高压电容补偿柜介绍1

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高压静电电容补偿柜介绍

一、概述

在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性。（诸如：感

应电动机、电力变压器、电焊机等）这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。因此，功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。

二、功率因数的含义及计算

示。用公式表示则为：

图 1-1

有功功率、无功功率和视在功率的关系，如图1-1电流和电压的相量图所

式中 S—视在功率（KVA）；

P—有功功率（KW）； Q—无功功率（Kvar）。

根据交流电路的基本原理，存在以下关系：

S=UI

P=UIcosφ= Scosφ Q=UIsinφ= Ssinφ

式中 U—设备两端的电压（KV）；

I—通过设备的电流（A）； cosφ—功率因数。

如图1-1所示，φ角为功率因数角，表示电压与电流之间的相位差，它的

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余弦（cosφ）表示有功功率与视在功率之比，称为功率因数。即：cosφ=P/S。

因此，用电设备的有功功率不仅随电压与电流的大小而变化，而且也随电压与电流之间的相位差而变化。

由图1-1看出，当有功功率需要量保持恒定时，无功需要量越大，其视在功率也就越大。而为满足用电设备需要，势必要增大变压器及配电线路的容量，如此不仅增加投资费用，而且增大设备及线路的损耗，浪费了电力。另外，无功功率需要量的增加，还使变压器及线路的电压损失增大，劣化电压质量。看来无功功率对电网及工厂企业内部供电系统都有不良影响，必须设法降低无功功率的需要量即提高功率因数cosφ。根据《全国供用电规则》的规定，要求一般工业用户的功率因数为0.85～0.9以上。

三、提高功率因数的措施

提高功率因数的方法很多，主要分为两大类，即提高自然功率因数和进行人工补偿提高功率因数。所谓提高自然功率因数，是指不添置任何补偿设备，采取措施改善设备工况，以减少用电设备的无功功率，提高功率因数。所谓人工补偿提高功率因数，一般指工厂企业多采用并联电容器来补偿无功功率。

四、并联电容器的优点

并联电容器有几项优点：它的有功功率损耗小；运行维护方便；单台容量较小，便于集合成组装置；个别电容器损坏并不影响整个装置的运行，所以应用很广泛。

五、并联电容器的补偿方式

并联电容器的补偿方式可分为三种：个别补偿、分组补偿和集中补偿。个别补偿是指将并联补偿电容器组装设在需进行无功补偿的各个用电设备附近。这种补偿方式特别适用于负荷平稳、经常运转而容量又大的设备如大型感应电动机、高频电炉等采用。分组补偿一般适用于低压系统。集中补偿一般设置在总降压变电所或总配电所高压母线上，电容器利用率高，能减少变电所前电力系统和企业主变压器及供电线路的无功负荷，增加其负荷能力，但并不能减少企业内部配电网络的无功负荷。采取哪种方式最为合理，需要进行技术经济比较后加以确定。

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六、并联电容器的控制方式

并联补偿的电力电容器有手动投切和自动控制两种控制方式。常规用于集中补偿的高压电容器组，均采用高压断路器进行手动投切。采用自动控制的并联补偿电容器可以达到较理想的无功补偿要求，但投资较大，且维修比较麻烦，因此凡可不用自动补偿或采用自动补偿效果不大的地方，均不宜装设自动无功补偿装置。由于高压电容器采用自动补偿时对电容器电路中的切换元件要求较高，价格较贵，而且我国目前有的产品质量尚不稳定，因此国标修订本中特别规定：在采用高、低压自动补偿装置效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。

七、并联电容器的接线方式

电容器采用Y形接线，在一相电容器发生击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的3倍，因此运行就安全多了。所以新订国标修订本规定：在高压电容器组的容量较大（超过400Kvar）时，宜采用Y形接线（中性点不接地）。这时电容器的额定电压应按电网相电压（即电网额定电压除以√3）来选择，例如10KV电网中，电容器Y形接法时应选用额定电压为11/√3kV的电容器；而电容器为△接法时应选用额定电压为11kV的电容器，通常电容器额定电压比电网电压高10%，以便电网电压正偏移10%时电容器也不致被击穿。

八、并联电容器的放电设备

由于电容器从电网上切除有残余电压，残余电压最高可达电网电压的峰值，这对人身是很危险的。所以规定：电容器组应装设放电设备，使电容器组两端的电压从峰值降到50V所需时间，对高压电容器最长为5min，对低压电容器最长为1min，通常利用电压互感器的一次饶组来放电。为了确保可靠放电，电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关设备，以免放电回路断开，危及人身安全。

九、谐波的处理方式

为了减少和避免高次谐波对并联补偿装置的危害，为减少谐波电流流入电容器和合闸涌流，可串适当的电抗器。其感抗值应在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感抗，从而消除谐振的可能。如对6脉冲整流线路，有5次以上谐波，K=4.5%～6%；对有3次谐波的线路K=12%～13%（其中K为电抗率）。

