学习并联电容补偿装置的运行与维护：工作过程教程

学习任务书

小组编号：____________ 成员名单：____________

学习任务描述

通过本情境的学习，要求能够做到：认识牵引变电所并联电容补偿装置，了解牵引变电所并联电容补偿装置的工作原理，熟悉牵引变电所并联电容补偿装置的结构及设备，熟悉牵引变电所并联电容补偿装置的正常巡视内容和运行要求。

学习任务：并联电容补偿装置的运行与维护。

学习对象：并联电容补偿装置。

工 具：生产文件、工作工具、量具等。

学习步骤：

（1）认识牵引变电所的并联电容补偿装置。

（2）熟悉牵引变电所并联电容补偿装置的结构。

（3）了解牵引变电所并联电容补偿装置的原理。

（4）了解牵引变电所并联电容补偿装置的铭牌内容。

（5）熟悉牵引变电所并联电容补偿装置的正常巡视内容。

（6）熟悉牵引变电所并联电容补偿装置的运行要求。

学习方法

资讯：接受学习任务，根据引导问题，通过学习查找资料、网络信息等，建立总体印象。

计划：与小组成员、老师、师傅讨论并联电容补偿装置在变电所中的影响和意义。

决策：与老师或师傅进行专业交流，确定本项目的工作步骤和涉及的工具，拟定检查、评价标准。

实施：按确定的工作步骤完成行动化学习任务，发现问题，共同分析，遇到无法解决的问题时请老师或师傅帮助解决。

检查：（1）生产文件准备好了吗？

（2）工具准备好了吗？

（3）安全事项有哪些？

评价：与同学、老师、师傅进行专业交流，有改进的建议吗？

学习目标

（1）明确并联电容补偿装置的作用、结构及工作原理。

（2）明确并联电容补偿装置运行中的要求。

（3）对并联电容补偿装置的日常巡视做出规划，选择所要涉及的内容、仪表、工具等。

（4）了解并联电容补偿装置运行中和检修时的注意事项。

行动化学习任务

第一部分：进行并联电容补偿装置知识的学习

任务1：查阅《牵引变电所运行检修规程》有关并联电容补偿装置的要求。

任务2：查阅各种资料熟悉并联电容补偿装置的结构。

任务3：查阅各种资料了解并联电容补偿装置的工作原理。

任务4：列出并联电容补偿装置的结构表。

任务5：列出并联电容补偿装置的巡视表。

第二部分：进行并联电容补偿装置的日常巡视

任务6：完成并联电容补偿装置结构表的填写。

任务7：完成并联电容补偿装置的巡视。

任务8：总结安全注意事项。

学习信息

一、电力牵引存在的问题及提高功率因数的措施

（一）电力牵引存在的问题

我国电气化铁道的牵引方式是单相工频整流型电力牵引。这种牵引方式存在以下问题：

（1）由于是单相负荷，在电力系统中易产生负序电流分量，影响电力系统的容量。

（2）电力牵引负荷主要是感性负荷，功率因数低，有较大的谐波电流存在。

又因为电力牵引负荷的功率因数低，不但使牵引变压器等牵引供电系统设备的能力不能充分利用，而且降低了发电机组的输出能力和输变电设备的供电能力，使电气设备的效率降低，发电和输变电的成本提高；同时增加了输电网络中的电能损失以及电压损失，引起电力用户的供电不足。

按照全国《供用电规则》关于“无功电力应就地平衡”的原则，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。按电业部门的要求，电气化铁路执行功率因数0.90标准。

（二）提高功率因数的措施

（1）提高用电自然功率因数。例如，提高电力机车的功率因数；改善牵引网的阻抗特性，包括减小牵引网的单位阻抗和阻抗角，限制供电臂的长度；合理选择牵引变压器容量，提高容量利用率。

（2）设置并联电容补偿装置。由于牵引网阻抗的影响，牵引变压器在牵引侧母线处功率因数为0.8～0.85，所以在牵引变压所牵引侧采用并联电容补偿装置，既能提高牵引负荷功率因数，又能减少牵引负荷谐波电流。

二、并联电容补偿装置的工作原理

电力牵引供电系统未安装补偿装置时的等效电路如图1.6.1（a）所示。

牵引负荷为感性负荷ZL，加上牵引网阻抗Z1，功率因数为cosφ1。当在牵引侧母线上接入并联电容C后，等效电路如图1.6.1（b）所示，相当于在线路中并联了一个电容支路，如图1.6.1（c）所示，此时经牵引变压器而影响电力系统的电流不再是IL，而是I=IL＋IC。通过分析可知，此时的cosφ2比cosφ1大，在输出负荷功率不变的情况下，I＜IL。

