。因此，在采用真空斷路器作為頻繁投切電容器組的開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)，必須加裝氧化鋅避雷器作為過(guò)電壓的保護(hù)措施。另外，用于雷電過(guò)電壓保護(hù)的閥式避雷器，不允許作為電容器組的過(guò)電壓保護(hù)來(lái)使用。
原因是閥式避雷器的放電間隙在被雷電過(guò)電壓擊穿時(shí)，工頻續(xù)流僅僅維持半個(gè)周期的時(shí)間，當(dāng)T頻電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)，間隙絕緣迅速恢復(fù)原狀，此電氣特性對(duì)防止大氣過(guò)電壓是適宜的，但如果把該類型的避雷器用于電容器組上，在半個(gè)周期內(nèi)，電容兩端的電壓并無(wú)多大程度的下降，放電間隙的放電電流必然會(huì)阻止放電間隙絕緣的重新恢復(fù)，將可能造成避雷器爆炸的嚴(yán)重后果。目前，國(guó)內(nèi)外很多單位的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)分析證明，氧化鋅避雷器在防止電容器組過(guò)電壓保護(hù)方面性能突出，但仍應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①氧化鋅避雷器的選擇和安裝，應(yīng)根據(jù)其連接方式、可能出現(xiàn)的過(guò)電壓倍數(shù)、電容器的容量及校驗(yàn)涌流容量而定;②lOkV電壓等級(jí)的并補(bǔ)裝置，氧化鋅避雷器一般應(yīng)接在“相一地”之間，這種接線對(duì)避雷器的特性要求較高，比如當(dāng)發(fā)生一相接地故障時(shí)，非故障相的兩個(gè)避雷器必須經(jīng)得起三相電容器積蓄的過(guò)電壓沖擊，相間過(guò)電壓的保護(hù)水平不得不受制于兩個(gè)避雷器對(duì)地殘壓的代數(shù)和等，這是該接線方式的不足之處。
五 熔斷器在高壓并聯(lián)電容器組上的應(yīng)用
目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用電容器單臺(tái)熔絲，即對(duì)每臺(tái)電容器均裝有單獨(dú)的熔斷器，用以防止電容器內(nèi)部擊穿、短路可能引起的油箱爆炸事故，同時(shí)也使鄰近電容器免受波及。單臺(tái)電容器發(fā)生故障時(shí)，熔絲的快速熔斷，可避免總開(kāi)關(guān)的無(wú)選擇性跳閘，保證電容器組運(yùn)行的可靠性、無(wú)功功率輸出的連續(xù)性和系統(tǒng)運(yùn)行電壓的穩(wěn)定性。熔絲保護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全便捷、故障反應(yīng)迅速、標(biāo)志明顯、易發(fā)現(xiàn)故障準(zhǔn)確位置，因此得到廣泛應(yīng)用。目前熔絲保護(hù)常采用噴出式和限流式兩種：①噴出式熔斷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，在故障發(fā)生時(shí)，消弧管內(nèi)部受電弧的強(qiáng)烈作用分解，釋放特殊氣體以強(qiáng)力吹熄電弧，同時(shí)靠自身彈力把電弧拉長(zhǎng)，增大弧阻，以加速熄弧，它對(duì)單臺(tái)電容器的保護(hù)回路較為適宜，但其極限開(kāi)斷容量較小，因此當(dāng)電容器容量大于開(kāi)斷容量時(shí)，必須考慮加裝各種限流措施;②限流式熔斷器的熔絲熔斷后，消弧管內(nèi)的石英砂受到來(lái)自電弧的強(qiáng)烈作用，立即產(chǎn)生很大弧組的絕緣，以迅速滅弧，具有熄滅較大電弧的能力，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且價(jià)格較貴。
六 總結(jié)
故在熔斷器的具體選擇應(yīng)用中，應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面平衡考慮，根據(jù)具體情況選擇。
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