低壓無功補償裝置電容器額定電壓選擇和輸出容量計算

鄭 凱, 袁松林, 倪高俊

(浙江大學建筑設計研究院有限公司, 浙江 杭州 310000)

0 引 言

計算機、熒光燈、空調等非線性負荷在民用建筑中廣泛使用,其產生的諧波對系統的影響日益嚴重[1-2]。諧波電流疊加在電容器基波電流上,使電容器電流的有效值增大,溫升增高,甚至引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器損壞。諧波電壓疊加在電容器基波電壓上,不僅使電容器的電壓有效值增大,并可能使電壓峰值增加,使電容器發生局部放電,損害電容器絕緣介質,造成介質損耗增加,導致局部過熱,進一步可能發展為絕緣擊穿、電容器損壞。

低壓無功補償裝置中串聯一定電抗率的電抗器是抑制諧波和限值涌流的常用有效措施,工程人員熟知根據電容器組接入處的綜合諧波阻抗呈感性來選擇電抗率的方法[3-5],但并聯電抗器的額定電壓、串聯電抗器后電容器的額定電壓和輸出無功容量選擇往往被忽略。

1 電容器額定電壓選擇

額定電壓是電容器的重要參數之一,無功補償裝置設計時合理選擇電容器的額定電壓非常重要。低壓無功補償裝置接線示意圖如圖1所示。

電容器運行輸出容量為

(1)

式中:QC——電容器運行輸出容量;

XC——電容器阻抗;

UC——電容器運行電壓。

由式(1)可知,電容器輸出容量與其運行電壓的平方成正比。電容器運行在額定電壓時,電容器運行輸出容量為其額定容量。當運行電壓低于額定電壓時,電容器運行輸出容量小于其額定容量,即虧容[6-8]。在選擇電容器的額定電壓時,如果安全裕度取值過大,則輸出容量虧損也大。反之,若選擇的電容器額定電壓低于運行電壓,長期運行會破壞電容器絕緣,損壞電容器。綜上,電容器額定電壓應與運行電壓一致最佳。

圖1 低壓無功補償裝置接線示意圖

為降低諧波或限值涌流而串聯電抗器時,會引起電容器端子上的電壓大于低壓母線運行電壓,從而需要相應提高電容器的額定電壓。考慮電壓偏差和串聯電抗器后,由于電抗器與電容器組是串聯連接,流過串聯電抗器與電容器組的電流值相同:

式中:I——流過電抗器和電容器的電流;

XL——電抗器阻抗;

k——電抗器電抗率;

UN——低壓母線額定電壓;

k1——低壓母線電壓偏差系數。

由式(2)、式(3)和式(4)可知,低壓母線并聯電容器的運行電壓為

(5)

低壓無功補償常采用自愈式并聯電容器,GB/T 12747.1—1991《自愈式并聯電容器》規定了電容器的額定電壓的優先值為230 V、400 V、525 V、690 V。GB/T 12747.1—2017《標稱電壓1 000 V及以下交流電力系統用自愈式并聯電容器 第1部分:總則 性能、試驗和定額安全要求 安裝和運行導則》已取消對額定電壓的相關規定。目前,市場上比較常見的額定電壓有400 V、440 V、480 V、525 V、690 V等。根據電抗率和低壓母線的電壓偏差系數,以電容器額定電壓應與運行電壓一致最佳為原則,電容器運行電壓和額定電壓選擇如表1所示。

表1 電容器運行電壓和額定電壓選擇

2 低壓無功補償裝置輸出容量計算

電容器額定輸出容量與額定電壓平方成正比。

QCN=XCU2CN

(6)

式中:QCN——電容器額定輸出容量;

UCN——電容器額定電壓。

由式(1)、式(5)和式(6)可知,電容器運行輸出容量為

(7)

考慮串聯電抗器的無功損耗后,無功補償裝置運行輸出容量為

(8)

式中:QCL——無功補償裝置的運行輸出容量;

QL——電抗器的運行輸出容量,QL=kQC。

表2 低壓無功補償裝置輸出容量計算

3 結 語

通過合理選擇并聯電容器組串聯電抗器的電抗率,使電容器回路在綜合諧波頻率下呈現出感性,就可消除諧波放大。低壓無功補償裝置選型時,首先根據接入處的諧波背景選擇電抗器的電抗率,再根據電抗率和電壓偏差選擇電容器的額定電壓,最后再根據電抗率、電壓偏差系數和無功補償容量選擇電容器的額定容量和組數。