图1.6.1 牵引侧并联电容原理图

三、常见并联电容补偿装置

（一）固定并联电容补偿装置

图1.6.2所示为直接供电方式、带回流线的直接供电方式和BT供电方式下的牵引变电所并联电容补偿装置接线图。

图1.6.3所示为AT供电方式下的牵引变电所并联电容补偿装置接线图。

图1.6.2 非AT供电方式并联电容补偿装置接线图

图1.6.3 AT供电方式并联电容补偿装置接线图

主接线图上主要的设备及作用是：

（1）并联电容器组，用于无功补偿，并与串联电抗器匹配，滤掉一部分谐波电流。

（2）串联电抗器，限制断路器合闸涌流和分闸时的重燃电流，与电容器匹配滤掉部分谐波电流；防止并联电容补偿装置与供电系统发生高次谐波并联谐振；发生短路故障时，避免电容器组向短路点直接放电，保护电容器不受损坏。

（3）断路器，用于投切和保护并联电容器补偿装置。

（4）隔离开关，保证在维护和检查并联电容补偿装置时有明显的断口。

（5）电压互感器，实现电容器组的继电保护，并在电容器组退出运行时放电。

（6）电流互感器，实现并联电容补偿装置的电流测量和继电保护。

（7）避雷器，作过电压保护。

（8）熔断器作为单台电容器的过电流保护。

并联电容补偿装置是由多台电容器串并联组成的，该设备多安装在屋外，且并联在牵引侧，会有高次谐波通过电容器，所以还应考虑多方面因素对电容器组的影响。应合理选择电容补偿装置的容量，还要考虑供电臂带电概率等因素以保证电容器的正常工作。

（二）可调并联补偿装置

由于牵引负荷波动较大，采用固定不可调并联电容补偿装置已不能满足运行要求，在牵引变电所设可调并联电容补偿装置，可以完善并及时解决功率因数和谐波问题。目前在技术上较成熟且成本相对低廉的是TSC（晶闸管投切电容器装置）。

1. TSC的结构

图1.6.4所示是TSC装置的主电路。TSC由进线隔离开关QS、真空断路器QF、降压变压器T、低压母线、低压真空断路器QF、低压隔离开关QS、晶闸管交流开关、滤波电容器组C、串联电抗器及相应的测控、保护装置等部件组成。

图1.6.4 TSC装置主电路

2. 补偿电容器组支路数选择原则

TSC采用投切方式进行补偿，分组越多调节越平滑，跟随负载变化能力越强，但投资也越大，所以不能无限制地增加分组数。综合考虑母线开关能力、晶闸管交流开关能力、晶闸管交流开关额定电流、电容器串并联数、投资成本等因素，通常采用两大组。每组再设几个支路，根据运行需要灵活投切电容器组。

TSC装置具有数据检测功能及远动接口，可以实现整套装置的遥测、遥调及遥控。可根据牵引网电压的变化自动确定电容器组的投切组数，也有人工手动功能。

TSC装置多装于分区所或靠近供电臂末端的车站，用于补偿牵引网电压。晶闸管开关还可带谐波滤波器，以综合解决功率因数和谐波问题。对谐波问题要求不严时，可只装设3次谐波滤波器。这也是防止谐波放大，保证设备安全所需要的。(www.xing528.com)

四、并联电容补偿装置的运行与维护

牵引变电所并联电容补偿装置中的电容器有两类：一类是分立式，由若干独立的高压电容器按照串联及并联的方式连接起来再与电抗器串联并接与牵引母线上；另一类是集中式，在厂家制造时将许多单个电容芯部连接好，置于一个共同的壳体中，引出端只有两个极，从壳外看是一个设备。这两种设备前者安装麻烦，占地面积大，维护工作量大；后者安装简单，占地面积小，维护方便。牵引变电所通常对高压电容不进行检修，只进行巡视维护，当确认电容器存在故障时，一般是将其撤除。轻者送交电容器厂进行检修，重者直接报废。

