5.2 电容器

    电容器的形式选择要体现技术先进、适合国情、符合产品标准等原则。至于选用常规单台电容器、集合式电容器或容量超过500kvar的大容量电容器，以及自愈式电容器组成电容器组，可根据工程具体条件进行技术经济比较确定，本条不做限制性规定。需要说明，这几种类型的产品各有优缺点，例如：单台电容器组合灵活，更换故障电容器方便，价格便宜，工程中采用最多的是这种形式，但特殊环境可能需要建电容器室采用屋内安装，单台电容器的维护工作量大；集合式电容器在屋外安装时占地较少，安装设计简单，施工方便，工期短，耐候性好、运行维护工作量少，价格较贵。为了保证运行可靠性及安全性，集合式电容器产品的场强取值较低，原材料消耗多，油箱内装有大量的绝缘油，经济性不如单台电容器，而且，一旦出现故障，整台停运，补偿容量损失大，在现场不能更换大箱体内的故障电容器，需返厂修理，引起的电容器组停运时间较长；自愈式电容器为干式无油，适合于要求设备无油化场所，这种产品价格较贵，电压和容量系列尚未形成，技术上仍处在发展完善阶段；充SF6气体绝缘的集合式电容器与自愈式电容器都不是技术上成熟的产品，在电容器选型时应予以注意。

    第2款是本次修订增加的新的条款，推荐了在特定条件下，可选用集合式并联电容器装置，且提出宜选用一体化集合式电容器装置，原因是近年来，随着框架式电容器装置技术的成熟，集合式电容器的市场占有率越来越小，但集合式电容器具有低位布置。占地较小、抗震能力强、接线简单、可靠性高、安全性好、运行维护量少等优势，且通过进一步将串联电抗器、放电线圈、集合式电容器在油箱内完成相互之间电气连接并集装成一个整体，减少或节省了原来电抗器、放电线圈需要额外占用布置面积及大量外部电气连线所需的导线材料和绝缘空间，其结构紧凑、体积小、少维护、高可靠、安全的优势更加明显。近年来，随着我国城镇化步伐加快，变电站建设时征地难的问题会越来越突出，集合式及一体化结构集合式电容器装置结构紧凑、抗震能力强的优势可能会重新体现出来。因此本次修订增加此条文用作电容器选型参考。

    第3款是限制性规定，是环境条件对电容器选型的要求，是必要条件，应予以满足，达不到环境条件的要求将影响设备的安全运行。

    第4款是特殊环境条件，应对电容器提出特殊要求的规定。

5.2.2  本条规定为电容器额定电压选择的主要原则。额定电压是电容器的重要参数，在并联电容器装置设计时，正确选择电容器的额定电压十分重要。众所周知，电容器的输出容量与其运行电压的平方成正比(即Q＝wCU2)，电容器运行在额定电压时，则输出额定容量，当运行电压低于额定电压时，则电容器的输出容量也就低于额定容量(俗称亏容)。因此，在选择电容器的额定电压时，如果安全裕度取值过大，则输出容量的亏损也大，所以应尽量使其接近额定电压。反之，如选择的电容器额定电压低于运行电压，将会造成电容器运行过载，如果长期过载运行，会使电容器内部介质产生局部放电，从而造成对电容器绝缘介质的损害。局部放电会使固体介质和液体介质分解，介质分解产生的臭氧和氮的氧化物等气体，将会使电容器的绝缘介质受到化学腐蚀，造成介质损耗增大，产生局部过热，进一步可能发展成绝缘击穿，使电容器损坏。由于电容器组长期过载而引发事故的例子，各地都出现过。因此，电容器过载运行是不安全的，为了确保安全，应避免电容器长期过载运行，所以，在选择电容器额定电压时要考虑电容器组投入运行后的预期母线运行电压。为了使电容器的额定电压选择合理，达到经济和安全运行的目的，在分析电容器预期的运行电压时，应考虑下面几种情况：

    (1)并联电容器装置接入电网后引起的电网电压升高；

    (2)谐波引起的电网电压升高；

    (3)装设电抗器引起的电容器端子电压升高；

    (4)相间和串联段间存在的容差，将形成电压分配不均，使部分电容器承受的电压升高；

    (5)轻负荷引起的电网电压升高。

    并联电容器装置投入电网后引起的母线电压升高值可按下式计算：

    式中：△U——母线电压升高值(kV)；

          U_so——并联电容器装置投入前的母线电压(kV)；

          Q——母线上所有运行的电容器组容量(Mvar)；

          S_d——母线三相短路容量(MV·A)。

    选择电容器的额定电压可先由公式求出计算值，再从电容器的标准系列中选取，电容器额定电压的计算公式如下：

    式中：U_CN——单台电容器的额定电压(kV)；

          U_SN——电容器接入点电网标称电压(kV)；

          S——电容器组每相的串联段数；

          K——电抗率。

    式2中系数1.05的取值依据是：电网最高运行电压一般不超过标称电压的1.07倍，最高为1.1倍，运行电压的平均值约为电网标称电压的1.05倍。将具体工程选取的电抗率K值和每相电容器的串联段数S值代入式2中，即可算出电容器的额定电压计算值，然后，从电容器额定电压的标准系列中，可选取接近计算值的额定电压。