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电抗率—串联电抗器的阻抗值与电容器组的阻抗值之比。

电抗器有铁心电抗器和空心电抗器2种，为了防止可能出现铁磁谐振，一般应采用空芯电抗器。但空芯电抗器体积巨大，不宜安装在室内GR-1柜中。鉴于现在铁芯电抗器器的制造工艺提高，室内GR-1柜中一般选用铁心电抗器，其产生的铁磁谐振很小，对设备影响甚小。铁心电抗器宜装设于电容器组的中性点侧，但现在的铁心电抗器的动热稳定电流都可以耐受，所以装在电容器组的电源侧时也没有什么问题。

通常采用6%电抗率，接在电容器组与母线之间。

十、GR-1型固定无功补偿高压电容器柜

1 用途

GR-1型固定无功补偿高压电容器柜，用于工频（50Hz或60Hz）6KV以上交流电力系统中，主要用于补偿工频电力系统的感性无功功率，以提高功率因数，改善供电质量，降低线路损耗。 2 型号意义

GR-1 3 结构特点介绍

我公司生产的GR-1电容补偿柜一般由电容器柜和放电柜组成。对于容量不超过300KVR的GR-1可以实现电容器、放电PT、避雷器装于1台柜内。柜体框架由5＃热轧角钢焊接而成。 4 目前所做典型方案介绍

4.1

图1-2

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如图1-2所示为最为简单的电容补偿柜，左边为放电PT柜，右边为并联电容器柜。柜体外型尺寸宽*深*高：800（1000）*1200*2800，其中放电PT柜为800mm宽，并联电容器柜为1000mm宽。

4.2

图1-3

如图1-3所示为放电柜带电抗器的电容补偿柜，左边为放电PT电抗器柜，

右边为并联电容器柜。柜体外型尺寸宽*深*高：1000*1200（1500）*2800，其中电抗器容量＜108Kvar放电PT柜深度为1200mm，电抗器容量≥108Kvar放电PT柜深度为1500mm。最大可以配置补偿容量为2700KVR的电容柜。（主要是电抗器的外型尺寸决定，按电抗率为6%计算，放电柜最大可以装型号为CKSC 162-10/6的电抗器）。

4.3

以下方案用于向家坝水电站合同。

图1-4

柜体外型尺寸与图1-3相同，只是放电PT采用“Y”型接法。 4.4 以下方案用于常熟华冶薄板合同。

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图1-5

如图1-5所示为放电柜带电抗器、隔离开关的电容补偿柜，左边为放电柜，右边为并联电容器柜。柜体外型尺寸宽*深*高：1300（1000）*1500*2800，其中放电PT柜宽度为1300mm，并联电容器柜宽度为1000mm。放电柜中所装隔离开关需与高压电容器馈线柜进行电气闭锁，隔离开关需安装连锁用辅助开关，将辅助开关常开接点串接在高压电容器馈线柜合闸回路中，保证先合隔离开关再合断路器。反之，隔离开关还需安装闭锁用电磁锁，将高压电容器馈线柜中断路器常闭辅助接点串接在电磁锁中，保证先分断路器再分隔离开关。上图中所采用的隔离开关具备合闸、接地机械闭锁，当隔离开关合闸接地刀断开，当隔离开关分闸接地刀合上。

以上几种方案单台电容器柜可实现补偿容量900KVR。若选择容量大一些，高度小于600mm的电容器，电容器的单台补偿容量可以增加。例如选择BAM11/√3-200-1W，可实现单台补偿容量1800Kvar。 4.5 以下方案用于北京61416部队合同。

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图1-6

如图1-6所示为可以实现电容器、放电PT、避雷器、隔离开关安装于1台柜内。安装隔离接地开关使得设备放电接地更可靠。柜体外型尺寸宽*深*高：1200*1200*2200。

4.6 以下方案用于福州二水厂合同。

图1-7

如图1-7所示为容量不超过300KVR的GR-1可以实现电容器、放电PT、避雷器装于1台柜内。柜体外型尺寸宽*深*高：1000*1200*2200。

注：如想查阅以上方案图，请双击，等待AUTOCAD自动打开。

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5 电容器

5.1电容器的选择及其注意事项

高压电容器主要由芯子和箱壳组成期间充满优质的浸渍剂。电容器主要由外壳和芯子组成，外壳用薄钢板焊接制成，盖上焊有出线套管，两侧壁均焊有供安装与吊运的吊攀，芯子由元件、绝缘件组成。元件有用聚丙稀薄膜为介质与铝箔（极板）卷制而成的或用聚丙稀薄膜和电容器纸为介质与铝箔卷制而

