并聯(lián)補(bǔ)償裝置電容電抗選擇

無功補(bǔ)償中電抗率的選擇1、降低合閘涌流時(shí)LC串聯(lián)電路中電抗率的選取2、抑制高次諧波時(shí)LC串聯(lián)電路中電抗率的選取3、串聯(lián)電抗器的選取原則4、電容器、電抗器額定電壓額定容量的選取5、計(jì)算實(shí)例2023/2/3

前言在電力系統(tǒng)中不可避免地存在著大量的無功負(fù)荷，這些無功負(fù)荷來自電力線路、電力變壓器以及用戶的用電設(shè)備。由于電力線路、電力變壓器和用戶的用電設(shè)備主要是電感性的元件，其產(chǎn)生的電感性無功功率，不但會造成電能損耗、電壓質(zhì)量下降，而且還會占用變壓器及線路容量。所以在電力系統(tǒng)中為了降低線路損耗，提高功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，通常要在電力系統(tǒng)中并聯(lián)連接電容器用以提供電容性無功功率，補(bǔ)償系統(tǒng)無功的不足。并聯(lián)電容器裝置就是并聯(lián)連接于電力系統(tǒng)中，用于補(bǔ)償系統(tǒng)無功的一種無功補(bǔ)償裝置。其主要設(shè)備是電容器(c)和電抗器(L)。電容器主要用來向電力系統(tǒng)提供電容性無功功率，電抗器主要與電容器串聯(lián)構(gòu)成LC串聯(lián)電路，用以降低并聯(lián)電容器合閘投運(yùn)過程中的涌流倍數(shù)，以及抑制電網(wǎng)電壓波形畸變和控制流過電容器的諧波分量。1、降低合閘涌流時(shí)LC串聯(lián)電路中電抗率的選取

當(dāng)電力系統(tǒng)中諧波含量甚少，裝設(shè)串聯(lián)電抗器的目的僅為限制合閘涌流時(shí)，電抗率可選得比較小，可按斷路器等設(shè)備所允許的涌流值進(jìn)行選擇。電容器抗涌流能力在高電壓并聯(lián)電容器相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中有所規(guī)定：用不重?fù)舸┑拈_關(guān)投運(yùn)電容器時(shí)可能發(fā)生第一個(gè)峰值不大于2√2倍施加電壓(方均根值)，持續(xù)時(shí)間不大于1／2周波的過渡過電壓；相應(yīng)的過渡過電流的峰值可能達(dá)到100In：在這種情況下允許每年操作1000次。電容器投運(yùn)合閘時(shí)產(chǎn)生的合閘涌流一般分兩種情況。第一種是單組電容器投運(yùn)時(shí)的合閘涌流，此時(shí)的涌流計(jì)算等值電路圖如圖2所示。圖2中，L0表示線路的等效電感，L表示電抗器的電感，C表示電容器的電容，u表示電源上的電壓，Um表示電源電壓幅值，Uc表示電容器上的電壓。ic表示電容器上的電流，DL為斷路器。

2、抑制高次諧波時(shí)LC串聯(lián)電路中電抗率的選取

在電力系統(tǒng)中，安裝并聯(lián)電容器組是為了補(bǔ)償無功功率，提高電壓水平，但同時(shí)電容器組會改變系統(tǒng)的頻率特性，當(dāng)電力系統(tǒng)中存在的諧波不可忽視時(shí)，系統(tǒng)就有可能發(fā)生諧振。此時(shí)可以考慮利用串聯(lián)電抗器抑制諧波，此時(shí)電抗器配置應(yīng)使電容器接入系統(tǒng)處綜合諧波阻抗呈感性。當(dāng)系統(tǒng)中含有諧波分量時(shí)，并聯(lián)電容器組的等效電路如圖所示：圖（一）圖中：n一諧波次數(shù)，即諧波頻率與電網(wǎng)基波頻率之比；Xs一系統(tǒng)等值電抗；XL一電容器串接電抗；Xc一電容器電抗；Ⅰn一諧波源電流Ⅰm一流入系統(tǒng)的諧波電流；Ⅰcn一流入并補(bǔ)支路的諧波電流．

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2023/2/3以Ks=5%、KL=6%為例，此時(shí)n1=2.50，n0=3.02，n2=3.43，n0‘=4.08，可見，3次諧波正好落在諧振點(diǎn)附近。若系統(tǒng)中存在3次諧波，必將發(fā)生三次諧振；而對于5次、7次及更高次數(shù)的諧波，由于滿足n>n0‘的條件，不會發(fā)生這些次數(shù)的諧波電流放大。為了避免三次諧振，可將電抗率微調(diào)，避開諧振點(diǎn)。2023/2/3