    本次修订删除了原规范中“电容器应能承受1.1倍长期工频过电压”的说法，原因是此说法中“1.1倍长期工频过电压”的说法容易产生歧义，条款原意是指电容器安装点的工频过电压可能达到系统标称电压的1.1倍，电容器应能够承受这个电压，但是规程使用者容易理解成电容器应能承受最高工频过电压乘以1.1倍，这样，会大大增加电容器绝缘水平。由于第1款中已经说明电容器电压选择应按安装处过电压选择，因此，可删除1.1倍过电压的说法。

5.2.3  确定电气设备的绝缘水平是电气设计的最基本原则之一。电容器的绝缘水平选择应遵守这一通用原则，在国家现行标准中对各级电压的电气设备绝缘水平均有明确规定。电容器绝缘水平应根据串联段数和安装方式，提出不同要求：落地安装时应不低于同级电压电气设备的绝缘水平；安装于绝缘框(台)架上的电容器，应根据单台电容器额定电压和绝缘平台分层数综合考虑确定，例如：35kV电容器组，每相由4个串联段组成，单台电容器额定电压为5.5kV(对应于K＝5％)或6kV(对应于K＝12％)，绝缘平台分两层，单台电容器绝缘水平不应低于10kV级。

    本次修订增加了不同电压等级电容器成套装置绝缘水平的要求，对于66kV及以下并联电容器装置，其绝缘水平与对应电压等级常规设备相同，但对于110kV并联电容器装置，其绝缘水平高于常规110kV设备，因此此处引用了现行行业标准《1000kV变电站110kV并联电容器装置技术规范》DL/T 1182中的条款，对装置整体绝缘水平进行了规定。

5.2.4  本条为单台电容器容量选择规定，并联电容器组的单台电容器容量选择，首先考虑的足电容器组容量，随着电容器组容量的增大，为了减少台数，单台电容器也要相应选择较大的容量，如：5Mvar以下的小容量电容器组，单台电容器容量宜选50kvar或100kvar；10Mvar～20Mvar容量电容器组，单台电容器容量宜选用200kvar、334kvar；20Mvar～60Mvar或更大容量的电容器组，单台电容器容量宜选334kvar或500kvar及以上的单台电容器。对于中小容量的电容器组，宜选择标准产品，在电容器额定容量优先值中选择，电容器额定容量优先值为：50kvar、100kvar、200kvar、334kvar、500kvar，无特殊情况，不宜采用非标准产品。500kvar以上的大容量电容器，尚未制订优先值系列，通常是制造厂根据大容量电容器组容量配置需要定制的。

    为了运行安全，每相各串联段的并联电容器台数，不应超过最大并联容量(根据所选用的单台容量即可计算出并联台数)，否则，某一台电容器发生贯穿性击穿事故，注入故障电容器的能量，将超过其外壳耐爆能量，从而会发生电容器外壳爆裂事故，甚至是事故扩大。最大并联容量3900kvar的限定值，来自现行国家标准《标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器  第3部分：并联电容器和并联电容器组的保护》GB/Z 11024.3-2001中第5.3.1条的规定，能量限值条件是按电容器电压为额定电压峰值的1.1倍和耐爆能量为15kJ计算得出的，当预计工频过电压较高时，并联容量应相应降低。

5.2.5  用户的低压无功补偿选用的低压并联电容器装置，都是低压并联电容器装置，低压电容器柜由生产厂家在工厂生产，厂家根据不同的环境条件和不同的技术要求，有不同形式的产品供货。电容器柜中装设的电容器是金属化膜自愈式电容器。截至目前，电容器行业产品统计中，已经没有油浸箔式低压电容器产品的产量，也就是说，油浸箔式电容器已被淘汰。低压电容器就只有一种产品，设备厂家根据环境条件和技术要求，采用不同容量的金属化膜自愈式电容器，组装成不同容量的成套柜供用户选择。自愈式电容器具有诸多优点，如：故障击穿时故障电流使金属层蒸发，介质迅速恢复绝缘性能，即所谓自愈性；它体积小、重量轻、损耗小、温升低；这种产品可以做到无油不燃，避免火灾危险。金属化膜自愈式电容器内部配有保护装置，当内部元件永久性击穿时可以自动断路。等效采用IEC标准的我国国家标准已经颁布执行。