電容器無功功率補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

何艷賓

摘要：無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是電力電容無功補(bǔ)償?shù)膭?chuàng)新，是高科技節(jié)能產(chǎn)品，以動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償為主，改善電網(wǎng)質(zhì)量、節(jié)約電能、提高變壓器增容利用率滿足增容需求、消除電磁污染和提高用電安全可靠性等功能；是靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置最理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：電容器 無功功率 補(bǔ)償

0 引言

連接到電網(wǎng)中的大多數(shù)電器不僅需要有功功率，還需要一定的無功功率，電機(jī)和變壓器中的磁場靠無功電流維持，輸電線中的電感也消耗無功，電抗器、熒光燈等所有感性電路全部需要一定的無功功率。為減少電力輸送中的損耗，提高電力輸送的容量和質(zhì)量，必須進(jìn)行無功功率的補(bǔ)償。

1 電力電容器的補(bǔ)償功能

經(jīng)電業(yè)部門調(diào)查，農(nóng)網(wǎng)和城網(wǎng)輸送功率潮流的功率因數(shù)大都在0.65-0.8左右，企業(yè)內(nèi)部的配電網(wǎng)潮流的功率因數(shù)在0.65-0.7左右。低壓用電設(shè)備由于動(dòng)力設(shè)備實(shí)際作功比額定功率小及家用電器的作功特性，所以其自然功率因數(shù)大都偏低。供電系統(tǒng)除供給有功功率外，還供給大量無功功率，以至發(fā)電設(shè)備輸送電能至配電設(shè)備不能有效利用。供電系統(tǒng)除供給有功功率外，還供給大量無功功率，以至發(fā)電設(shè)備輸送電能至配電設(shè)備不能有效利用。

當(dāng)功率因數(shù)偏低時(shí)，將造成下列不良影響：降低了發(fā)電設(shè)備的有功功率及發(fā)電設(shè)備效率，提高了發(fā)電成本。電容器在原理上相當(dāng)于產(chǎn)生容性無功電流的發(fā)電機(jī)。將它連接到需要無功的補(bǔ)償裝置或設(shè)備上，變壓器和輸出線的負(fù)荷降低，從而輸出有功能力增加。降低了輸變配電設(shè)備的供電能力。在輸出一定有功功率的情況下，供電系統(tǒng)的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統(tǒng)和工業(yè)配電負(fù)荷的最簡便、最經(jīng)濟(jì)的方法。使電網(wǎng)損耗增加(電網(wǎng)線路中的電能損失與功率因數(shù)值的平方成反比)功率因數(shù)愈低，線路中的電壓損失也愈大，使用電設(shè)備的運(yùn)行條件惡化。由此可見，提高功率因數(shù)對整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重大意義，電容器作為電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償勢在必行。

2 自愈式低壓并聯(lián)電力電容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

多年來，低壓側(cè)的無功補(bǔ)償，大量采用油浸紙介電容器。這種電容器體積大、損耗高、成本高，而且爆炸、鼓肚、漏油現(xiàn)象嚴(yán)重，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的要求。

近年來發(fā)展起來的自愈式低壓并聯(lián)電力電容器，是以電工級的聚丙烯膜為介質(zhì)，單面蒸鍍一層金屬膜為極板，采用無感卷繞法形成元件，在其兩端面噴涂金屬，將極板引出作為電極。電容器應(yīng)當(dāng)有放電器件，當(dāng)電容器從電源脫開后，它能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)把電容器上剩余電壓降低到零，以保證維護(hù)人員的人身安全和防止重復(fù)投切時(shí)電壓疊加造成電容器過電壓。自愈式低壓并聯(lián)電力電容器盡管有自愈功能，比較安全可靠，但仍存在自愈失敗的情況，造成元件絕緣水平降低，甚至短接，產(chǎn)生鼓肚、爆裂等個(gè)別情況。

2.1 壓差防爆裝置 當(dāng)電容器的某一元件絕緣程度下降時(shí)，必然產(chǎn)生超常熱量，內(nèi)壓增大，使電容器外殼變形，膨脹，機(jī)械位移把防爆片（線）拉斷。由于電源通過防爆片與電容器元件相接，防爆片斷開等于電源脫開，防爆效果決定于防爆片的設(shè)計(jì)、安裝位置和電容器的密封性等。線路電壓損失與線路電流成正比，提高功率因數(shù)減少線路無功電流，也就減少了線路電量損失，對于波動(dòng)大和沖擊性負(fù)荷無功動(dòng)補(bǔ)裝置做自動(dòng)跟蹤投切可以顯著抑制電壓閃變，對于諧波源負(fù)荷，選用抗諧波動(dòng)態(tài)裝置，可使公用母線電壓正弦波形崎變率達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；對于不平衡負(fù)荷選用分相補(bǔ)償?shù)膭?dòng)補(bǔ)裝置，則可使負(fù)序電壓改善到達(dá)到電網(wǎng)負(fù)序電壓國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 安全膜 把金屬化薄膜蒸鍍成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即把電容器元件的容量劃分成相當(dāng)數(shù)量的小電容的并聯(lián)。每個(gè)小電容蒸鍍成具有電流保險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)，在電容器元件的某一個(gè)小電容電弱處自愈失敗時(shí)，該小電容電流保險(xiǎn)熔斷，推出運(yùn)行，而整個(gè)元件容量下降甚微。

