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摘 要 :本文对民用建筑低压侧电容偿柜构成、容量选取及控制原理做简要描述,对补偿电容串接电抗器来抑制谐波原理进行剖析,对串接电抗器后电路参数的变化进行分析计算,并提供实际的案例供大家设计参考
关键字:电容补偿 补偿容量 谐波抑制 容量计算
电容补偿就是无功补偿或者功率因数补偿.电力系统的用电设备在使用时会产生无功功率,而且通常是电感性的,它会使电源的容量使用效率降低,而通过在系统中适当地增加电容的方式就可以得以改善,电容补偿对供配电系统经济运行起着重要作用.
运行中的功率因数,即平均功率因数,指某一规定时间段内功率因数的平均值.
式中 P―某一时间内消耗的有功电能(kw.h),由有功电度表读出;
Q―某一时间内消耗的有功电能(kw.h),由有功电度表读出;
供电部门对用户功率因数考核以此为依据,要求工业用电不低于0.9,一般工商业0.85
功率因数补偿电容的无功容量计算公式如下:
式中Qc-需要补偿的无功容量(kvar)Pc-月平均有功功率(kw)
tgφ1―对应于补偿前,自然功率因数角φ1的正切值;
tgφ2―对应于补偿后,预期达到功率因数角φ2的正切值;一般取0.92及以上.
当计算条件模糊时,电容器安装容量可按变压器容量的10%~30%确定,民用建筑的无补偿容量一般为变压器容量的30%,工业建筑一般为变压器容量的50%,对于有大量冷加工设备的工业厂房,当需要系数取值很低时,还要加大无功补偿容量.
电力电容器补偿方式可分为集中补偿、分段补偿、就地补偿.应用最广泛最直接的就是变配电所低压侧设置电容补偿柜.一般来说,低压电容补偿柜由柜壳、母线、断路器、隔离开关,热继电器、接触器、避雷器、电容器、电抗器、一、二次导线、端子排、功率因数自动补偿控制装置、盘面仪表等组成.要想正确的显示出功率因数,就必须正确接线,三相电中必须要取其中一相的电流,另外两相的电压.如下图:
集中补偿的电容器通过电容补偿控制器JK设定的功率因数值,自动控制电力电容器组的投入或退出运行,投切可以手动自动通过转换开关自由切换,下图是一个6路投切控制的二次原理图:
六路投切控制的二次原理图
低压侧三相电力补偿电容器的联接方法有星形及三角形两种方式,实际应用中,采用的都是三角形方式,这是因为只要接线为三角形时电容器组才能承受额定工作电压,如果采用星形接法,则承受的是 额定工作电压,但无功补偿容量也降低成原有的 倍.
电容补偿回路中,一般要串联电抗器,其作用一般有两个:抑制合闸浪涌,抑制谐波电流.谐波电流将使电容器过负荷、出现不允许的温升,使系统产生多余的能耗.在目前大力提倡节能的大环境下,补偿电容串接电抗器变得非常流行,甚至变成一种标准.在实际应用中串接的电抗值以K值来表述.
电抗率K,一个电工学名词,是指一个电感器和电容器的串联回路中,在基波频率下,感抗XL和容抗XC的比值,单位是%.即,K等于XL/XC.
在一个具体的电气回路中,K值到底取多少呢?理论上构成n次串联谐振条件,则母线的n次谐波电压将被抑制得干干净净.但不同于电子线路,电网上出现谐振会出现高电压过电流,引起跳闸甚至烧毁电容器组的,因此实际K值要比理论值要高,使其谐振频率要比需抑制谐波频率要低一点,这时对于谐振频率,电容器回路阻抗呈感性,避免完全谐振时电容器过电流.
如果单纯是抑制合闸浪涌,选用电抗率为0.1~1%的电抗器.抑制电网5次谐波时,K取值范围4.5%~7%,一般选用电抗率为6%或7%的电抗器.抑制电网3次谐波时,应选用电抗率为12%~14%的电抗器.从材料的价格上看,在电压电流相同情况下,K值越高,其端电压也越高,电抗器的电抗和电感值也大,价格越高.所以,如果3次、5次、7次及以上谐波含量都超标需要治理时,建议用一部分K为7%的电抗器,用一部分K为12%的电抗器.
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民用建筑主要抑制5、7次谐波.由于Y-d联接的变压器3次及3的整数倍次谐波电流能在三角形联结的绕组内形成环流,这种变压器输出不可能有3次及3的整数倍次谐波.而作为典型的参考值,当配电变压器短路阻抗为6%,补偿容量为30%,线路谐振频率大约370Hz,相反投入补偿电容后,特别对于5、7次谐波会被显著放大.
《并联电容器装置设计规范》中提到当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时,宜取4.4%~6%,民用建筑一般会选用电抗率为6%或7%的电抗器.6%电抗器在价格及抑制5、7次谐波效果上要优于7%电抗器,但6%电抗器,谐波分流流入比7%要大,其振点频率为204Hz,靠近4次谐波谐振点,当谐波源不明极端情况下,例如三相6脉冲的变频设备,如果其中有一只晶闸管损坏,则会变成相当于5脉冲设备,因此将会产生4次谐波,是比较危险的.7%的电抗补偿兼顾抑制5、7次谐波和系统稳定,是在用户处谐波种类、谐波电流、谐波电压不明确情况下,是一种比较温和的中庸的补偿方式.
串联电抗器后会引起的电容器运行电压升高,因此选用电容器的额定耐压时要考虑是否能够承受实际运行电压.
其中
其电压升高值按下式计算:
式中UCN――电容器端子运行电压(KV);
UXN――加在电容电抗装置的端电压(KV);
以串接7%电抗为例,电容上电压会上升为原来的1.075倍.由于电容器可长期运行在1.1倍的额定电压下,因此电容器端电压升高7.5%也是允许的,但考虑安全性建议电容器额定电压选用加大一级,串接6~7%电抗选用额定电压480V的电容器, 串接12~14%电抗选用额定电压525V的电容器.要注意的是电容器样本上额定容量(kvar)是对应于额定电压下的,例如额定电压480V的电容器在380V环境下实际容量会变成 等于62.7%
电容器串联电抗器后补偿容量是否会减小呢?同样以串接7%电抗为例,由于电容上电压升高,电容的实际补偿容量也会升高,
参考文献:
(1) 刘介才.工厂供电.(第四版).《M》 北京机械工业出版社
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