高压电容器的放电线圈设计 要求

科学技术创新2021.10高压并联电容器用油浸式放电线圈设计要点张燕华(日新电机（无锡）有限公司，江苏无锡214000)1高压并联电容器用放电线圈的工作原理及作用放电线圈是高压并联电容器装置的专用配套设备，并联连接在电容器（组）两端。

其作用是提供电容器断开电源后剩余电荷能快速泄放的途径，使电容器电压在规定时间内降到要求值以下，以保护电容器组的安全运行。

当放电线圈有二次绕组时，可以兼做电容器组不平衡保护的信号检测元件。

通常会采用开口三角和差压两种保护方式。

放电线圈正常运行时，其工作在交流电压下呈高励磁阻抗状态，此时电流很小，一般为微安级，本身消耗能量极小。

当电容器在电网中断开后，为一衰减直流放电过程。

在直流电压的作用下，铁心快速饱和，铁心电感迅速下降，呈空心电感状态。

电容器储存电荷在放电线圈直流电阻上消耗吸收。

当电压衰减到较低时，放电电流亦会随之减少，此时电抗器的饱和程度会减轻，其电感开始慢慢回升。

由于放电线圈电感值在放电过程中是非线性的，可能会有几百到上千倍的变化幅度。

例如，我公司设计的FDE-40.5/√3-5.0-1W电抗器，正常运行时电感为34423H。

在直流放电铁心饱和状态时，空心电感值为65H。

电感相差约530倍。

因此，正常情况下，放电过程是一个非周期性的衰减过程。

部分产品在放电后期，可能会出现振荡过程。

本文按照DL/T653-2009《高压并联电容器用放电线圈使用技术条件》及JB/T8970-2014《高压并联电容器用放电线圈》的标准规定要求，以型号为FDE-11/√3-2.5-1W的放电线圈为例，介绍放电线圈芯体的设计全过程，对外壳、绝缘油及绝缘套管部分，本文不作说明。

2型号为FDE-11/√3-2.5-1W的放电线圈设计2.1技术参数U1=6350V U2=100V f=50HzS2=100VA S=2500kvar准确级1级Ac/Imp=42/75kVFDE-含二次的放电线圈U1-额定一次电压U2-额定二次电压f-频率S2-额定输出负荷S-放电容量Ac/Imp-耐压/雷电冲击电压2.2结构选型采用油浸式全密封结构，铁心结构选用单相单柱式,心柱部分采用玻璃丝带缠绕,其他部分采用螺栓紧固方式。

放电线圈试验报告
一、工程名称：
安装位置：10kV电容器组
试验日期：2006年11月5日
试验人员：
二、铭牌数据：
型号：FDR311/√3/4.0—1W 额定电压；11/√3kV/100V 频率：50Hz
准确级：0.5 额定输出：50 V A
温州市凯泰特种电器有限公司出厂日期：2006年8月
三、试验数据
1、绝缘电阻：（MΩ）
o
结论：合格
3、极性检查：
均为减极性，正确。

结论：合格
4、
结论：合格
5、空载电流：
6、交流耐压试验
一次对二次及地加交流工频电压21kV一分钟无异常。

二次对一次及地加交流工频电压2kV 一分钟无异常。

结论：合格
放电线圈试验报告
一、工程名称：
安装位置：10kV电容器组
试验日期：2006年11月5日
试验人员：
二、铭牌数据：
型号：FDR312/√3/4.0—1W 额定电压；12/√3kV/100V 频率：50Hz
准确级：0.5 额定输出：50 V A
温州市凯泰特种电器有限公司出厂日期：2006年8月
三、试验数据
1、绝缘电阻：（MΩ）
o
结论：合格
3、极性检查：
均为减极性，正确。

结论：合格
4、
5、空载电流：
6、交流耐压试验
一次对二次及地加交流工频电压21kV一分钟无异常。

二次对一次及地加交流工频电压2kV 一分钟无异常。

结论：合格。

放电线圈选型指南（1）FDG型的设计选择不需要提供测量或保护信号时，宜选用无二次绕组放电线圈。

系统电压kV 电容器总容量Mvar电容器串联段数放电线圈放电容量Mvar放电线圈台数放电线圈一次电压，kV接线图电容器段电压放电线圈电压6< 5.111.736.6/√37.2/√3图a5.1～10 3.47.2/√310< 5.1 1.711/√312/√3 5.1～10 3.412/√335< 2041.7245.566图b 20～40 3.440～605< 4023.4121112图c 40～6051266< 8043.42410.512图d 80～120511.5110< 120452417.520图d19.1< 1608 3.4488.810图e（2）FDGE型的设计选择FDGE型带二次绕组放电线圈主要用开口三角保护接线的电容器组，有100V及100/√3V两个二次绕组，其中100V用于开口三角电压保护，100/√3V用于测量电压。

