電力電容器的工作原理及應(yīng)用

電力電容器，用于電力系統(tǒng)和電工設(shè)備的電容器。任意兩塊金屬導(dǎo)體,

中間用絕緣介質(zhì)隔開，即構(gòu)成一個(gè)電容器。電容器電容的大小，由其幾

何尺寸和兩極板間絕緣介質(zhì)的特性來決定。當(dāng)電容器在交流電壓下使用

時(shí)，常以其無功功率表示電容器的容量，單位為乏或千乏。本期專題將

詳細(xì)介紹電力電容器的分類、原理、安裝及運(yùn)行維護(hù)等問題。

并聯(lián)電容器是一種無功補(bǔ)償設(shè)備，并聯(lián)在線路上，其主要作用是補(bǔ)償系

統(tǒng)的無功功率，提高功率因數(shù)，從而降低電能損耗、提高電壓質(zhì)量和設(shè)

備利用率。

串聯(lián)電容器主要用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)的電抗，常用于高壓系統(tǒng)。

電力電容器的分類

電力電容器按安裝方式可分為戶內(nèi)式和戶外式兩種；按其運(yùn)行的額定電

壓可分為低壓和高壓兩類；按其相數(shù)可分為單相和三相兩種，除低壓并

聯(lián)電容器外，其余均為單相;按外殼材料可分為金屬外殼、瓷絕緣外殼、

膠木筒外殼等。

按用途又可分為以下8種：

1）并聯(lián)電容器。原稱移相電容器。主要用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)感性負(fù)荷的

無功功率，以提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降低線路損耗。

2）串聯(lián)電容器。串聯(lián)于工頻高壓輸、配電線路中，用以補(bǔ)償線路的分

布感抗，提高系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，改善線路的電壓質(zhì)量，加長送電

距離和增大輸送能力。

3）耦合電容器。主要用于高壓電力線路的高頻通信、測量、控制、保

護(hù)以及在抽取電能的裝置中作部件用。

4）斷路器電容器。原稱均壓電容器。并聯(lián)在超高壓斷路器斷口上起均

壓作用，使各斷口間的電壓在分?jǐn)噙^程中和斷開時(shí)均勻，并可改善斷路

器的滅弧特性，提高分?jǐn)嗄芰Α?/p>

5）電熱電容器。用于頻率為40~24000赫的電熱設(shè)備系統(tǒng)中，以提高

功率因數(shù)，改善回路的電壓或頻率等特性。

6）脈沖電容器。主要起貯能作用，用作沖擊電壓發(fā)生器、沖擊電流發(fā)

生器、斷路器試驗(yàn)用振蕩回路等基本貯能元件。

7）直流和濾波電容器。用于高壓直流裝置和高壓整流濾波裝置中。

8）標(biāo)準(zhǔn)電容器。用于工頻高壓測量介質(zhì)損耗回路中，作為標(biāo)準(zhǔn)電容或

用作測量高壓的電容分壓裝置。

電力電容器的結(jié)構(gòu)

電力電容器的基本結(jié)構(gòu)包括：電容元件、浸漬劑、緊固件、引線、外殼

和套管。

額定電壓在IkV以下的稱為低壓電容器,lkV以上的稱為高壓電容器,

都做成三相、三角形連接線，內(nèi)部元件并聯(lián)，每個(gè)并聯(lián)元件都有單獨(dú)的

熔絲；高壓電容器一般都做成單相，內(nèi)部元件并聯(lián)。外殼用密封鋼板焊

接而成，芯子由電容元件串并聯(lián)組成，電容元件用鋁箔作電極，用復(fù)合

薄膜絕緣。電容器內(nèi)衣絕緣油(礦物油或十二烷基苯等)作浸漬介質(zhì)。

(1)電容元件

用一定厚度和層數(shù)的固體介質(zhì)與鋁箔電極卷制而成。若干個(gè)電容元件并

聯(lián)和串聯(lián)起來，組成電容器芯子。在電壓為10kV及以下的高壓電容器

內(nèi)，每個(gè)電容元件上都串有一熔絲，作為電容器的內(nèi)部短路保護(hù)。當(dāng)某

個(gè)元件擊穿時(shí)，其他完好元件即對其放電，使熔絲在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)迅

