油田供电系统中电容柜的运行维护

张　挺（大庆油田技术监督中心）

油田供电系统中电容柜的运行维护

张挺（大庆油田技术监督中心）

以感性负载为主的电气设备大量增加给油田电力系统带来了严重的无功功率问题，增加了油田电网的损耗。采用并联电容器补偿无功功率，具有简单经济、方便灵活的特点，在油田内得到了广泛应用。电容柜在供电系统中作为关键环节，其运行的好坏直接影响着油田的经济效益。通过论述电容柜的运行维护，确保油田供电系统平稳运行，实现节能降耗的目标。

电容柜；无功功率；节能

在油田电力系统中，大部分电气设备（如三相异步电动机、变压器及日常的照明灯具）都属于感性负载。感性负载最大的特点，就是如果不消耗无功功率，就不能可靠工作。无功功率的存在，就意味着电网损耗的增加。因而，需要采取适当措施以削弱无功功率的影响。相关文献介绍了多种方法［1］。其中，由于装设并联电容器补偿无功功率具有简易廉价、方便灵活的特点，使得其能够在各种解决方案中脱颖而出，大量应用到油田生产中。

1　并联电容器补偿无功功率

根据并联电容器在油田电网中的安装区域，并联电容器补偿无功功率一般包括高压侧集中补偿、低压侧集中补偿和分散补偿这3种方式［2］。

1）高压侧集中补偿。高压侧集中补偿就是将高压电容器组集中安装在油田变配电所的6～10 kV母线上。其特点在于该补偿方式仅能补偿6～10 kV母线以前高压侧输电线路上的无功功率，但是母线后的低压侧配电线路却得不到无功功率的补偿，因此这种补偿方式与低压侧集中补偿、单独补偿这2种补偿方式相比，补偿效果没有后2种效果好。但这种补偿方式的初始投资较少，便于集中运行维护，而且能对油田供电系统高压侧的无功功率进行有效的补偿，以满足油田总的功率因数的要求。

2）低压侧集中补偿。低压侧集中补偿就是将低压电容器组集中安装在油田变配电所的低压母线上。其特点在于该补偿方式能够补偿油田变配电所低压母线以前涵盖变压器及其前方高压侧配电线路和油田电网的无功功率。该补偿方式能够减小变压器的视在功率，在对油田供电系统进行设计的时候，变压器的容量不必设置过大，电网用户的成本也就相应下降。另外，该补偿方式下的低压电容柜通常是设置于低压配电间内。如果电容柜的数量比较多，可以考虑单独设置低压电容器室。

3）分散补偿。就是在需要进行无功补偿的电气设备附近安装并联电容器组。其特点在于该补偿方式可以有效补偿装设部位以前的高压输电线路、低压配电线路和变压器的无功功率。因而，无论是补偿效果还是补偿范围，各方面的技术指标都是最佳的。但是，这种补偿方式总的投资较大，且并联电容器组在被补偿的电气设备停止工作时，它也将一并被切除。分散补偿方式特别适用于负荷平稳、长期运转而容量较大的电气设备，如油田内部的大容量感应电动机、高频电加热炉等，也适用于容量虽小但数量多且长期稳定运行的一些电器，如照明灯具等。

在一整套配电设备中，由于电容柜在配电系统中起着举足轻重的无功补偿作用，其运行的好坏直接影响供电质量和用户的经济效益。

2　电容柜的运行

2.1并联电容器额定电压的选择

针对电容器额定电压的选择［3］，通常应满足以下要求：

1）根据电容器安装于电力系统处的长期稳定运行电压进行整定。

2）电容器必须能长时间承受1.1倍工频过电压。

3）要考虑到串联电抗器之后引发的电容器运行电压升高。一旦串联电抗器接入电路，此时电容器的运行电压就要依照下式：

式中：Uc——电容器的工作电压，V；

Uδ——并联电容器装置的母线工作电压，V；

S——电容器组每相所串联的段数；

K——电抗率，%。

2.2并联电容器的保护

并联电容器组（内熔丝、外熔断器和无熔丝）均应设置不平衡保护。不平衡保护一方面要确保可靠性，另一方面还要达到灵敏度的要求，按照电容器组的不同接线方式可选择相适应的保护方式：

