电容器无功功率补偿的应用

何艳宾

摘要：无功功率动态补偿是电力电容无功补偿的创新，是高科技节能产品，以动态无功补偿为主，改善电网质量、节约电能、提高变压器增容利用率满足增容需求、消除电磁污染和提高用电安全可靠性等功能；是静态无功补偿装置最理想的更新换代产品。

关键词：电容器 无功功率 补偿

0 引言

连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率，电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。

1 电力电容器的补偿功能

经电业部门调查，农网和城网输送功率潮流的功率因数大都在0.65-0.8左右，企业内部的配电网潮流的功率因数在0.65-0.7左右。低压用电设备由于动力设备实际作功比额定功率小及家用电器的作功特性，所以其自然功率因数大都偏低。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。

当功率因数偏低时，将造成下列不良影响：降低了发电设备的有功功率及发电设备效率，提高了发电成本。电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。将它连接到需要无功的补偿装置或设备上，变压器和输出线的负荷降低，从而输出有功能力增加。降低了输变配电设备的供电能力。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的最简便、最经济的方法。使电网损耗增加(电网线路中的电能损失与功率因数值的平方成反比)功率因数愈低，线路中的电压损失也愈大，使用电设备的运行条件恶化。由此可见，提高功率因数对整个电力系统的经济运行有着重大意义，电容器作为电力系统的无功补偿势在必行。

2 自愈式低压并联电力电容器的结构特点

多年来，低压侧的无功补偿，大量采用油浸纸介电容器。这种电容器体积大、损耗高、成本高，而且爆炸、鼓肚、漏油现象严重，已远远不能适应电网发展的要求。

近年来发展起来的自愈式低压并联电力电容器，是以电工级的聚丙烯膜为介质，单面蒸镀一层金属膜为极板，采用无感卷绕法形成元件，在其两端面喷涂金属，将极板引出作为电极。电容器应当有放电器件，当电容器从电源脱开后，它能在规定的时间内把电容器上剩余电压降低到零，以保证维护人员的人身安全和防止重复投切时电压叠加造成电容器过电压。自愈式低压并联电力电容器尽管有自愈功能，比较安全可靠，但仍存在自愈失败的情况，造成元件绝缘水平降低，甚至短接，产生鼓肚、爆裂等个别情况。

2.1 压差防爆装置 当电容器的某一元件绝缘程度下降时，必然产生超常热量，内压增大，使电容器外壳变形，膨胀，机械位移把防爆片（线）拉断。由于电源通过防爆片与电容器元件相接，防爆片断开等于电源脱开，防爆效果决定于防爆片的设计、安装位置和电容器的密封性等。线路电压损失与线路电流成正比，提高功率因数减少线路无功电流，也就减少了线路电量损失，对于波动大和冲击性负荷无功动补装置做自动跟踪投切可以显著抑制电压闪变，对于谐波源负荷，选用抗谐波动态装置，可使公用母线电压正弦波形崎变率达到国家标准；对于不平衡负荷选用分相补偿的动补装置，则可使负序电压改善到达到电网负序电压国家标准。

2.2 安全膜 把金属化薄膜蒸镀成网状结构，即把电容器元件的容量划分成相当数量的小电容的并联。每个小电容蒸镀成具有电流保险的结构，在电容器元件的某一个小电容电弱处自愈失败时，该小电容电流保险熔断，推出运行，而整个元件容量下降甚微。

2.3 温度电流型保险 电容器由多个电容器元件组合而成，如果每个元件设置温度电流保险器件，当某一个元件由于自愈失败时绝缘下降，甚至短接时，会产生过热电流，促成温度电流保险动作，该元件即刻退出运行，而整台电容器仍可继续正常运行，只是电容量有少量下降而已。防爆预防措施是必要的，最重要的是提高电容器元件的可靠性。一般厂家都非常重视材料的选择和工艺条件的控制。缺乏优良的原材料和严格的工艺控制，是生产不出优良的成品电容器的。

金属化膜是电容器生产的关键原材料。目前一般生产自愈式低压并联电力电容器使用Al金属化聚丙烯膜、Zn-Al（或Ag-Zn）聚丙烯金属化膜。

3 铝金属化膜和锌铝金属化膜的区别

在镀膜技术中，因铝膜生产成本低，对环境的适应性强，常温常湿自然条件下，可以存放较长时间而保持导电性不变，自愈性能较好，便于保管和操作，因而得到广泛应用。

金属化电容器最突出的一个特点是具有良好的自愈性，就是说当其介质的电弱处被击穿后，由于短路产生的高能量使击穿附近的金属镀层迅速逸散形成空白区，重新恢复绝缘。这一特性要求金属化膜具有较薄的镀层。但在金属化的电容器中，金属镀层是作为极板使用的，从金属导电原理出发，又要求金属镀层越厚越好，这样电容器才能承受大电流的冲击。其喷金材料只能是Al、Zn或其合金，不同种类的金属在电场的作用下，接触面的电化学腐蚀是存在的，加上镀层，喷金面接触不良，造成耐电流冲击能力差。同时铝膜电容器在运行中由于热电效应，镀层极易腐蚀脱落，导致容量下降，损耗增大、发热等。

蒸镀采用边缘加厚技术，极板部分方阻比较大，喷金接触部分方阻小，这就解决了自愈性和抗大电流冲击的矛盾。而喷金材料采用和极板相同的Zn，不存在电化学腐蚀现象。真空镀膜的损伤程度也小。因而Zn-Al金属化膜电容器的性能稳定，具有容量下降率小，耐冲击能力强，使用寿命长等特性。但是Zn-Al膜允许在空气中暴露的时间短，镀层容易氧化，工艺要求比较严格，处理不当，会在电热的作用下，损耗增大，影响其使用寿命。

4 电容器的质量

合格的自愈式低压并联电力电容器应当符合GB12747-91标准，出厂前对电容器元件都经过检验、筛选，合格的元件才允许组装电容器。整台电容器的容量、损耗、耐压和绝缘等主要指标都经过测试，外观经过检查合格后才允许出厂。

5 使用注意事项

无功补偿装置安装后，试运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、振荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常必要的。值得一提的是，一般用户往往忽视使用说明书，使用注意事项安装时要仔细领会、照办。大家知道，电容器的阻抗是和频率成反比。随着频率的增高，损耗也增大。对于电路中的谐波和涌流要采取措施加以限制。电容器总是要产生热量的，要特别注意通风冷却。无功补偿装置安装后，试运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、振荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常必要的。

6 推广应用

无功功率自动补偿的先进性和实用性，通过实践证明，该装置能频繁快速投切、消除无功反送、提高配电设备的利用率、大幅度改善用户的功率因数、节省用户的扩容投资和电费的支出、显著改善配电质量，达到高效节能的效果；符合国家的节能政策，创造良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

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