速熔斷，切除故障元件，從而使電容器能繼續(xù)正常工作。

(2)浸漬劑

電容器芯子一般放于浸漬劑中，以提高電容元件的介質(zhì)耐壓強(qiáng)度，改善

局部放電特性和散熱條件。浸漬劑一般有礦物油、氯化聯(lián)苯、SF6氣體

等。

(3)外殼和套管

外殼一般采用薄鋼板焊接而成，表面涂阻燃漆，殼蓋上焊有出線套管,

箱壁側(cè)面焊有吊攀、接地螺栓等。大容量集合式電容器的箱蓋上還裝有

油枕或金屬膨脹器及壓力釋放閥，箱壁側(cè)面裝有片狀散熱器、壓力式溫

控裝置等。接線端子從出線瓷套管中引出。

電容器的型號(hào)含義如下圖所示。

電力電容器的作用

（1）串聯(lián)電容器的作用

1）提高線路末端電壓。串接在線路中的電容器，利用其容抗XC補(bǔ)償線

路的感抗XI,使線路的電壓降落減少，從而提高線路末端（受電端）的電

壓，一般可將線路末端電壓最大可提高10%~20%。

2）降低受電端電壓波動(dòng)。當(dāng)線路受電端接有變化很大的沖擊負(fù)荷（如電

弧爐、電焊機(jī)、電氣軌道等）時(shí)，串聯(lián)電容器能消除電壓的劇烈波動(dòng)。

這是因?yàn)榇?lián)電容器在線路中對電壓降落的補(bǔ)償作用是隨通過電容器

的負(fù)荷而變化的，具有隨負(fù)荷的變化而瞬時(shí)調(diào)節(jié)的性能，能自動(dòng)維持負(fù)

