張　挺（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

油田供電系統(tǒng)中電容柜的運(yùn)行維護(hù)

張挺（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

以感性負(fù)載為主的電氣設(shè)備大量增加給油田電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的無功功率問題，增加了油田電網(wǎng)的損耗。采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率，具有簡單經(jīng)濟(jì)、方便靈活的特點，在油田內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。電容柜在供電系統(tǒng)中作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其運(yùn)行的好壞直接影響著油田的經(jīng)濟(jì)效益。通過論述電容柜的運(yùn)行維護(hù)，確保油田供電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

電容柜；無功功率；節(jié)能

在油田電力系統(tǒng)中，大部分電氣設(shè)備（如三相異步電動機(jī)、變壓器及日常的照明燈具）都屬于感性負(fù)載。感性負(fù)載最大的特點，就是如果不消耗無功功率，就不能可靠工作。無功功率的存在，就意味著電網(wǎng)損耗的增加。因而，需要采取適當(dāng)措施以削弱無功功率的影響。相關(guān)文獻(xiàn)介紹了多種方法［1］。其中，由于裝設(shè)并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率具有簡易廉價、方便靈活的特點，使得其能夠在各種解決方案中脫穎而出，大量應(yīng)用到油田生產(chǎn)中。

1　并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率

根據(jù)并聯(lián)電容器在油田電網(wǎng)中的安裝區(qū)域，并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率一般包括高壓側(cè)集中補(bǔ)償、低壓側(cè)集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償這3種方式［2］。

1）高壓側(cè)集中補(bǔ)償。高壓側(cè)集中補(bǔ)償就是將高壓電容器組集中安裝在油田變配電所的6～10 kV母線上。其特點在于該補(bǔ)償方式僅能補(bǔ)償6～10 kV母線以前高壓側(cè)輸電線路上的無功功率，但是母線后的低壓側(cè)配電線路卻得不到無功功率的補(bǔ)償，因此這種補(bǔ)償方式與低壓側(cè)集中補(bǔ)償、單獨補(bǔ)償這2種補(bǔ)償方式相比，補(bǔ)償效果沒有后2種效果好。但這種補(bǔ)償方式的初始投資較少，便于集中運(yùn)行維護(hù)，而且能對油田供電系統(tǒng)高壓側(cè)的無功功率進(jìn)行有效的補(bǔ)償，以滿足油田總的功率因數(shù)的要求。

2）低壓側(cè)集中補(bǔ)償。低壓側(cè)集中補(bǔ)償就是將低壓電容器組集中安裝在油田變配電所的低壓母線上。其特點在于該補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償油田變配電所低壓母線以前涵蓋變壓器及其前方高壓側(cè)配電線路和油田電網(wǎng)的無功功率。該補(bǔ)償方式能夠減小變壓器的視在功率，在對油田供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的時候，變壓器的容量不必設(shè)置過大，電網(wǎng)用戶的成本也就相應(yīng)下降。另外，該補(bǔ)償方式下的低壓電容柜通常是設(shè)置于低壓配電間內(nèi)。如果電容柜的數(shù)量比較多，可以考慮單獨設(shè)置低壓電容器室。

3）分散補(bǔ)償。就是在需要進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)碾姎庠O(shè)備附近安裝并聯(lián)電容器組。其特點在于該補(bǔ)償方式可以有效補(bǔ)償裝設(shè)部位以前的高壓輸電線路、低壓配電線路和變壓器的無功功率。因而，無論是補(bǔ)償效果還是補(bǔ)償范圍，各方面的技術(shù)指標(biāo)都是最佳的。但是，這種補(bǔ)償方式總的投資較大，且并聯(lián)電容器組在被補(bǔ)償?shù)碾姎庠O(shè)備停止工作時，它也將一并被切除。分散補(bǔ)償方式特別適用于負(fù)荷平穩(wěn)、長期運(yùn)轉(zhuǎn)而容量較大的電氣設(shè)備，如油田內(nèi)部的大容量感應(yīng)電動機(jī)、高頻電加熱爐等，也適用于容量雖小但數(shù)量多且長期穩(wěn)定運(yùn)行的一些電器，如照明燈具等。