1）单星形电容器组，一般情况下，可以考虑选取开口三角电压保护。

2）单星形电容器组，在串联段数达到2段及2段以上时，可以考虑选取相电压差动保护。

3）单星形电容器组，如果每相可以接成4个桥臂，则可以选取桥式差电流保护。

4）双星形电容器组，通常情况下，可以考虑选取中性点不平衡电流保护。

5）不平衡保护的整定值应按电容器组运行的安全性、保护动作的可靠性和灵敏性，并根据不同保护方式进行计算确定。

特别需要说明的是，低压并联电容器装置，一般都要具备短路保护、电流异常过大的保护、电压异常过高的保护以及失压保护，在条件允许的情况下可以考虑增加谐波超值保护。

2.3并联电容器的投切

低压并联电容器装置应采用自动投切。自动投切的控制量可选用无功功率、电压、时间等参数。电力系统在正常运行时是否需要投入并联电容器，主要是根据电网的功率因数或电压是否满足相关技术指标而定。一旦电网的功率因数过低或者电压明显低于正常水平，就必须立刻将并联电容器接入电网，当然也可以考虑扩大接入电网的并联电容器数量。

同样的，并联电容器是否需要完全切除或者部分切除，也是根据电网的功率因数或电压是否满足相关技术指标来确定的。假设变配电所入户端母线电压明显升高，不妨认定为已经超过了电容器额定电压的10%，此时就应将并联电容器完全切除或者部分切除。

一旦发生以下所列举的任何一个情况，必须尽快切除电容器：并联电容器发生爆炸；连接线路中的接头温度异常过高；套管瓷质绝缘表面出现闪络放电的痕迹；并联电容器出现喷油或燃烧的情况；周围的环境温度长期维持在40℃以上。

并联电容器的投切装置严禁设置自动重合闸。这主要是考虑到，一旦变配电所停电，而供电系统突然恢复送电，母线电压过高，击穿电容器。

在并联电容器从电网切除的过程中，还要查看仪表指示或者观察指示灯来确认其放电回路是否完好。并联电容器一旦从供电系统中切除，就要尽快经由放电回路放电。为了以防万一，相关操作人员在接触并联电容器之前，必须使用短接导线将并联电容器的两极短接泄放电荷。

3　电容柜的维护

3.1电容柜的常规维护

1）列出时间表进行阶段性巡视，查看电容柜的工作指示灯是否处于正常状态，若功率因数表显示数据为0.95以上，同时电容柜的某一相电流表显示数据的偏差超过10%，那么这一相很有可能存在电容器损坏的情况。出现这种情况的时候，就要着重查看电容器外壳有无鼓包、漏油痕迹，有没有异常声音，要尽快发现出现故障的电容器并及时更换。

2）使用红外线测温仪着重查找汇流排、无功功率自动补偿控制器、电容器外壳上温度最高点，同时做好相关记录（尤其是夏季）。

3）每隔一段时间，检测电容柜的三相电流。每一相中如有补偿电流的电流值偏差过大，则这一并联电容器组中极有可能存在电容器老化失效的情况，要进行及时更换。如果汇流母线上的电压过大，甚至大于1.1倍额定电压，此时电容器组将不能接入电网。一般情况下，不得在从电力系统断开后的1 min内重新接入电容器组。

4）每隔3个月要对电容柜进行一次全方位的停电检修［4］，特别是紧固件的连接点松紧状态，馈出线及开关有无烧蚀痕迹，线路接头有无接触不良等情况。并联电容器的套管和绝缘子的外表应洁净、完好、没有放电痕迹，外壳不能有灰尘覆盖［5］、整体结构不变形、不能出现油介质渗出的情况。