由于开口三角信号在电容器组容量较大时很弱,所以对6～10kV系统建议电容器组容量不大于3000kvar,对于35kV系统不大于5000kvar。

系统电压kV 电容器总容量Mvar放电线圈放电容量Mvar放电线圈台数放电线圈一次电压，kV接线图电容器段电压放电线圈电压6< 5.1 1.73 6.6/√3 6.6/√3图f5.1～10 1.7 7.2/√37.2/√310< 5.1 1.7 11/√311/√3 5.1～10 3.4 12/√312/√335 < 30 10 38.5/√338.5/√3 42/√342/√3（3）FDGEC型的设计选择当电容器组采用差压保护时，应选用FDGEC型一次带中间抽头的放电线圈，差压保护对电容器组的每一相都测量不平衡差压，因此保护灵敏度较高，适用于任意电容器组容量。

系统电压kV 电容器总容量Mvar放电线圈放电容量Mvar放电线圈台数放电线圈一次电压，kV接线图电容器段电压放电线圈电压35 < 30 10 3 11+11 11+11图g 12+12 12+12放电线圈应能满足GB50227-1995规定的放电要求，即电容器组开断后5s内，将其剩余电压降至50V及以下。

放电线圈与放电PT放电线圈是高压并联电容器装置的专用配套设备,与电容器组端子直接联接，当电容器从电网断开后，使其存储的电荷自行泄放，在规定时间内将电容器剩余电压降到规定值以下，是电容器装置确保设备自身和维修人员安全的主要技术措施之一。

因此，放电线圈必须具备以下两方面的基本性能要求:一是放电性能要求，即在配套电容器组容量范围内,满足电容器组的放电要求：放电起始至5 s内，将电容器的剩余电压自额定值下降到50 V以内.二是正常分闸操作时，应能承受最大放电电流冲击和最大储存能量的消耗。

正常运行时,放电线圈工作在交流电压下（并接于电容器组两端子间)呈一很高的励磁阻抗.正常时,通过电流很小,本身不消耗什么能量。

电容器组被断开后，实质上为一衰减直流放电过程，其放电等值电路如图1,其中L为放电线圈的铁芯电感，在直流电压的作用下，铁芯很快饱和,铁芯电感迅速下降，电容器储能在R上消耗吸收。

当电压衰减到较低时，由于放电电流亦随之减少，此时铁芯的饱和程度会减轻，其电感L开始回升。

R为放电线圈的功耗等值电阻，主要是线圈的直流电阻，而放电线圈的直流电阻一般较大，如10 kV级产品多在2 kΩ左右,35kV级为3~4 kΩ。

由于铁芯电感L在放电过程中是非线性的,可有几百到上千倍变化幅度。

因此，在正常配套情况下,放电过程通常是一非周期的衰减过程,对于某些厂的产品，在放电后期，有可能出现振荡过程。

当配套电容器组容量很小时,或是放电起始电压足够低时,放电过程也许出现衰减的振荡过程.对于35kV及以上电容器，一般用放电线圈。

并且电容器一次接线多采用双星形接线，保护采用不平衡电流保护,电压采用母线电压。

对于10kV及以下电容器，采用单星形接线，有不平衡电压保护，所以电容器保护一般用放电PT电压(电容器三相的放电线圈2次线圈按照开口三角形接法)，若某相电容器组有电容器损坏，这样三相负荷就不平衡，因此开口有输出。

零序电压动作，所以要接放电线圈的开口三角电压而不采用母线电压。

FD2-1.7/11/√3-1W高压并联电容器用放电线圈一、简介FDG2型放电线圈为环氧树脂真空浇注单相户内半封闭型产品，适用于额定频率50Hz、额定电压10KV及以下的电力系统中与高压并联电容器组并联连接，当电容器组与系统断开后，以在5s内将电容器组上的剩余电压降至安全电压。