2.3 溫度電流型保險(xiǎn) 電容器由多個(gè)電容器元件組合而成，如果每個(gè)元件設(shè)置溫度電流保險(xiǎn)器件，當(dāng)某一個(gè)元件由于自愈失敗時(shí)絕緣下降，甚至短接時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過熱電流，促成溫度電流保險(xiǎn)動(dòng)作，該元件即刻退出運(yùn)行，而整臺電容器仍可繼續(xù)正常運(yùn)行，只是電容量有少量下降而已。防爆預(yù)防措施是必要的，最重要的是提高電容器元件的可靠性。一般廠家都非常重視材料的選擇和工藝條件的控制。缺乏優(yōu)良的原材料和嚴(yán)格的工藝控制，是生產(chǎn)不出優(yōu)良的成品電容器的。

金屬化膜是電容器生產(chǎn)的關(guān)鍵原材料。目前一般生產(chǎn)自愈式低壓并聯(lián)電力電容器使用Al金屬化聚丙烯膜、Zn-Al（或Ag-Zn）聚丙烯金屬化膜。

3 鋁金屬化膜和鋅鋁金屬化膜的區(qū)別

在鍍膜技術(shù)中，因鋁膜生產(chǎn)成本低，對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，常溫常濕自然條件下，可以存放較長時(shí)間而保持導(dǎo)電性不變，自愈性能較好，便于保管和操作，因而得到廣泛應(yīng)用。

金屬化電容器最突出的一個(gè)特點(diǎn)是具有良好的自愈性，就是說當(dāng)其介質(zhì)的電弱處被擊穿后，由于短路產(chǎn)生的高能量使擊穿附近的金屬鍍層迅速逸散形成空白區(qū)，重新恢復(fù)絕緣。這一特性要求金屬化膜具有較薄的鍍層。但在金屬化的電容器中，金屬鍍層是作為極板使用的，從金屬導(dǎo)電原理出發(fā)，又要求金屬鍍層越厚越好，這樣電容器才能承受大電流的沖擊。其噴金材料只能是Al、Zn或其合金，不同種類的金屬在電場的作用下，接觸面的電化學(xué)腐蝕是存在的，加上鍍層，噴金面接觸不良，造成耐電流沖擊能力差。同時(shí)鋁膜電容器在運(yùn)行中由于熱電效應(yīng)，鍍層極易腐蝕脫落，導(dǎo)致容量下降，損耗增大、發(fā)熱等。

蒸鍍采用邊緣加厚技術(shù)，極板部分方阻比較大，噴金接觸部分方阻小，這就解決了自愈性和抗大電流沖擊的矛盾。而噴金材料采用和極板相同的Zn，不存在電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。真空鍍膜的損傷程度也小。因而Zn-Al金屬化膜電容器的性能穩(wěn)定，具有容量下降率小，耐沖擊能力強(qiáng)，使用壽命長等特性。但是Zn-Al膜允許在空氣中暴露的時(shí)間短，鍍層容易氧化，工藝要求比較嚴(yán)格，處理不當(dāng)，會(huì)在電熱的作用下，損耗增大，影響其使用壽命。

4 電容器的質(zhì)量

合格的自愈式低壓并聯(lián)電力電容器應(yīng)當(dāng)符合GB12747-91標(biāo)準(zhǔn)，出廠前對電容器元件都經(jīng)過檢驗(yàn)、篩選，合格的元件才允許組裝電容器。整臺電容器的容量、損耗、耐壓和絕緣等主要指標(biāo)都經(jīng)過測試，外觀經(jīng)過檢查合格后才允許出廠。

5 使用注意事項(xiàng)

無功補(bǔ)償裝置安裝后，試運(yùn)行過程中，要對系統(tǒng)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)過電壓、過電流、振蕩、諧波等要及時(shí)采取措施，這對于電容器的正常運(yùn)行是非常必要的。值得一提的是，一般用戶往往忽視使用說明書，使用注意事項(xiàng)安裝時(shí)要仔細(xì)領(lǐng)會(huì)、照辦。大家知道，電容器的阻抗是和頻率成反比。隨著頻率的增高，損耗也增大。對于電路中的諧波和涌流要采取措施加以限制。電容器總是要產(chǎn)生熱量的，要特別注意通風(fēng)冷卻。無功補(bǔ)償裝置安裝后，試運(yùn)行過程中，要對系統(tǒng)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)過電壓、過電流、振蕩、諧波等要及時(shí)采取措施，這對于電容器的正常運(yùn)行是非常必要的。

6 推廣應(yīng)用

無功功率自動(dòng)補(bǔ)償?shù)南冗M(jìn)性和實(shí)用性，通過實(shí)踐證明，該裝置能頻繁快速投切、消除無功反送、提高配電設(shè)備的利用率、大幅度改善用戶的功率因數(shù)、節(jié)省用戶的擴(kuò)容投資和電費(fèi)的支出、顯著改善配電質(zhì)量，達(dá)到高效節(jié)能的效果；符合國家的節(jié)能政策，創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]ZKP電機(jī)專用節(jié)電器使用手冊[Z].北京中礦節(jié)能技術(shù)有限公司.2004.

[2]趙希正.中國電力負(fù)荷特性分析與預(yù)測[M].北京:中國電力出版社.2002.

[3]錢振華.電氣設(shè)備倒閘操作技術(shù).中國電力出版社.2004.