張　挺（大慶油田技術監(jiān)督中心）

油田供電系統(tǒng)中電容柜的運行維護

張挺（大慶油田技術監(jiān)督中心）

以感性負載為主的電氣設備大量增加給油田電力系統(tǒng)帶來了嚴重的無功功率問題，增加了油田電網的損耗。采用并聯(lián)電容器補償無功功率，具有簡單經濟、方便靈活的特點，在油田內得到了廣泛應用。電容柜在供電系統(tǒng)中作為關鍵環(huán)節(jié)，其運行的好壞直接影響著油田的經濟效益。通過論述電容柜的運行維護，確保油田供電系統(tǒng)平穩(wěn)運行，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。

電容柜；無功功率；節(jié)能

在油田電力系統(tǒng)中，大部分電氣設備（如三相異步電動機、變壓器及日常的照明燈具）都屬于感性負載。感性負載最大的特點，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，就意味著電網損耗的增加。因而，需要采取適當措施以削弱無功功率的影響。相關文獻介紹了多種方法［1］。其中，由于裝設并聯(lián)電容器補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，大量應用到油田生產中。

1　并聯(lián)電容器補償無功功率

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

1）高壓側集中補償。高壓側集中補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。其特點在于該補償方式僅能補償6～10 kV母線以前高壓側輸電線路上的無功功率，但是母線后的低壓側配電線路卻得不到無功功率的補償，因此這種補償方式與低壓側集中補償、單獨補償這2種補償方式相比，補償效果沒有后2種效果好。但這種補償方式的初始投資較少，便于集中運行維護，而且能對油田供電系統(tǒng)高壓側的無功功率進行有效的補償，以滿足油田總的功率因數(shù)的要求。

2）低壓側集中補償。低壓側集中補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。其特點在于該補償方式能夠補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配電線路和油田電網的無功功率。該補償方式能夠減小變壓器的視在功率，在對油田供電系統(tǒng)進行設計的時候，變壓器的容量不必設置過大，電網用戶的成本也就相應下降。另外，該補償方式下的低壓電容柜通常是設置于低壓配電間內。如果電容柜的數(shù)量比較多，可以考慮單獨設置低壓電容器室。

3）分散補償。就是在需要進行無功補償?shù)碾姎庠O備附近安裝并聯(lián)電容器組。其特點在于該補償方式可以有效補償裝設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，無論是補償效果還是補償范圍，各方面的技術指標都是最佳的。但是，這種補償方式總的投資較大，且并聯(lián)電容器組在被補償?shù)碾姎庠O備停止工作時，它也將一并被切除。分散補償方式特別適用于負荷平穩(wěn)、長期運轉而容量較大的電氣設備，如油田內部的大容量感應電動機、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)定運行的一些電器，如照明燈具等。

在一整套配電設備中，由于電容柜在配電系統(tǒng)中起著舉足輕重的無功補償作用，其運行的好壞直接影響供電質量和用戶的經濟效益。

2　電容柜的運行

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］，通常應滿足以下要求：

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

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)的電容器運行電壓升高。一旦串聯(lián)電抗器接入電路，此時電容器的運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

并聯(lián)電容器組（內熔絲、外熔斷器和無熔絲）均應設置不平衡保護。不平衡保護一方面要確保可靠性，另一方面還要達到靈敏度的要求，按照電容器組的不同接線方式可選擇相適應的保護方式：

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。

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

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。

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。

5）不平衡保護的整定值應按電容器組運行的安全性、保護動作的可靠性和靈敏性，并根據不同保護方式進行計算確定。

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、電流異常過大的保護、電壓異常過高的保護以及失壓保護，在條件允許的情況下可以考慮增加諧波超值保護。