在正常运行时，二次绕组可以做电压指示，用户如有特殊要求时，亦可带剩余电压绕组，起到继电保护用。

放电线圈用于6-10kV交流50HZ电力系统中，与电力电容器组并联，断电时放电之用，确保设备安全和检修人员的安全本型放电线圈用于6-10kV交流50HZ电力系统中，与电力电容器组并联，断电时放电之用，确保设备安全和检修人员的安全。

本型放电线圈带有二次线圈，供线路测量或保护使用。

二、结构特点本型放电线圈的油箱内有一个器身，器身的铁心为外铁式，用硅钢片迭装而成。

在心柱上装置一次及二次线圈，油箱为圆形。

箱盖上有二个高压套管和四个低压套管。

器身固定在箱盖上，箱盖上有放气阀，整个结构紧凑，绝缘良好.三、用途本型放电线圈用于6-10kV交流50HZ电力系统中，与电力电容器组并联，断电时放电之用，确保设备安全和检修人员的安全。

本型放电线圈带有二次线圈，供线路测量或保护使用五、用户须知1.本放电线圈使用环境温度为+40℃—-40℃，相对湿度为85%，海拔不超过1000米，户外安装。

2.本放电线圈安装地点应无腐蚀性气体、蒸汽、化学沉积、灰尘、污垢及无强烈震动之场所。

3.放电线圈的外壳必须可靠接地。

六、型号说明FD □- □／□│││││││└额定一次端电压（kV）││└───配用电容器容量（Mvar）│└──────2表示带二次线圈；2A表示带两个二次线圈└────────单相式放电线圈。

35kV~220kV变电站无功补偿装置设计要求和审核要点一、范围规定了35kV～220kV变电站中的无功补偿装置，包括10kV-66kV的并联电容器装置、并联电抗器装置、静止无功补偿装置、静止无功发生器装置的工程设计。

适用于35kV～220kV新建变电站，改扩建工程可参照执行。

二、系统要求2.1各级电压无功补偿应根据分层分区、就地平衡的原则确定。

2.2变电站内装设的感性和容性无功补偿设备的容量和型式，应根据电力系统近、远期调相调压、电力系统稳定、电能质量标准的需要选择，同时考虑敏感和波动负荷对电能质量的影响。

2.3无功补偿装置应优先考虑采用投资省、损耗小、可分组投切的并联电容器和并联电抗器。

为满足系统稳定和电能质量要求而需装设静止无功补偿器或静止无功发生器时，应通过技术经济及环境因素等综合比较确定。

2.4变电站内用于补偿输电线路充电功率的并联电抗器一般装在主变压器低压侧，需要时也可装在高压侧。

2.5并联电容器装置一般装设在变压器的低压侧，当条件允许时，应装设在变压器的主要负荷侧。

2.6变电站内装设的并联电容器组和并联电抗器组的补偿容量，不宜超过主变压器容量的30%。

无功补偿装置应按最终规模设计，宜根据无功负荷增长和电网结构变化分期装设。

2.7综合考虑简化接线、节省投资、提高设备补偿效益，对并联电容器组和并联电抗器组进行合理分组，确定无功补偿设备的分组数。

2.8电容器分装在不同组合方式下投切时，不得引起高次谐波谐振和有危害的谐波放大。

2.9投切一组电容器或电抗器所引起接入母线电压的变动值，不宜超过其额定电压的2.5%。

2.10根据电容器组合闸涌流、系统谐波情况以及对系统和电容器组的影响等方面的验算确定分组投切的并联电容器组的电抗率。

当变电站无谐波实测值时，可按GB/T 14549中规定的各级电压母线的谐波电压畸变率及谐波电流允许值计算。

2.11静止无功补偿器中电容器组的设计应避免与其他静止无功补偿支路及系统电源侧产生谐振。

FD2型高压并联电容器1. 用途
电线圈用以交流50HZ电力系统中，测量及保护电力电容器组断电时及时安全放电，以保证检修人员的安全。

本放电线圈有二组二次线圈，供线路测量或保护用。

2. 结构特点
内有二个器身，每个器身铁芯为单相单柱旁轭式，油箱为椭圆形，器身固定有箱盖上，箱盖上有三个高压套管和四个二次套管，储油枕装置在高压套管上，整体结构紧凑，体积小外形美观。