荷端（受電端）的電壓值。

3）提高線路輸電能力。由于線路串入了電容器的補(bǔ)償電抗xc,線路的

電壓降落和功率損耗減少，相應(yīng)地提高了線路的輸送容量。

4）改善了系統(tǒng)潮流分布。在閉合網(wǎng)絡(luò)中的某些線路上串接一些電容器,

部分地改變了線路電抗，使電流按指定的線路流動(dòng)，以達(dá)到功率經(jīng)濟(jì)分

布的目的。

5）提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。線路串入電容器后，提高了線路的輸電能力，

這本身就提高了系統(tǒng)的靜穩(wěn)定。當(dāng)線路故障被部分切除時(shí)（如雙回路被

切除一回、但回路單相接地切除一相），系統(tǒng)等效電抗急劇增加，此E寸，

將串聯(lián)電容器進(jìn)行強(qiáng)行補(bǔ)償，即短時(shí)強(qiáng)行改變電容器串、并聯(lián)數(shù)量，臨

時(shí)增加容抗xc,使系統(tǒng)忌的等效電抗減少，提高了輸送的極限功率

（Pmax=UlU2/xl-xc）,從而提高系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)定。

（2）并聯(lián)電容器的作用

并聯(lián)電容器并聯(lián)在系統(tǒng)的母線上，類似于系統(tǒng)母線上的一個(gè)容性負(fù)荷,

它吸收系統(tǒng)的容性無功功率，這就相當(dāng)于并鐵電容器向系統(tǒng)發(fā)出感性無

功。因此，并聯(lián)電容器能向系統(tǒng)提供感性無功功率，系統(tǒng)運(yùn)行的功率因

數(shù)，提高受電端母線的電壓水平，同時(shí)，它減少了線路上感性無功的輸

送，減少了電壓和功率損耗，因而提高了線路的輸電能力。

電力電容器的安裝

安裝補(bǔ)償電容器的環(huán)境要求如下：

1）電容器應(yīng)安裝在無腐蝕性氣體、無蒸汽，沒有劇烈震動(dòng)、沖擊、爆

炸、易燃等危險(xiǎn)的場所。電容器的防火等級(jí)不低于二級(jí)。

2）裝于戶外的電容器應(yīng)防止日光直接照射。

電容器室的環(huán)境溫度應(yīng)滿足制造廠家規(guī)定的要求，一般規(guī)定為

3）40℃e

4）電容器室裝設(shè)通風(fēng)機(jī)時(shí)，出風(fēng)口應(yīng)安裝在電容器組的上端。進(jìn)、排

風(fēng)機(jī)宜在對角線位置安裝。

5）電容器室可采用天然采光，也可用人工照明，不需要裝設(shè)采暖裝置。

6）高壓電容器室的門應(yīng)向外開。

安裝電容器的技術(shù)要求如下：

1）為了節(jié)省安裝面積，高壓電容器可以分層安裝于鐵架上，但垂直放

置層數(shù)應(yīng)不多于三層，層與層之間不得裝設(shè)水平層間隔板，以保證散熱

良好。上、中、下三層電容器的安裝位置要一致，名牌向外。

2）安裝高壓電容器的鐵架成一排或兩排布置，排與排之間應(yīng)留有巡視

檢查的走道，走道寬度應(yīng)不小于1.5m.

3）高壓電容器組的鐵架必須設(shè)置鐵絲網(wǎng)遮攔,遮攔的網(wǎng)孔3~4cm2

為宜。

4）高壓電容器外殼之間的距離，一般不應(yīng)小于10cm;低壓電容器外

殼之間的距離應(yīng)不小于50mm。

5）高壓電容器室內(nèi)，上下層之間的凈距不應(yīng)小于0.2m;下層電容器底

部與地面的距離應(yīng)不小于0.3m。

6）每臺(tái)電容器與母線相連的接線應(yīng)采用單獨(dú)的軟線，不要采用硬母線

連接的方式，以免安裝或運(yùn)行過程中對瓷套管產(chǎn)生應(yīng)力造成漏油或損壞.

7）安裝時(shí)，電氣回路和接地部分的接觸面要良好。因?yàn)殡娙萜骰芈分?/p>

的任何不良接觸，均可能產(chǎn)生高頻振蕩電弧，造成電容器的工作電場強(qiáng)

度增高和發(fā)熱損壞。

8）較低電壓等級(jí)的電容器經(jīng)串聯(lián)后運(yùn)行于較高電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，其

各臺(tái)的外殼對地之間，應(yīng)通過加裝相當(dāng)于運(yùn)行電壓等級(jí)的絕緣子等措施,

使之可靠絕緣。

9）電容器經(jīng)星形連接后，用于高一級(jí)額定電壓，且系中性點(diǎn)不接地E寸，

電容器的外殼應(yīng)對地絕緣。

10）電容器安裝之前，要分配一次電容量，使其相間平衡，偏差不超過

總?cè)萘康?%。當(dāng)裝有繼電保護(hù)裝置時(shí)還應(yīng)滿足運(yùn)行時(shí)平衡電流誤差不

超過繼電保護(hù)動(dòng)作電流的要求。

11）對個(gè)別補(bǔ)償電容器的接線應(yīng)做到：對直接啟動(dòng)或經(jīng)變阻器啟動(dòng)的感

應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其提高功率因數(shù)的電容可以直接與電動(dòng)機(jī)的出線端子相連接,

兩者之間不要裝設(shè)開關(guān)設(shè)備或熔斷器；對采用星一三角啟動(dòng)器啟動(dòng)的感

應(yīng)式電動(dòng)機(jī)，最好采用三臺(tái)單相電容器，每臺(tái)電容器直接并聯(lián)在每相繞

組的兩個(gè)端子上，使電容器的接線總是和繞組的接法相一致。

12）對分組補(bǔ)償?shù)蛪弘娙萜?，?yīng)該連接在低壓分組母線電源開關(guān)的外側(cè),

以防止分組母線開關(guān)斷開時(shí)產(chǎn)生的自激磁現(xiàn)象。

13）集中補(bǔ)償?shù)牡蛪弘娙萜鹘M，應(yīng)專設(shè)開關(guān)并裝在線路總開關(guān)的外側(cè),

而不要裝在低壓母線上。

電力電容器的運(yùn)行

（1）電容器的安全運(yùn)行

電容器應(yīng)在額定電壓下運(yùn)行。如暫時(shí)不可能；可允許在超過額定電壓

5%的范圍內(nèi)運(yùn)行；當(dāng)超過額定電壓1.1倍時(shí)，只允許短期運(yùn)行。但長

時(shí)間出線過電壓情況時(shí)，應(yīng)設(shè)法消除。

電容器應(yīng)維持在三相平衡的額定電流下進(jìn)行工作。如暫時(shí)不可能，不允

許在超過1.3倍額定電流下長期工作,以確保電容器的使用壽命。

裝置電容器組地點(diǎn)的環(huán)境溫度不得超過內(nèi)平均溫度不得超

40℃f24h

過一年內(nèi)平均溫度不得超過電容器外殼溫度不宜超過

30P,20℃o

如發(fā)現(xiàn)存在上述現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)采用人工冷卻，必要時(shí)將電容器組與