成。

常用的电容器型号为B（A、F）M，较少用到BWF型号。两种型号的主要区别为内部电容介质不一样，B（A、F）M为改良型，具有体积小、容量大的特点。BWF为老型号，已经很少采用，此类型电容器一般体积较大，容量较低，已经被各电容器生产厂家列为淘汰产品，大部分厂家已经不生产（用的较多的型号为苏州电力电容器厂的BAM系列）。

高压电容器组宜采用单星形接线或双星形接线，在中性点非直接接地的电网中，星形接线的电容器组中性点不应接地。我司设计的GR-1电容器组采用单星形接线，电容器的额定电压应选择11/√3等级的（10KV系统）或6.6/√3 等级的（6KV系统）。

高电压并联电容器的内部联接一般为单相形式，用户需要时也可提供三相产品。部分高电压并联电容器内部每个元件都串有熔丝，能及时切除个别击穿的元件，保证电容器整体的正常运行。电容器允许在不超过1.1倍额定电压下长期运行，并能在1.5倍额定电压（瞬时过电压除外）下每昼夜运行不超过30分钟。为了延长电容器的使用寿命，电容器应经常维持在不超过额定电压下运行。电容器一般使用在周围环境空气温度为-40℃～+40℃的场所，安装地区海拔高度不超

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过1000米。

5.2 电容器组的补偿容量计算：已知负荷功率为P，补偿前的功率因数为COS

Φ1，需提高功率因数到COSΦ2，所需电容器的容量Q，可按以下计算公式：

式中：P---S*COSΦ1（S---负载的额定视在功率）

例：COSΦ1＝0.6，COSΦ2＝0.9按查表得每千瓦负荷所需补偿用电容器的容量为0.85千乏，如负荷功率P＝100千瓦，则所需补偿用电容器的总容量为100*0.85＝85千乏。 5.3 电容器的安装

5.3.1 满足周围环境温度的要求外，电容器应装在无侵蚀性蒸气和气体，

不受灰尘等侵蚀、且通风良好的地方;(户内产品应不受雨、雪等侵袭)。

5.3.2 电容器可装在铁架上，一排或二排，每排上下放置不宜超过三层，

层间应有足够的绝缘距离，每层中电容器之间的距离应不小于100毫米，安装时电容器应直立(特别设计的也可横放)。为保持通风良好和工作人员巡回检查和维护方便，电容器装置应设置维护通道，其宽度不应小于1.2米。

5.3.3 不得安装防碍空气流通的水平层间隔板，冷却空气的出风口应安装

在每组电容器的上方。

5.3.4 电容器装在架子上之前需进行电容量搭配，使其相同电容量平衡（准

确度为5%）。

5.3.5 线路的电压波形和特性应该在装置电容器前后进行确定，并采取相

应措施，特别是有谐波来源（整流器等）的线路。

5.3.6 电容器直接接在感应电动机出线端，当电动机从线路断开时，可能

发生自激，故电容器上电压可能升高至大于额定值，为了避免这一点，在选择电容器时，必须使电容器的额定电流小于电动机的空载电流。 6 熔断器的选择及其注意事项

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6.1 电容器保护用的熔断器，宜采用喷逐式熔断器。我司设计的电容柜熔

断器采用的电容器型号为限流型RN1（非喷逐式）。

6.2 熔断器的熔丝额定电流的选择：在整定电容器的过电流保护装置时,必

须注意,保护装置一定要躲过电容器的合闸涌流。采用熔断器保护电力电容器时,其熔体额定电流应按以下公式计算：I=K×电容器的额定电流 对于限流式熔断器，当为一台电容器时，取1.5～2.0。

例如：熔断器电流=电容器电流×（1.5～2.0）=电容器容量/电压×（1.5～2.0）,电容器型号为BAM11/√3-50-1W，熔断器电流=50/(11/√3) ×（1.5～2.0）=15A

6.3 我司采购的RN1熔断器为仪征市电瓷电器有限责任公司产品，其提

供的RN1低海拔产品能满足我司的要求，而高海拔的RN1产品设计存在缺陷，高海拔的RN1熔断器熔座上的连接铜片与铜片下的支撑铁片安装孔位置不对，连接铜片因无法与支撑铁片相连而不能获得足够的强度，现我司生产的RN1与电容器间的连排因连接铜片强度不够无法安装（E00332/3/4贵昆铁路合同，所有RN1与电容器间的连排重做，此问题已经询问仪征市电瓷电器有限责任公司）。建议采购高海拔的RN1熔断器时附图采购（由供货商提供产品附图）。

7 放电柜中元器件选型

一次系统主要标准配置为：电抗器CKSC、隔离开关GN19、放电PT JDZJ-10（靖江）、CT LZZJ9-10A1（靖江），避雷器（TBP组合式或YHW45单相式）。 7.1 电抗器的选择