2.3并聯(lián)電容器的投切

低壓并聯(lián)電容器裝置應采用自動投切。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)在正常運行時是否需要投入并聯(lián)電容器，主要是根據電網的功率因數(shù)或電壓是否滿足相關技術指標而定。一旦電網的功率因數(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，當然也可以考慮擴大接入電網的并聯(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，也是根據電網的功率因數(shù)或電壓是否滿足相關技術指標來確定的。假設變配電所入戶端母線電壓明顯升高，不妨認定為已經超過了電容器額定電壓的10%，此時就應將并聯(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；套管瓷質絕緣表面出現(xiàn)閃絡放電的痕跡；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禁設置自動重合閘。這主要是考慮到，一旦變配電所停電，而供電系統(tǒng)突然恢復送電，母線電壓過高，擊穿電容器。

在并聯(lián)電容器從電網切除的過程中，還要查看儀表指示或者觀察指示燈來確認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，就要盡快經由放電回路放電。為了以防萬一，相關操作人員在接觸并聯(lián)電容器之前，必須使用短接導線將并聯(lián)電容器的兩極短接泄放電荷。

3　電容柜的維護

3.1電容柜的常規(guī)維護

1）列出時間表進行階段性巡視，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)據為0.95以上，同時電容柜的某一相電流表顯示數(shù)據的偏差超過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、無功功率自動補償控制器、電容器外殼上溫度最高點，同時做好相關記錄（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。一般情況下，不得在從電力系統(tǒng)斷開后的1 min內重新接入電容器組。

4）每隔3個月要對電容柜進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潔凈、完好、沒有放電痕跡，外殼不能有灰塵覆蓋［5］、整體結構不變形、不能出現(xiàn)油介質滲出的情況。

5）如果控制并聯(lián)電容器組的開關發(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、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，可以試運行；反之，就要針對保護進行完整的通電試驗。

另外，考慮到油田電網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、轉油站），加上油田屬于冬季嚴寒地區(qū)，一般都是采用屋內安裝并聯(lián)電容器裝置。室內安裝的并聯(lián)電容器裝置，為了防范凝露引發(fā)的污閃事故，必須采取相應安全措施。

3.2電容柜的防火對策

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

國內相關單位曾于2013年以火災圖像自動識別系統(tǒng)為研究對象，依托感溫報警和感煙報警技術，研制出了精確高效的火災自動報警及滅火系統(tǒng)［6］，進而借助自動滅火裝置，實現(xiàn)了電容柜的火災自動探測、識別以及滅火。該研究成果已應用于電容柜，并經過多次試驗，確保了自動滅火裝置對電容柜火災的準確判斷和快速及時的滅火。結合油田當前所處的實際情況，考慮到整套火災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。

從設計、施工的角度來看，并聯(lián)電容器組的框（臺）架和柜體，均應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建筑，其建筑物的耐火等級不應低于二級。并聯(lián)電容器室通向屋外的溝道，在屋內外交接處應采用防火封堵。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，應采用穿管敷設并進行防火封堵。低壓并聯(lián)電容器室內的溝道蓋板，宜采用阻燃材料制作。油田地處敖古拉大風口，在春季、秋季這2個季節(jié)風力較大，加上油田生產區(qū)植被覆蓋率較低，因而風沙天氣較多，并聯(lián)電容器裝置室應采取防塵措施，如果有條件可在進風口設置過濾裝置，以滿足室內空氣流通的要求。

4　結束語

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

［1］王兆安，楊君，劉進軍，等.諧波抑制和無功功率補償［M］.2版.北京：機械工業(yè)出版社，2005：140-142.

［2］劉介才.工廠供電［M］.5版.北京：機械工業(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.低壓無功電容補償柜的維護管理［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2009（12）：55-56.

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

［6］岳青，孫毅衛(wèi)，錢永強.電氣火災探測與自動滅火裝置在電容柜上的應用研究［J］.電力電容器與無功補償，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（華東）（電氣工程及其自動化專業(yè)），從事建筑消防設施安全檢測、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號技術監(jiān)督中心，163455。