浅谈电力电容器成套装置对电网系统电压的影响

关键词：电力电容器；成套装置；系统电压
引言
电容器是一种容纳电荷的器件。是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，组成一个电容器，平行板电容器由电容器的极板和电介质组成。电力电容器是用于电力系统和电工设备的电容器，是电容的一种。电容器主要由箱壳、芯子和浸渍剂三部分组成。箱壳用薄钢板或不锈钢板经弯制再行密封焊接而成。箱盖上焊有引出线套管，箱壳两侧焊有供搬运安装用的吊攀。芯子由若干个元件和绝缘件按一定的串并联连接而成。元件由聚丙烯薄膜作固体介质、铝箔作极板卷制而成，箱壳内充满性能优良的浸渍剂。电力电容器成套装置在维持系统电压正常方面发挥着很重要的作用，本文对此进行了分析。
1 电力电容器成套装置概述
电力电容器分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的重要设备。由于电力电容器在无功补偿上的显著成效，所以无功补偿采用电力电容器已得到广泛应用[1]。电力电容器在减少系统功率损耗、提高功率因数、降低运行电流、提升电网电压、释放变压器使用裕度等方面有着显著效果，式（1）为系统的有功损耗的计算公式:

由式（1）可知，QC 为电容器发出的容性无功，可以减少线路上所传输的无功功率，从而可以降低系统的有功功率损耗。电力电容器又有高压电容器和低压电容器之分。额定电压在1KV以下称为低压电容器，额定电压在1KV以上的称为高压电容器。我国的低压电容器的发展主要分为4个阶段:50～60年代，我国采用油浸式电容器纸作为介质，电容器元件为扁平元，液体介质采用矿物油，电容器体积大、有功损耗高。二阶段:70年代，我国采用金属氧化膜替代电容器纸的应用，液体介质也大部分采用矿物油和树脂，电容器元件为圆形结构，有自愈能力，体积为一代电容器的40%，有功损耗也有显著降低。第三阶段:80年代，元件采用8um左右金属氧化膜，内充金属天然油或树脂，体积更加小，有功损耗降低为0.3W/
KVar，使用寿命在2-6年。第四阶段:电容器逐渐向小型化、无油化和环保化发展，采用5～6um的金属氧化膜，内充SF6或N2气体。具有防火阻燃体积小等优点，使用寿命长达10年。低压电容器有多种型号，由于在填充材质和技术工艺的不同，不同的填充材质之间有着不同的优缺点。
2 电力电容器与系统电压
电容器的作用可以用一个与水管连接的水塔来形象地描述。水塔可用来“存储”水压，当供水系统的水泵供应的水量超过城镇所需水量时，多余的水将被存储到水塔中。然后，当水的需求量较高时，多余的水将从水塔中流出以维持水压。电容器以同样的方式存储电子，并且以后可以再将电子释放出来。首先分析联电容器的作用，并联电容器是一种无功补偿设
备。通常(集中补偿式)接在变电站的低压母线上，其主要作用是补偿系统的无功功率，提高功率因数，从而降低电能损耗、提高电压质量和设备利用率，常与有载调压变压器配合使用。电力电容器能够发出容性无功，提高系统的电压，式（2）为系统电压降落的计算公式:

在式（2）中，QC为电容器发出的感性无功，可以减少线路上所传输的无功，从而降低线路上的电压降落，提高系统的节点电压，这也是电容器提高电网电压的基本原理。
对于串联电容器而言，当在线路中串联电容器之后，则系统的电压降落的计算公式如式（3）所示。

由式（3）可知，当电容器作为串联电容器使用时，可以减小线路的感性电抗，从而也能降低线路上的电压降落，提高电网电压。总体而言，采用电力电容器对系统电压的稳定性具有重要作用。
3 电力电容器在自动电压调整中的应用
近年来，随着电网控制技术的不断发展，自动电压控制系统在电力系统中的应用十分广泛，自动电压控制系统是提高系统电压水平和经济效益的重要手段[3]。随着地区电网的不断发展，电网结构日趋复杂，用户对电能质量的要求也日益提高。在电力市场的机制下，采取手段降低网损、改善系统电压水平，已经成为直接关系电力企业自身经济效益的重要因素。电力系统电压和无功功率控制是保证供电质量、满足无功功率需求和系统电压稳定的方法，同时也是减少线损、提高电网运行经济性的措施。
目前大多数地区电网采用分散调整的方式实施无功电压控制，即在各变电站内利用本身所具有的无功资源实施对变电站电压无功控制。比较常用的方法是根据系统当前的运行状态在九区域图上所处的位置来决定相应的控制方案，调节变压器的分接头挡位或者投切电容器，从而保证电压合格率和主变力率。随着城网改造的进行，越来越多电网中的电力电容器成套装置投入使用。为了发挥调压设备的作用，需要从当前的人工调节方式转变为利用专家决策系统进行自动调节的方式。发展电网闭环无功控制系统，可以显著提高系统的电压合格率，降低系统的网损。
4 安科瑞AZC/AZCL智能集成式电容器介绍
4.1产品概述
AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小，功耗更低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的更高要求。
AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。
4.2产品选型
AZC系列智能电容器选型：


 

 
 
 
 
AZCL系列智能电容器选型：



 
 
 
4.3产品实物展示

AZC系列智能电容模AZCL系列智能电容模块

安科瑞无功补偿装置智能电容方案
5 结束语
电力电容器在电力系统中的应用历史较长，在维持电网的稳定运行方面发挥了重要的作用，随着电容器无功补偿技术的不断发展，目前电力电容器成套装置在系统无功补偿方面的性能也更加优越，保证了电力系统的稳定运行，今天电
力电容器成套装置的应用范围将更加广泛。
参考文献
[1] 蔡晖，张文嘉，万振东，等.苏州南部电网的电压稳定问题及无功补偿策略研究[J].电力电容器与无功补偿，2017，38(1)：110-116.
[2]蒋文忠，俞峰，张康.电力电容器成套装置对系统电压的影响分析
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版
 
作者简介：
王蒙蒙，现任职于安科瑞电气股份有限公司。主要从事智能电力电容器产品的研发与应用。