在高压电容器装置设计选型中要关注的问题

在高压电容器装置设计选型中要关注的问题

众所周知，高压并联电容器装置（以下简称“电容装置”或“装置”）是无功电源的主要组成部分，且由于电容装置多数集中装设于各级变电所作为调相调压的一种主要手段，故确保装置系统配置的合理性和性能的可靠性，对于相连电网的安全经济运行具有十分重要的意义。随着装置的设计制造和安装调试的专业化和规范化的进展，不仅加快了装置工程的建设速度，而且促进了装置品质的提高与改善，这无疑是装置技术发展进步的表现。然而这并不意味着装置工程的设计选型只要套用生产厂家的产品样本，设计单位仍然担负着不可或缺的主导设计的责任与任
务，装置的设计选型还涉及到对生产厂家的设计与生产能力及其产品质量的鉴别把关。
　　本文着重研讨在装置设计选型中应引为关注的问题。诸如，装置质量应符合的技术标准、供需方互动进行技术创新、成套装置应坚持配套器件的优化组合、积极推进装置结构工艺改革与规模生产的进程，等等问题。

一.装置设计选型的依据标准

　　为了使装置工程通过设计与选型真正达到安全可靠、技术先进与经济合理的综合目标要求，在装置的整体设计上应该遵循以下原则：
　　a）电容装置的设计（包括电气接线，电器导体的选择，保护和投切装置、控制回路、信号回路和测量仪表，布置和安装，防火和通风等方面）应符合现行国家标准GB50227－1995《并联电容器装置设计规范》，以及GB／T11024．1－2001《标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器第1部分：总则—性能、试验和定额—安全要求—安装和运行导则》中的有关规定；
　　b）电容装置产品的技术条件（包括产品分类，技术要求，试验方法，检验规则，以及标志、包装、运输、贮存等）应符合电力行业标准DL／T604－1996《高压并联电容器装置订货技术条件》的规定要求；
　　c）密切注视国内外电容装置技术发展动态，积极推广应用新技术、新产品、新工艺、新材料；
　　d）重视调查、总结与吸取电容装置或相关设备的运行经验与事故教训，采取切实有效的安全保护措施；
　　e）电容装置在技术上把安全可靠放在首位，在技术经济综合指标上要体现经济合理与技术先进，同时要为加工制造、运输安装和运行维护创造良好条件。
　　自从电容装置形成了专业化的产品设计生产与安装调试之后，亦就产生了装置设计选型新的理念，供需双方对于装置的设计选型和后续过程，必然是共同合作或密切关注的过程。所以，上述设计原则是双方都应遵循的。然其关键是保证装置设计符合GB50227－1995和相关标准GB／T11024．1、DL／T604－1996等的规定要求。在实施标准中还要注意到，为了提高装置的安全可靠性，在装置主参数容许偏差、绝缘水平、稳态过电压允许值等方面，DL／T604－1996比机械行业标准JB/T7111-1993《高压并联电容器装置》提出更严格的要求。
　　通常，产品设计是通过型式试验、产品鉴定和运行业绩考核等手段进行设计验证与设计确认，同时也是对企业生产产品能力与质量保证和控制能力的综合评价。1998年国家经济贸易委员会在审定发布《全国城乡电网建设与改造所需主要设备产品及生产企业推荐目录》时，就是以“推荐企业有生产许可证，有省部组织（或委托）的鉴定证书或原电力部、机械部两部整顿合格证，有国家认定的质检中心检测的合格证和“设备产品技术先进，运行业绩良好，符合国家环保、节能要求，企业售后服务好。”为先决条件的［1］。固然，装置由许多器件组装而成，体积庞大运输费时费事，再加上型号规格繁多是无法都作型式试验，尤其是66kV及以上电压等级装置和35kV及以下容量大于30Mvar装置只能在变电所现场试验（受现有电力工业部无功补偿成套装置质检中心试验能力限制），往往会有一定条件约束而达不到标准规定的试验要求（如电网运行不允许频繁投切电容装置等），且要花费较多的人力、物力和财力。型试对研制开发产品的设计验证的必要性与重要性是勿庸置疑的，问题是有必要对产品型试复盖范围和部分试验内容及试验方法作适当规范与简化，使产品设计和产品质量的验证与标准的贯彻实施有效的结合，从而保证装置的设计选型真正落在实处。