3. 技术数据
3.1 最高工作电压为1.1倍额定端电压，在额定负荷电压比差≤±1%。

3.2 放电时间小于5S。

3.3 温升：线圈＜55℃（电阻法）油面＜55℃（温度计法）。

3.4 接线方式见（图一），外形及安装尺寸见（图二）。

4. 用户需知
4.1 户内或户外，环境温度为-40~+40℃，相对湿度为85%。

4.2 安装地无腐蚀性气体，化学沉积，灰尘污垢。

4.3 没有强烈震动撞击的地方，海拔不超过1000米。

（图一）
5. 外形及安装尺寸
（图二）
6. 运行与维护
6.1 运行时须定期巡视，检查油箱等部件有无漏油损坏现象，变压器应按规定检查，如发现油内水分过多或含有沉淀物时，应立即作绝缘试验，并进行过滤处理。

6.2 定期检查和清扫套管。

发现裂纹、损伤、放电痕迹或灰尘较大则应及时处理与清扫。

8. 运输包装说明
8.1 放电线圈底座固定在木制底排上，周围和上面订有栏式木板，以保证放电线圈壳体及套管免受碰损。

8.2 运输中器身要求平衡，倾斜角不得大于15°，禁止倒放及与其它物件碰撞。

吊起和放下时严禁震动。

高压并联电容器用放电线圈设计摘要：从放电线圈的放电功能入手，阐述了放电线圈和电压互感器主要技术性能的差异及放电线圈的基本设计方法。

关键词：高压并联电容器；放电线圈；设计；Design of Discharge Coil for High Voltage ShuntAbstract ：I expound the differences between discharge coil and potential transformerin basic technical performance and basic design methods of discharge coil from the view of discharge coil’s discharge function.Key words: High voltage shunt capacitors; Discharge coil; Design;1.前言：放电线圈（以下用“FD ”表示）是当电容器从电源脱开后能将电容器端子上的电压在规定时间内降到规定值的带有绕组的器件。

FD 与高压并联电容器组并联连接，使电容器从电力系统切除后的剩余电荷能快速泄放，在规定时间内达到要求值。

JB/T 8970—1999标准规定：在额定频率和额定电压下，与对应容量上限值的并联电容器相并接的FD ，当电容器断电以后其端子间的电压在5s 后应由12n U 降至50V 以下；FD 应能承受在258.1倍额定一次电压下电容器储能放电的作用。

FD 带有二次绕组时，可以兼作电气保护、电压指示装置。

当电容器极间发生故障时，接成开口三角的剩余绕组会产生零序电压，驱动继电保护装置动作。

保障高压并联电容器的安全运行，防止电容器带电荷合闸，这是FD 的特有功能和主要职责。

在正常运行时，FD 又兼有监测保护功能。

（这一点好像和接地电压互感器（以下简称PT ）的工作性质相似）为此，标准相应提出了额定输出和准确级的要求：50V A,0.5级；100V A,1级。

高压并联电容器用放电线圈设计摘要：从放电线圈的放电功能入手，阐述了放电线圈和电压互感器主要技术性能的差异及放电线圈的基本设计方法。

关键词：高压并联电容器；放电线圈；设计；Design of Discharge Coil for High Voltage ShuntAbstract ：I expound the differences between discharge coil and potential transformerin basic technical performance and basic design methods of discharge coil from the view of discharge coil’s discharge function.Key words: High voltage shunt capacitors; Discharge coil; Design;1.前言：放电线圈（以下用“FD ”表示）是当电容器从电源脱开后能将电容器端子上的电压在规定时间内降到规定值的带有绕组的器件。

FD 与高压并联电容器组并联连接，使电容器从电力系统切除后的剩余电荷能快速泄放，在规定时间内达到要求值。

JB/T 8970—1999标准规定：在额定频率和额定电压下，与对应容量上限值的并联电容器相并接的FD ，当电容器断电以后其端子间的电压在5s 后应由12n U 降至50V 以下；FD 应能承受在258.1倍额定一次电压下电容器储能放电的作用。

FD 带有二次绕组时，可以兼作电气保护、电压指示装置。

当电容器极间发生故障时，接成开口三角的剩余绕组会产生零序电压，驱动继电保护装置动作。

保障高压并联电容器的安全运行，防止电容器带电荷合闸，这是FD 的特有功能和主要职责。

在正常运行时，FD 又兼有监测保护功能。

（这一点好像和接地电压互感器（以下简称PT ）的工作性质相似）为此，标准相应提出了额定输出和准确级的要求：50V A,0.5级；100V A,1级。