（一）电容器的运行与维护

1. 新装电容器在投入前的检查

（1）电容器完好，试验合格。

（2）电容器布线正确，安装合格。

（3）各部件连接严密可靠，电容器外壳和架构均应可靠接地。

（4）电容器的各部件及电缆试验合格。

（5）电容器组的保护和监视回路完整并全部投入。

（6）绝缘电阻测试符合标准。

2. 正常情况下的投入和退出

电容器正常情况下的投入和退出应听从电力调度指挥。

3. 事故情况下的退出

当发生下列情况之一时，应立即将电容器退出并报告电力调度。

（1）电容器爆炸。

（2）接头严重过热或熔化。

（3）套管发生严重放电闪络。

（4）电容器喷火或起火。

4. 电容器运行中的维护和检查

为了保证电力电容器的正常运行以及延长有效使用寿命，在日常运行工作中，应注意对电容器的维护和检查。

（1）电容器运行时内部外壳有无渗油现象。

（2）套管有无渗油、裂纹及放电现象。

（3）有无鼓肚，焊缝是否裂开。

（4）运行时内部有无杂音。

（5）接头有无过热发红现象。

（6）检查温度。在周围温度为40 °C时，电力电容器外壳温度不应超过55 °C，以防止电力电容器在运行中发生外壳膨胀及漏油故障。监视外壳温度，是靠粘贴在电容器外壳上的示温片实现的。严重时，应将电容器退出运行。当发现示温片熔化时，则说明外壳温度过高，应及时启动排气风扇。

（7）检查电流值和电压值。当母线电压超过电容器额定电压的1.1倍，或电流超过额定电流的1.3倍时，应将电容器退出运行。

（8）定期清扫电容器的套管表面、外壳、构架及其他附属设备上的灰尘或其他不洁物。

（9）检查接触部位。仔细检查电容器组电气线路所有接触处的可靠性。检查螺母有无松动，引出端铜杆、瓷套管有无松动，瓷套管应无裂纹和漏油，瓷釉应无脱落现象等。

（10）保护装置检查。定期检查电容器组的熔断器有无熔断，检查继电保护装置有无动作。若保护启动，电容器组的断路器跳闸时，在未查出原因前，不允许重新合闸。

（二）电抗器的巡视内容

（1）检查电抗器本体应清洁无污垢，线圈无变形。

（2）检查电抗器室内应清洁、无杂物、无磁性杂物（电抗器外部短路时，短路电流大，磁场强，磁性物体易吸入至电抗器绕组上，使电抗器损坏）。

（3）检查电抗器的换位处接线应良好，接头无过热现象。

（4）检查水泥支柱应完整无裂纹、油漆无脱落；检查电抗器支柱绝缘子应无裂纹、无破损、无放电痕迹、无倾斜不稳；地面完好，无开裂下沉。

（5）检查电抗器噪声和振动应无异常、无放电声及焦臭味。

（6）检查电抗器室内通风设备应完好，应无漏水现象，且门栅关闭良好。

（7）每当发生短路故障后，检查电抗器是否移位，水泥支柱有无破碎，支柱绝缘子是否损坏，引线有无弯曲，有无放电现象及焦臭味。

资讯单

计划和决策单

计划和决策单见附录附表1.6.1。

实 施

一、理论知识问答

1. 电压质量取决于系统中_______功率的_______，无功功率不足则电压偏低。

2. 电网频率主要取决于系统中_______功率的_______，频率偏低，表示发电功率不足。

3. 电容器在电路中_______无功功率，电感在电路中_______无功功率。

4. 采取无功补偿设备调整系统电压时，对系统来说既补偿了______________，又提高了______________。

5.《全国供用电规则》规定10 kV及以下电力用户的电压波动幅度的允许范围为（ ）。

A. ±10% B. ±5% C. 7%～10% D. ±7%

6. 电容器中储存的能量是（ ）。

A. 磁场能 B. 电场能 C. 热能 D. 机械能

7. 电容器的电容量与加在电容器上的电压（ ）。

A. 无关 B. 成正比 C. 成反比 D. 无法判断

8. 变电站装设了并联电容后，上一级线路输送的无功功率将减少。（ ）

9. 消弧线圈的作用主要是补偿系统的电感电流。（ ）

10. 消弧线圈的补偿方式有三种，即全补偿、欠补偿和过补偿。（ ）

11. 对于直流电路，电感元件相当于开路，电容元件相当于短路。（ ）

12. 提高电网的功率因数有什么意义？如何提高电网的功率因数？

答：______________________________________________________________

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13. 并联电容补偿装置安装在变电所的什么位置？有何作用？

答：______________________________________________________________

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14. 电容器的运行要求是什么？

答：______________________________________________________________

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二、实施操作过程（实施操作单）

1. 小组成员共同探讨并联电容补偿装置的结构和作用。

2. 填写电容器和电抗器的日常巡视内容。

3. 每组选派2人完成并联电容补偿装置的日常巡视对话及汇报安全注意事项。

检查单

检查单见附录附表1.6.2。

评价单

评价单见附录附表1.6.3。

备忘录

备 注

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