二.供需互动技术创新

　　近20年来，尤其是在城乡电网建设与改造大潮的推动下，电容装置技术发展迅速，新技术与新产品的开发与应用络绎不绝，技术成果层出不穷。以装置中核心部分——高压并联电容器为例，诸如：①当前已由电容器膜纸复合介质改为全膜介质；②集合式电容器方兴未艾，电压等级由11/提高到66/（箱体可直接落地）［2］，容量从3．6Mvar扩大到20Mvar，箱壳内从充注绝缘油发展到充注绝缘气体［3］，此外还有可调容量形式，通过切换补偿容量满足负荷变化需要；③为适应变电设备无油化要求，近年推出的自愈式金属化膜高压并联电容器［4］，已在一些城市户内变电所获得应用。再以装置中配套设备为例，诸如：①限制涌流与抑制谐波用串联电抗器（简称串抗），先后推出干式空芯串抗、干式铁芯串抗和干式半铁芯串抗，以满足不同使用场所的需要［5］；②用作限制涌流和可消除电容器组放电电流对系统短路电流助增影响的阻尼式限流器［6］，以其优良的性能，自1980年首用以来经久不衰；③新型的全密封放电线圈，消除了普通放电线圈经常发生渗漏油的弊病；④为适合装置的保护与控制的要求，加强绝缘型电流互感器、低动作值高返回系数的静态电压继电器、各种微机控制与保护装置等等应运而生。
　　任何一种研发的新技术、新产品，都有第一个首先采用的问题，如果没有通过在实际使用中取得经验或教训，从而改进与完善的话，则将停滞不前或半途而废。上述种种新技术、新产品也同样经历如此过程。为了促进电容装置技术进步与发展，大凡只要新技术或新产品通过充分的理论论证和试验验证是可行的，在装置工程设计选型时应积极支持采用。值得提出的成功经验是，制造厂家（含高等院校或科研院所）与电业单位共同命题，共同研发，互动互补，事半功倍。

三.坚持配套器件的优化组合
　　断路器、串抗（或阻尼式限流器）、放电线圈、熔断器、氧化锌避雷器，以及保护与控制的一、二次设备等配套件与电容器一起构成电容装置。无数的装置实际运行经验教训告诉我们，配套件与主件一样重要，配套件的技术性能和产品质量的优劣亦直接关系到装置能否安全可靠运行。因此，在装置的设计选型中理所当然地包括对配套件的选择，应保证其技术性能指标符合有关技术标准的规定要求和满足装置实际运行条件的要求。在此有两个不容忽视的问题：
1）目前生产厂家提供的“成套装置”，其实是不包括投切开关的半成套装置，开关是由建设单位自选与装设的。然而，投切开关在装置中与电容器同样是最关键部件，对它的选用要特别慎重。因为，如果开关性能存在缺陷（例如，开关关合时触头弹跳时间过长，开断时发生单相或多相重击穿），则在投切电容器组过程中所引发的事故，其危害性是最严重的，同时也是最常见的事故。通常操作过电压、过电流会引起电容器损坏，诸如套管断裂、极对壳绝缘击穿、极间部分或全部元件击穿短路，甚至外壳爆裂；外熔丝在电容器放电电流的冲击下常发生群爆，等等，如故障未能迅速切除，则将出现更严重后果。一旦发生此类（指投切过程发生）事故，虽然都对开关性能提出质疑，但通过例行试验又无法判断，而要通过现场投切试验检测又牵涉到测试费用、试验风险，以及故障状态是否再现等等问题，往往望而却步很少采用。最终大多数是在没有真正搞清事故原因与责任的情况下，由生产厂家负责更换或修复损坏器件后再投运，应该说事故隐患没有真正消除。可见，从有利于保证装置整体的质量与安全，以及便于分析发生事故原因、责任和事故处理，实以生产厂家提供包括开关在内的成套装置为宜。
　　2）国内不少电容器生产厂，为了提高装置中配套器件的自给能力，设立分厂研发与生产配套件，如串抗、放电线圈、熔断器等，其中不乏成功者，但也有的质量差，屡屡出事。鉴于，在国内众多的配套件的专业生产中已有一些公认的品牌产品，因此在装置设计选型中应坚持配套器件的优化组合，选用优质品牌产品，以确保装置安全和促进技术进步。

结语
1. 在装置形成专业化的产品设计生产与安装调试之后，随即形成了装置设计选型新的理念。装置设计选型应包括对生产厂家的产品质量和质保能力的鉴别认可。
2.　提倡供需互动技术创新，支持采用新技术与新产品，积极推动装置技术的发展与进步。
3.　坚持装置中元器件的优化组合，确保装置整体优质和安全可靠。
4.　积极推动装置结构工艺改革和结构设计标准化，以及加工生产专业化与规模化。