電能質(zhì)量治理之無功補(bǔ)償元件的選型與應(yīng)用

隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，企業(yè)對供電的需求與電力設(shè)備的質(zhì)量提出了更高的要求，電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與電能質(zhì)量、無功功率有著密不可分的關(guān)系。

引言：無功補(bǔ)償對電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用。合理選擇無功補(bǔ)償方案和無功補(bǔ)償元器件意義重大。本文重點(diǎn)分析了常用無功補(bǔ)償元器件電容、電抗的特點(diǎn)，并結(jié)合電網(wǎng)的現(xiàn)狀就自愈式電容器和串聯(lián)電抗器的選擇方面提出了幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

1.簡介

1.1自愈式電容器簡介

自愈式電容器采用單層聚丙烯膜做為介質(zhì)，表面蒸鍍了一層薄金屬作為導(dǎo)電電極。當(dāng)施加過高的電壓時(shí)，聚丙烯膜電弱點(diǎn)被擊穿，擊穿點(diǎn)阻抗明顯降低，流過的電流密度急劇增大，使金屬化鍍層產(chǎn)生高熱，擊穿點(diǎn)周圍的金屬導(dǎo)體迅速蒸發(fā)逸散，形成金屬鍍層空白區(qū)，擊穿點(diǎn)自動(dòng)恢復(fù)絕緣。所以，這種電容器也被稱作自愈式電容器。

1.2串聯(lián)電抗器簡介

串聯(lián)電抗器主要用于提高0.4kV電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，有效抑制電網(wǎng)的高次諧波，減輕電容器由諧波引起的過載，防止諧波放大，對電容器的安全運(yùn)行，改善網(wǎng)絡(luò)電壓波形，提高供電質(zhì)量和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起良好作用，適用于3.、5、7、9次諧波負(fù)載的無功補(bǔ)償及濾波作用。

2.選型

2.1自愈式電容器選型

在進(jìn)行自愈式電容器選型要進(jìn)行以下幾步：

第一步，要確定電容器的額定電壓，這個(gè)會在本文的第4節(jié)重點(diǎn)說明；

第二步，要確定電容器的補(bǔ)償方式，單相、三相，單相用于無功補(bǔ)償中的分補(bǔ)，三相用于無功補(bǔ)償中的共補(bǔ)；

第三步，確定電容器的容量，如：共補(bǔ)有10kvar，15kvar，20kvar，25kvar，30kvar，35kvar，40kvar，45kvar，50kvar等，分補(bǔ)有3.34*3kvar，5*3kvar，6.67*3kvar，8.34*3kvar，10*3kvar等。

2.2串聯(lián)電抗器選型

在進(jìn)行串聯(lián)電抗器選型要進(jìn)行以下幾步：

第一步，要確定電容器的額定電壓，這個(gè)會在本文的第4節(jié)重點(diǎn)說明；

第二步，要確定電抗器的補(bǔ)償方式，單相、三相，單相用于無功補(bǔ)償中的分補(bǔ)，三相用于無功補(bǔ)償中的共補(bǔ)；

第三步，確定電抗器的容量，根據(jù)電網(wǎng)背景確定電抗器的電抗率，這個(gè)會在本文的第4節(jié)重點(diǎn)說明，再使用公式電抗率=XL/Xc，按照確定好的電容器容量計(jì)算出對應(yīng)的電抗器的容量。

3.產(chǎn)品特點(diǎn)

3.1自愈式電容器產(chǎn)品特點(diǎn)

產(chǎn)品具有良好的自愈性能，即在電介質(zhì)局部擊穿后，能自動(dòng)地迅速恢復(fù)其絕緣性能。

電容器電容偏差值不超過額定值的0～10%；

在工頻額定電壓下，20℃時(shí)損耗角正切值不大于0.001；

允許在1.1倍額定電壓下長期運(yùn)行；

允許在1.3倍額定電流下長期運(yùn)行；

產(chǎn)品內(nèi)部安裝放電電阻，在斷電后1分鐘內(nèi)可將端子上的電壓降低至50V以下；

電容器內(nèi)設(shè)過壓隔離裝置，一旦電容器出現(xiàn)故障，內(nèi)部產(chǎn)生的過壓力將使隔離裝置動(dòng)作，從而自動(dòng)切斷電源。

3.2串聯(lián)電抗器產(chǎn)品特點(diǎn)

產(chǎn)品由優(yōu)質(zhì)矽鋼片及高強(qiáng)度電磁線等精心加工而成，具有體積小、噪音低、損耗小、耐濕、阻燃等高性能；

附有一組常閉溫控開關(guān)，串聯(lián)于本回路的控制回路中，當(dāng)電抗器超溫時(shí)，斷開回路，具有保護(hù)回路的過載功能；

電抗器芯柱部分緊固件采用無磁性材料，確保電抗器較高的品質(zhì)因數(shù)和較小的溫升，并具有較好的抗諧波及濾波效果。

4.電容電抗選取的注意事項(xiàng)

傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置在存在諧波的情況下做無功補(bǔ)償時(shí)，一定要用串聯(lián)電抗器的補(bǔ)償裝置，使其在基波頻率下做無功補(bǔ)償，在諧波頻率下表現(xiàn)電感性，避免發(fā)生諧振，防止諧波放大。在元器件的選用上應(yīng)該注意以下三個(gè)方面的內(nèi)容：

（1)串聯(lián)電抗器與電容器的諧振頻率的選擇

串聯(lián)電抗器的選擇主要考慮電抗器和電容器回路的諧振頻率必須低于諧波負(fù)荷所產(chǎn)生的最低階次的諧波頻率，此外，還應(yīng)考慮串聯(lián)回路對諧波電流的分流。例如，選擇電抗率為4．5％或5.0％的電抗器以防止五次諧波放大時(shí)，其引入電容器的諧波電流大于五次諧波電流總量的一半：同理，選擇電抗率為12％的電抗器以防止三次諧波放大時(shí)，其引入電容器的諧波電流大于三次諧波電流總量的一半?？紤]到電抗器和電容器的制造偏差，即元件損壞導(dǎo)致容抗變化后，串聯(lián)電抗百分率也會隨之變化的可能性，諧振頻率與系統(tǒng)可能存在的諧波之間要留有一定的裕量。所以，系統(tǒng)存在的最低階次的諧波為5次(200Hz)時(shí)，建議串聯(lián)電抗率為7％的電抗器(諧振頻率為189Hz)；系統(tǒng)存在的最低階次的諧波為3次(150Hz)時(shí)，則電抗器的感抗可設(shè)計(jì)為XL=14％Xc(諧振點(diǎn)為133.6Hz)。

（2)電容器額定電壓選擇

因?yàn)椴⒙?lián)電容器需要長期、全額在電網(wǎng)中工作，而電容器故障的一個(gè)主要原因是由于過電壓引起電容器材料絕緣水平的降低，最后導(dǎo)致絕緣擊穿而使電容器受損，所以一定要重視電容器額定電壓的選取?；芈分须娙萜鞯念~定電壓的選取由下列因素決定：

（a)供電網(wǎng)的電壓水平Vs；

（b)串聯(lián)電抗器帶來的壓升。由電工學(xué)原理可知，當(dāng)電容器與電抗器組成串聯(lián)回路再接入電網(wǎng)時(shí)，電容器兩端的電壓會高于電網(wǎng)電壓，其升高幅度由串聯(lián)電抗器的電抗率(P)決定：Uc=U/(1-P)；

（c)背景諧波電壓帶來的壓升。當(dāng)電容器在含有諧波的環(huán)境下工作時(shí)，諧波電壓將疊加到電容器的基波電壓上，使電容器的實(shí)際電壓升高。諧波電壓至少應(yīng)考慮V0=0．5％Vs，V5=5％Vs，V7=5％Vs(低壓)。

5.選型案例

某公司的無功補(bǔ)償設(shè)備為400kvar，諧波背景為5次以上諧波，容量按照分補(bǔ)40%，共補(bǔ)60%來分配，那么，無功補(bǔ)償元件選擇如圖所示，確定步驟如下：

第一步，由于諧波背景為5次以上，所以電抗率選擇為7%；

第二步，總?cè)萘繛?/span>400kvar，分補(bǔ)容量為160kvar，共補(bǔ)容量為240kvar；

第三步，分補(bǔ)電容為ANBSMJ-0.25-13.34*3，共4路；共補(bǔ)電容為ANBSMJ-0.45-40-3，共6路；

第四步，根據(jù)電抗率，選擇分補(bǔ)電抗器為ANCKDG-0.25-0.93-7，共12個(gè)，共補(bǔ)電抗器為ANCKSG-0.45-2.8-7，共6個(gè)；

第五步，選擇適當(dāng)?shù)耐肚性骷c控制器。會在續(xù)篇中描述。

6.結(jié)束語

綜上所述，電網(wǎng)無功補(bǔ)償是一項(xiàng)建設(shè)性的技術(shù)措施，對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要作用。電網(wǎng)和負(fù)載的特點(diǎn)選擇合理的補(bǔ)償方式是有效補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。針對目前電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，在做無功補(bǔ)償時(shí)一定要選擇合適的裝置，避免諧振和諧波放大的現(xiàn)象,保證電容電抗的壽命和無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償效果，為客戶創(chuàng)造價(jià)值。