7.1.1电抗器容量选择及注意事项

电抗器容量=电容柜补偿容量X电抗率(一般取6%)

我司采购的电抗器一般为昆特或许继的环氧浇注铁芯式串联电抗器CKSC。昆特的电抗器进出线桩头在同一侧，不利于结构的设计和连接排的生产。许继的电抗器进出线桩头分布在电抗器的两侧，对于结构设计和排的连接比较方便，且许继电抗器安装尺寸统一为：400*400，对于没有指定电抗器的合同，可以优先考虑许继产品。

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7.1.2许继的电抗器安装注意事项：许继电抗器底部安装槽钢安装尺寸统一为：400*400，且多数安装槽钢规格超过8＃，电抗器底座与安装槽钢间用M12螺栓连接，放电柜上电抗器安装支件为8＃槽钢，电抗器安装时M12的螺栓与放电柜上电抗器安装支件相干涉。解决方法：1）加大放电柜上电抗器安装支件上长腰孔尺寸，使M12的螺栓可落入长腰孔内2）生产5mm垫块垫高电抗器底部安装槽钢。

7.2 隔离开关和隔离开关操作机构选择及注意事项：

我司设计的GR-1为隔离开关手动投切（自动投切装置成本很高，未考虑设计），日投切一般不超过3次。进线从上一级断路器柜或具有带电分合闸功能的设备引入。

7.2.1 隔离开关选GN19-10Q（上隔离左操作），河南森源产（如要实现下隔离、右操作或选用其他型号的隔离开关，结构设计之前应先询问厂家此带来的结构相应变动，不要简单的变动操作机构的型号和位置）。由于隔离开关不能实现带电操作，在隔离开关上必须安装辅助开关（厂家提供）来防止带电分合闸。 （如隔离开关与辅助开关单独采购，需在生产说明上说明辅助开关车间配打孔安装。）

7.2.2 隔离开关操作机构选择

7.2.2.1 可以根据厂家隔离开关的型号来选择对应的隔离开关操作机构。GN19-10Q配套的操作结构为CS6-1T，河南森源产，操作杆车间配做。考虑到CS6-1T防止误操作的联锁太简单，需要给CS6-1T加DSN-Z电磁锁强制闭锁，标准图纸未包含，电磁锁安装支件和支件安装孔暂需现场测量后生产和配打。 7.2.2.2 操作机构的安装高度一般为离地面1200mm,且操作结构与隔离开关间的上下落差起码要大于300mm. 7.3 放电PT的选择

PT一般宜采用全绝缘产品，如图1-5所示，且电容器中性点需与PT中性点相连，其放电性能应能满足电容器组脱开电源后，在5S内将电容器组上的剩余电压降至50V以下。常用的型号为靖江JDZJ、JDZ。其中JDZJ为星形接线，PT数量为3只。JDZ为VV接线，PT数量为2只。 8

放电柜的原理接线

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二次元件中安装3只指示灯型号为AD16-22B/r26 AC110V；1只转换开关型号为LW12-16/9.6912.3P；1只电压表型号为42L6-V 10/0.1KV 0-12KV(用于10kV)。如图1-8所示，指示灯作为放电电阻用，电压表用于测量放电电压。

YH

A631

1RD

A630

XD1

YH

B631

2RD

B630

XD3

XD2

YH

C631

3RD

C630VVC632

CKA632

图1-8

9 电力电容器的运行维护

9.1 电力电容器的投入和切除

电力电容器在供电系统正常运行时是否,主要要看供电系统的功率因数或电压是否符合要求而定。如果功率因数过低，或者电压过低时，则应投入电容器，或增加电容器的投入量。

电力电容器是否切除或部分切除，也主要看系统的功率因数或电压情况而定。如变配电所母线电压偏高（如超过电容器额定电压的1.1倍）时，则应将电容器切除。

当发生下列任一情况时，应立即切除电容器： （1） 电容器爆炸； （2） 接头严重过热； （3） 套管闪络放电； （4） 电容器喷油或燃烧； （5） 环境温度超过40度。

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如果变配电所停电时，电容器也应切除，以免突然来电时，母线电压过高，超过了电容器长期运行的电压值。

在切除电容器前，需从外观（如仪表指示或指示灯）检查放电回路是否完好。电容器从电网切除后，应立即通过放电回路放电。高压电容器放电时间应在5min以上，低压电容器放电时间应在1min以上。为确保人身安全，人体接触电容器之前，应该用短接线将所有电容器两端直接短接放电。 9.2 电力电容器的维护

电力电容器在正常运行中，值班员应定期检视其电压、电流和室温等，并检查其外部，看看有无漏油、喷油、外壳膨胀等现象，有无放电声响或放电痕迹，接头有无发热现象，放电回路是否完好，指示等是否指示正常等。对装有通风装置的电容器室，还应检查通风装置各部分是否完好。