在一整套配電設(shè)備中，由于電容柜在配電系統(tǒng)中起著舉足輕重的無功補(bǔ)償作用，其運(yùn)行的好壞直接影響供電質(zhì)量和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

2　電容柜的運(yùn)行

2.1并聯(lián)電容器額定電壓的選擇

針對電容器額定電壓的選擇［3］，通常應(yīng)滿足以下要求：

1）根據(jù)電容器安裝于電力系統(tǒng)處的長期穩(wěn)定運(yùn)行電壓進(jìn)行整定。

2）電容器必須能長時間承受1.1倍工頻過電壓。

3）要考慮到串聯(lián)電抗器之后引發(fā)的電容器運(yùn)行電壓升高。一旦串聯(lián)電抗器接入電路，此時電容器的運(yùn)行電壓就要依照下式：

式中：Uc——電容器的工作電壓，V；

Uδ——并聯(lián)電容器裝置的母線工作電壓，V；

S——電容器組每相所串聯(lián)的段數(shù)；

K——電抗率，%。

2.2并聯(lián)電容器的保護(hù)

并聯(lián)電容器組（內(nèi)熔絲、外熔斷器和無熔絲）均應(yīng)設(shè)置不平衡保護(hù)。不平衡保護(hù)一方面要確?？煽啃裕硪环矫孢€要達(dá)到靈敏度的要求，按照電容器組的不同接線方式可選擇相適應(yīng)的保護(hù)方式：

1）單星形電容器組，一般情況下，可以考慮選取開口三角電壓保護(hù)。

2）單星形電容器組，在串聯(lián)段數(shù)達(dá)到2段及2段以上時，可以考慮選取相電壓差動保護(hù)。

3）單星形電容器組，如果每相可以接成4個橋臂，則可以選取橋式差電流保護(hù)。

4）雙星形電容器組，通常情況下，可以考慮選取中性點不平衡電流保護(hù)。

5）不平衡保護(hù)的整定值應(yīng)按電容器組運(yùn)行的安全性、保護(hù)動作的可靠性和靈敏性，并根據(jù)不同保護(hù)方式進(jìn)行計算確定。

特別需要說明的是，低壓并聯(lián)電容器裝置，一般都要具備短路保護(hù)、電流異常過大的保護(hù)、電壓異常過高的保護(hù)以及失壓保護(hù)，在條件允許的情況下可以考慮增加諧波超值保護(hù)。

2.3并聯(lián)電容器的投切

低壓并聯(lián)電容器裝置應(yīng)采用自動投切。自動投切的控制量可選用無功功率、電壓、時間等參數(shù)。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時是否需要投入并聯(lián)電容器，主要是根據(jù)電網(wǎng)的功率因數(shù)或電壓是否滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)而定。一旦電網(wǎng)的功率因數(shù)過低或者電壓明顯低于正常水平，就必須立刻將并聯(lián)電容器接入電網(wǎng)，當(dāng)然也可以考慮擴(kuò)大接入電網(wǎng)的并聯(lián)電容器數(shù)量。

同樣的，并聯(lián)電容器是否需要完全切除或者部分切除，也是根據(jù)電網(wǎng)的功率因數(shù)或電壓是否滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)來確定的。假設(shè)變配電所入戶端母線電壓明顯升高，不妨認(rèn)定為已經(jīng)超過了電容器額定電壓的10%，此時就應(yīng)將并聯(lián)電容器完全切除或者部分切除。

