淺談集成式電力電容器無功補償裝置的技術特點及應用狀況

更新時間：2020-10-07

技術文章

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：闡述了集成式電力電容器無功補償裝置的組成與應用狀況．在與常規電力電容器對比的基礎上，分析了集成式電力電容器無功補償裝置的技術特點。通過對集成式無功補償裝置原理結構的分析，探討了對集成式無功補償裝置的分類，并提出了一些看法。

關鍵詞：集成式電力電容器；新一代智能變電站；無功補償

引言

電力電容器是電力系統并聯無功補償、諧波濾波的核心器件，是組成變電站的重要設備。目前應用于變電站的常規電容器裝置是和配套設備用導線連接組成。因其占地面積大、維護頻繁、使用壽命短等原因．無法滿足新一代智能變電站的建設要求，新一代智能變電站建設過程中普遍采用集成式無功補償裝置替代常規電容器裝置㈣]。集成式無功補償裝置采用集合式電容器．集合式電容器于20世紀80年代中期開發．90年代逐步在電力系統中推廣應用．目前應用已非常廣泛，運行靠，約占全部高壓并聯電容器的30％。集成式無功補償裝置是集合式電容器與串聯電抗器一體化的設備，具有補償效果好、功耗低、體積小、節約成本、使用靈活、維護方便、使用壽命長、可靠性高的特點，適應了新一代智能變電站對無功補償的更高要求。

1 集成式無功補償裝置的構成

集成式無功補償裝置是由集合式高壓并聯電容器、串聯電抗器、隔離接地開關、放電線圈、氧化鋅避雷器、成套柜體(含不銹鋼端子箱)、保護器件、溫控裝置及一、二次部分接線等設備組合而成的裝置。

集成式無功補償裝置的并聯電容器通過容性無功電流，串聯電抗器與電容器串聯，可投切涌流和諧波放大。氧化鋅避雷器主要用來限制電容器投切開關的過電壓。隔離接地開關主要作用是將電容器裝置與斷路器斷開。使其間有一明顯可看見的斷開點，同時在停電檢修時將電容器裝置接地。

2 集成式無功補償裝置的應用

新一代智能變電站示范工程一武漢未來城110 kV變電站位于武漢市東湖高新開發區，變電站主變壓器容量為2x50 MVA．無功補償采用集成式無功補償裝置，電容器容量按變壓器容量的16％配置。容量為1組3 Mvar+5 Mvar電容器。集成式無功補償裝置的平面布置如圖1所示。未來城110 kV變電站以110 kV典型設計1 10—C一5模塊方案為模板對無功補償裝置的布置進行優化設計[9]．原設計采用常規無功補償裝置的平面布置圖如圖2所示。

圖1 集成式無功補償裝置平面布置圖

圖2 常規無功補償成套裝置平面布置圖

從圖2可以看出，常規無功補償裝置的占地面積為49．6 m2，而選用的集成式無功補償裝置占地面積僅為25．324 m2，占地面積減少了近1／2，符合新一代智能變電站小型化、集成化的要求。

3集成式無功補償裝置的優勢

根據新一代智能變電站建設與運行情況．與常規無功補償裝置相比．集成式無功補償裝置主要有以下優點：

1)造價降低，節約投資成本。集成式無功補償裝置生產、運輸、安裝等費用大幅下降，生產工時、運輸安裝費用比傳統模式減少40％以上。

2)成套裝置安裝簡易、擴容方便、維護簡單、結構緊湊、占地面積小(占地為散裝電容器成套產品的1／5、集合式電容器成套產品的113左右)。

3)方便成套布置設計規范標準化、產品智能模塊化，接線形式較為簡易，大大提高了設計工作效率，且便于維護操作和溝通。

4)采用串聯電抗器與并聯電容器一體化設備，無功補償裝置減少了80％的連接線、60％的節點，降低了故障概率，減少了運行維護量，延長了使用壽命。集成式無功補償裝置一次和二次布線均在廠內完成。在使用現場快速組裝，維護簡單。設備全絕緣直接落地安裝，抗震性能好。現場定位后，接入電網即可運行。常規電容器裝置與集成式電容器裝置的主要性能比較見表1。

表1 常規補償裝置與集成式補償裝置的比較

從表1中可以看出：集成式補償裝置安裝簡易，故障概率低，運行維護量少，維護簡單，使用壽命長；而且成套裝置重量輕，本體帶儲油裝置，無需設置儲油坑，能有效節約土建投資成本。

4 集成式無功補償裝置的分類

集成式無功補償裝置的分類目前還沒統一標準規定，根據結構上的不同，目前生產的集成式電容器主要有兩種類型：I型集成電容器和Ⅱ型集成電容器。

I型集成電容器裝置采用半封閉式結構：采用模塊化設計，整套裝置分為兩個模塊，隔離開關、干式鐵心串聯電抗器、放置于箱變內為1個模塊。集合式電容器、避雷器、放電線圈、電流互感器、圍欄放于箱變外為第2模塊。裝置結構緊湊，占地面積小。I型集成電容的斷面示意如圖3所示。

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圖3 I型集成電容器的斷面示例圖

Ⅱ型集成電容的斷面示意如圖4所示．裝置采用全密封緊湊型結構，絕緣油與空氣*隔離．不需要內部維修及更換絕緣油。更不需進行定期油試驗，整體一體化結構，無外露走線，大大降低故障幾率。占地僅為常規裝置的1/3左右，節約了土地資源。Ⅱ型集成式無功補償裝置的占地面積比I型占地面積更小。所述的I型與Ⅱ型集成式電容器裝置尺寸對比見表2。

圖4 II型集成電容器的斷面示例圖

表2 I型和II型集成電容器成套裝置對比表

從表2中可以看出：3 Mvar的Ⅱ型集成式電容器成套裝置占地面積為I型集成式電容器成套裝置的34％，5 Mvar的Ⅱ型集成式電容器成套裝置占地面積為I型集成式電容器成套裝置的35．9％。且Ⅱ型集成式電容器成套裝置不需要裝設圍欄。如果新一代智能變電站設計中采用Ⅱ型集成式電容器成套裝置，能更有效地節省占地面積，為變電站的優化設計提供必要的技術支持。將成為集成式無功補償裝置發展的一個趨勢。

5 安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

5.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

5.2產品選型