5）如果控制并联电容器组的开关发生跳闸，保险丝熔断后，在没有全面查清原因之前，绝对不能更换保险丝合闸送电。并联电容器组不允许带电荷合闸。在开关断开3 min以后，并联电容器组方可重新合闸。虽然并联电容器的开关跳闸，而分路熔断器的保险丝没有熔断，这个时候就要对并联电容器至少放电3 min，紧接着检查开关、电流互感器、线路以及并联电容器表面。如果没有发现异常，则极有可能是外部器件出现故障或者母线电压发生剧烈变化。全方位检查没有异常情况，可以试运行；反之，就要针对保护进行完整的通电试验。

另外，考虑到油田电网中电容柜大部分安装于易燃、易爆等危险环境（如联合站、转油站），加上油田属于冬季严寒地区，一般都是采用屋内安装并联电容器装置。室内安装的并联电容器装置，为了防范凝露引发的污闪事故，必须采取相应安全措施。

3.2电容柜的防火对策

对于油田电网来说，由于并联电容器特有的性质及对供电系统过电压和电能质量相对敏感，电容柜在电网运行中发生事故的概率还是比较高的。电容柜诱发火灾的部位主要分布于电容器、电抗器还有放电线圈等相关部位。

国内相关单位曾于2013年以火灾图像自动识别系统为研究对象，依托感温报警和感烟报警技术，研制出了精确高效的火灾自动报警及灭火系统［6］，进而借助自动灭火装置，实现了电容柜的火灾自动探测、识别以及灭火。该研究成果已应用于电容柜，并经过多次试验，确保了自动灭火装置对电容柜火灾的准确判断和快速及时的灭火。结合油田当前所处的实际情况，考虑到整套火灾自动报警及灭火系统的成本因素，这一研究成果在油田大型联合站具有一定的推广意义。

从设计、施工的角度来看，并联电容器组的框（台）架和柜体，均应采用非燃烧或难燃烧的材料制作。并联电容器室作为丙类生产建筑，其建筑物的耐火等级不应低于二级。并联电容器室通向屋外的沟道，在屋内外交接处应采用防火封堵。电缆沟道的边缘对并联电容器组框（台）架外廊的距离，不宜小于2 m；引至并联电容器装置处的电缆，应采用穿管敷设并进行防火封堵。低压并联电容器室内的沟道盖板，宜采用阻燃材料制作。油田地处敖古拉大风口，在春季、秋季这2个季节风力较大，加上油田生产区植被覆盖率较低，因而风沙天气较多，并联电容器装置室应采取防尘措施，如果有条件可在进风口设置过滤装置，以满足室内空气流通的要求。

4　结束语

电容柜作为油田供电系统的重要设备，如果管理维护不当，会造成电容装置损坏或投切不正常，严重影响无功功率补偿效果。这就需要操作人员精心维护，使电容柜在电网中安全稳定运行，为油田实现节能降耗目标提供坚实基础。

［1］王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制和无功功率补偿［M］.2版.北京：机械工业出版社，2005：140-142.

［2］刘介才.工厂供电［M］.5版.北京：机械工业出版社，2009：333-335.

［3］中国电力企业联合会.并联电容器装置设计规范：GB 50227—2008［S］.北京：中国计划出版社，2009：14-30.

［4］陆锡恩.低压无功电容补偿柜的维护管理［J］.企业科技与发展，2009（12）：55-56.

［5］吴国英.低压无功电容补偿柜的日常维护与管理［J］.机电信息，2012（12）：86-87.

［6］岳青，孙毅卫，钱永强.电气火灾探测与自动灭火装置在电容柜上的应用研究［J］.电力电容器与无功补偿，2014（1）：25-28.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.001

2015-11-08

（编辑王古月）

张挺，2011年毕业于中国石油大学（华东）（电气工程及其自动化专业），从事建筑消防设施安全检测、电气防火检测工作，E-mail：zhangtingdq@163.com，地址：黑龙江省大庆市让胡路区西宾路552号技术监督中心，163455。