2023/2/33、串聯(lián)電抗器的參數(shù)選取原則

配電網(wǎng)的補(bǔ)償電容器的主要作用是補(bǔ)償基波無功電流，不承擔(dān)濾波作用，電容器組只要不出現(xiàn)諧波諧振和諧波嚴(yán)重放大，就可以基本保證電能質(zhì)量及電網(wǎng)的安全運(yùn)行，而串聯(lián)電抗器是抑制諧波電流放大的有效措施，但是由于串聯(lián)電抗器其本質(zhì)上是將系統(tǒng)整個(gè)的容性降低，影響到無功補(bǔ)償?shù)男Ч?，所以串?lián)電抗器的參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際諧波進(jìn)行選擇。

串聯(lián)電抗器的參數(shù)選取原則有以下幾種。

（1）當(dāng)僅需要限制合閘涌流時(shí)，宜選用電抗率為0.1%—1%的電抗器。

（2）當(dāng)母線短路容量不大于80倍電容器組額定容量時(shí)，涌流將不超過10倍電容器額定電流，由于10倍以內(nèi)的涌流不致對回路設(shè)備造成損害，因此可以不裝設(shè)限制涌流的串聯(lián)電抗器。

（3）根據(jù)GB-50027-2008，當(dāng)并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波為5次及以上時(shí)，宜取電抗率4.5%—6%的串聯(lián)電抗器。當(dāng)并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)的背景諧波為3次及以上，宜取電抗率為12%的串聯(lián)電抗器，宜可采取4.5%—6%與12%2種電抗率組合。配電網(wǎng)一般考慮5次諧波，因此配電網(wǎng)大多采用串聯(lián)4.5%—6%電抗器的電容器組。

（4）當(dāng)系統(tǒng)中存在變頻器，風(fēng)機(jī)泵房，及各種整流設(shè)備時(shí)，串聯(lián)電抗器的電抗率一般選7%。主要原因是考慮到系統(tǒng)中可能存在的4次諧波。變頻器產(chǎn)生諧波電流的根源在于整流電路。不僅是變頻器產(chǎn)生諧波電流，任何交直流整流電路都會產(chǎn)生諧波電流。整流電路產(chǎn)生的諧波與整流電路的形式有關(guān)，可用下式計(jì)算：h=np+/-1,

式中：

h=諧波的次數(shù)，n=任意整數(shù)，p=整流器的脈沖數(shù)普通變頻器的輸入電路為3相6脈整流電路，因此產(chǎn)生的諧波以5、7、11、13為主，當(dāng)變頻器一個(gè)脈沖壞了，變壓器仍能運(yùn)行，此時(shí)產(chǎn)生4次、6次諧波，4次諧波對應(yīng)的諧振頻率為200Hz,7%電抗器對應(yīng)的諧振

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2023/2/34、電容器、電抗器額定電壓額定容量的選取4.1基本公式

國家標(biāo)準(zhǔn)GB50227-2008【并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范】對于并聯(lián)電容器組有如下規(guī)定；“當(dāng)分組電容器按各種容量組合運(yùn)行時(shí)，不得發(fā)生諧振，且變壓器各側(cè)母線的任何一次諧波含量不應(yīng)超過現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)【電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波】”，同時(shí)也規(guī)定了電容器分組投切時(shí)，所產(chǎn)生的涌流計(jì)算公式。

同一電抗率的電容器組單組投入或追加投入時(shí)，

其中

2023/2/3接入串聯(lián)電抗器后引起的電容器運(yùn)行電壓升高的計(jì)算公式為：

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10kV或20kV配電站補(bǔ)償電容器容量應(yīng)根據(jù)配電容量，負(fù)荷性質(zhì)和容量，通過計(jì)算確定，宜按配電變壓器的10%-30%配置。低并聯(lián)電容器組的接線方式主要有三角形接線和星形接線。現(xiàn)在國內(nèi)外低壓并聯(lián)電容器組，主要采用三星形接線。

并聯(lián)電容器總?cè)萘看_定以后，通常將電容器分成若干組再進(jìn)行安裝，分組原則主要是根據(jù)電壓波動、負(fù)荷變化、電網(wǎng)背景諧波含量及設(shè)備技術(shù)條件等因素來確定。各分組電容器組投切時(shí)，不能發(fā)生諧振，同時(shí)要防止諧波的嚴(yán)重放大。為了避開諧振點(diǎn)，電容器組設(shè)計(jì)之前，應(yīng)測量或分析系統(tǒng)主要諧波含量，根據(jù)設(shè)計(jì)確定的電抗率配置，按照諧振容量計(jì)算公式計(jì)算諧振容量，在設(shè)計(jì)分組容量時(shí)，避開諧振容量；電容器組在各種容量組合投切時(shí)，均應(yīng)