一旦發(fā)生以下所列舉的任何一個情況，必須盡快切除電容器：并聯(lián)電容器發(fā)生爆炸；連接線路中的接頭溫度異常過高；套管瓷質(zhì)絕緣表面出現(xiàn)閃絡(luò)放電的痕跡；并聯(lián)電容器出現(xiàn)噴油或燃燒的情況；周圍的環(huán)境溫度長期維持在40℃以上。

并聯(lián)電容器的投切裝置嚴(yán)禁設(shè)置自動重合閘。這主要是考慮到，一旦變配電所停電，而供電系統(tǒng)突然恢復(fù)送電，母線電壓過高，擊穿電容器。

在并聯(lián)電容器從電網(wǎng)切除的過程中，還要查看儀表指示或者觀察指示燈來確認(rèn)其放電回路是否完好。并聯(lián)電容器一旦從供電系統(tǒng)中切除，就要盡快經(jīng)由放電回路放電。為了以防萬一，相關(guān)操作人員在接觸并聯(lián)電容器之前，必須使用短接導(dǎo)線將并聯(lián)電容器的兩極短接泄放電荷。

3　電容柜的維護(hù)

3.1電容柜的常規(guī)維護(hù)

1）列出時間表進(jìn)行階段性巡視，查看電容柜的工作指示燈是否處于正常狀態(tài)，若功率因數(shù)表顯示數(shù)據(jù)為0.95以上，同時電容柜的某一相電流表顯示數(shù)據(jù)的偏差超過10%，那么這一相很有可能存在電容器損壞的情況。出現(xiàn)這種情況的時候，就要著重查看電容器外殼有無鼓包、漏油痕跡，有沒有異常聲音，要盡快發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的電容器并及時更換。

2）使用紅外線測溫儀著重查找匯流排、無功功率自動補(bǔ)償控制器、電容器外殼上溫度最高點，同時做好相關(guān)記錄（尤其是夏季）。

3）每隔一段時間，檢測電容柜的三相電流。每一相中如有補(bǔ)償電流的電流值偏差過大，則這一并聯(lián)電容器組中極有可能存在電容器老化失效的情況，要進(jìn)行及時更換。如果匯流母線上的電壓過大，甚至大于1.1倍額定電壓，此時電容器組將不能接入電網(wǎng)。一般情況下，不得在從電力系統(tǒng)斷開后的1 min內(nèi)重新接入電容器組。

4）每隔3個月要對電容柜進(jìn)行一次全方位的停電檢修［4］，特別是緊固件的連接點松緊狀態(tài)，饋出線及開關(guān)有無燒蝕痕跡，線路接頭有無接觸不良等情況。并聯(lián)電容器的套管和絕緣子的外表應(yīng)潔凈、完好、沒有放電痕跡，外殼不能有灰塵覆蓋［5］、整體結(jié)構(gòu)不變形、不能出現(xiàn)油介質(zhì)滲出的情況。

5）如果控制并聯(lián)電容器組的開關(guān)發(fā)生跳閘，保險絲熔斷后，在沒有全面查清原因之前，絕對不能更換保險絲合閘送電。并聯(lián)電容器組不允許帶電荷合閘。在開關(guān)斷開3 min以后，并聯(lián)電容器組方可重新合閘。雖然并聯(lián)電容器的開關(guān)跳閘，而分路熔斷器的保險絲沒有熔斷，這個時候就要對并聯(lián)電容器至少放電3 min，緊接著檢查開關(guān)、電流互感器、線路以及并聯(lián)電容器表面。如果沒有發(fā)現(xiàn)異常，則極有可能是外部器件出現(xiàn)故障或者母線電壓發(fā)生劇烈變化。全方位檢查沒有異常情況，可以試運(yùn)行；反之，就要針對保護(hù)進(jìn)行完整的通電試驗。

另外，考慮到油田電網(wǎng)中電容柜大部分安裝于易燃、易爆等危險環(huán)境（如聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站），加上油田屬于冬季嚴(yán)寒地區(qū)，一般都是采用屋內(nèi)安裝并聯(lián)電容器裝置。室內(nèi)安裝的并聯(lián)電容器裝置，為了防范凝露引發(fā)的污閃事故，必須采取相應(yīng)安全措施。