60℃e

網(wǎng)路斷開。

（2）電容器相關(guān)參數(shù)的監(jiān)控

1）溫度的監(jiān)視。無廠家規(guī)定時(shí)，電容器的溫度一般應(yīng)為-40乙~40。（：，

在電容器外殼粘貼示溫蠟片。運(yùn)行中電容器溫度異常升高的原因包括：

運(yùn)行電壓過高（介損大）；諧波的影響（容抗小電流大）；合閘涌流（頻

繁投切）；散熱條件惡化。

2甩壓的監(jiān)視。應(yīng)在額定電壓下運(yùn)行，亦允許在1.05倍額定電壓運(yùn)行,

在L1倍額定電壓運(yùn)行不超過4小時(shí)。

3）電流的監(jiān)視。應(yīng)在額定電流下運(yùn)行，亦允許在L3倍額定電流下運(yùn)

行，電容器組三相電流的差別不應(yīng)超過±5%。

（3）電容器的投入退出

當(dāng)功率因數(shù)低于0.85,電壓偏低時(shí)應(yīng)投入；當(dāng)功率因數(shù)趨近于1且有

超前趨勢，電壓偏高時(shí)應(yīng)退出。

發(fā)生下列故障之一時(shí)，應(yīng)緊急退出：①連接點(diǎn)嚴(yán)重過熱甚至熔化；②瓷

套管閃絡(luò)放電；③外殼膨脹變形；④電容器組或放電裝置聲音異常；⑤

電容器冒煙、起火或爆炸。

電力電容器組在接通前應(yīng)用兆歐表檢查放電網(wǎng)絡(luò)。接通和斷開電容器組

時(shí)，必須考慮以下幾點(diǎn)：

1）當(dāng)匯流排（母線）上的電壓超過1.1倍額定電壓最大允許值時(shí)，禁

止將電容器組接入電網(wǎng)。

2）在電容器組自電網(wǎng)斷開后1分鐘內(nèi)不得重新接入，但自動(dòng)重復(fù)接入

情況除外。

3）在接通和斷開電容器組時(shí)，要選用不能產(chǎn)生危險(xiǎn)過電壓的斷路器，

并且斷路器的額定電流不應(yīng)低于1.3倍電容器組的額定電流。

電力電容器的維護(hù)

（1）操作電容器時(shí)的注意事項(xiàng)

1）正常情況下，全站停電操作，應(yīng)先拉開電容器斷路器，后拉開各出

線斷路器；恢復(fù)送電時(shí)，順序相反。

2）事故情況下，全站停電后，必須將電容器的斷路器拉開。

3）并聯(lián)電容器組斷路器跳閘后，不準(zhǔn)強(qiáng)送電；熔絲熔斷后，未查明原

因前，不準(zhǔn)更換熔絲送電。

4）并聯(lián)電容器組，禁止帶電荷合閘；再次合閘時(shí)，必須在分閘3分鐘

后進(jìn)行。

5）裝有并聯(lián)電阻的斷路器不準(zhǔn)使用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘。

6）高壓電容器組外露的導(dǎo)電部分，應(yīng)有網(wǎng)狀遮攔，進(jìn)行外部巡視時(shí)，

禁止將運(yùn)行中電容器組的遮攔打開。

7）任何額定電壓的電容器組，禁止帶電荷合閘，每次斷開后重新合閘，

須在短路三分鐘后（即經(jīng)過放電后少許時(shí)間）方可進(jìn)行。

8）更換電容器的保險(xiǎn)絲，應(yīng)在電容器沒有電壓時(shí)進(jìn)行。故進(jìn)行前，應(yīng)

對電容器放電。

（2）故障處理

1）當(dāng)電容器噴油、爆炸著火時(shí)，應(yīng)立即斷開電源，并用砂子或干式滅

火器滅火。

2）電容器的斷路器跳閘，而熔絲未熔斷。應(yīng)對電容器放電3分鐘后，

再檢查斷路器、電流互感器、電力電纜及電容器外部情況。若