3.2電容柜的防火對策

對于油田電網(wǎng)來說，由于并聯(lián)電容器特有的性質(zhì)及對供電系統(tǒng)過電壓和電能質(zhì)量相對敏感，電容柜在電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生事故的概率還是比較高的。電容柜誘發(fā)火災(zāi)的部位主要分布于電容器、電抗器還有放電線圈等相關(guān)部位。

國內(nèi)相關(guān)單位曾于2013年以火災(zāi)圖像自動識別系統(tǒng)為研究對象，依托感溫報警和感煙報警技術(shù)，研制出了精確高效的火災(zāi)自動報警及滅火系統(tǒng)［6］，進(jìn)而借助自動滅火裝置，實現(xiàn)了電容柜的火災(zāi)自動探測、識別以及滅火。該研究成果已應(yīng)用于電容柜，并經(jīng)過多次試驗，確保了自動滅火裝置對電容柜火災(zāi)的準(zhǔn)確判斷和快速及時的滅火。結(jié)合油田當(dāng)前所處的實際情況，考慮到整套火災(zāi)自動報警及滅火系統(tǒng)的成本因素，這一研究成果在油田大型聯(lián)合站具有一定的推廣意義。

從設(shè)計、施工的角度來看，并聯(lián)電容器組的框（臺）架和柜體，均應(yīng)采用非燃燒或難燃燒的材料制作。并聯(lián)電容器室作為丙類生產(chǎn)建筑，其建筑物的耐火等級不應(yīng)低于二級。并聯(lián)電容器室通向屋外的溝道，在屋內(nèi)外交接處應(yīng)采用防火封堵。電纜溝道的邊緣對并聯(lián)電容器組框（臺）架外廊的距離，不宜小于2 m；引至并聯(lián)電容器裝置處的電纜，應(yīng)采用穿管敷設(shè)并進(jìn)行防火封堵。低壓并聯(lián)電容器室內(nèi)的溝道蓋板，宜采用阻燃材料制作。油田地處敖古拉大風(fēng)口，在春季、秋季這2個季節(jié)風(fēng)力較大，加上油田生產(chǎn)區(qū)植被覆蓋率較低，因而風(fēng)沙天氣較多，并聯(lián)電容器裝置室應(yīng)采取防塵措施，如果有條件可在進(jìn)風(fēng)口設(shè)置過濾裝置，以滿足室內(nèi)空氣流通的要求。

4　結(jié)束語

電容柜作為油田供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，如果管理維護(hù)不當(dāng)，會造成電容裝置損壞或投切不正常，嚴(yán)重影響無功功率補(bǔ)償效果。這就需要操作人員精心維護(hù)，使電容柜在電網(wǎng)中安全穩(wěn)定運(yùn)行，為油田實現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)提供堅實基礎(chǔ)。

［1］王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，等.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：140-142.

［2］劉介才.工廠供電［M］.5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：333-335.

［3］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范：GB 50227—2008［S］.北京：中國計劃出版社，2009：14-30.

［4］陸錫恩.低壓無功電容補(bǔ)償柜的維護(hù)管理［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2009（12）：55-56.

［5］吳國英.低壓無功電容補(bǔ)償柜的日常維護(hù)與管理［J］.機(jī)電信息，2012（12）：86-87.

［6］岳青，孫毅衛(wèi)，錢永強(qiáng).電氣火災(zāi)探測與自動滅火裝置在電容柜上的應(yīng)用研究［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2014（1）：25-28.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.001

2015-11-08

（編輯王古月）

張挺，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）（電氣工程及其自動化專業(yè)），從事建筑消防設(shè)施安全檢測、電氣防火檢測工作，E-mail：zhangtingdq@163.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號技術(shù)監(jiān)督中心，163455。