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电能质量治理之无功补偿元件的选型与应用

时间:2017-11-27 10:43:06  来源:  作者:

 

引言:无功补偿对电网的安全、优质、经济运行具有重要作用。合理选择无功补偿方案和无功补偿元器件意义重大。本文重点分析了常用无功补偿元器件电容、电抗的特点,并结合电网的现状就自愈式电容器和串联电抗器的选择方面提出了几点注意事项。
1.简介
1.1自愈式电容器简介
自愈式电容器采用单层聚丙烯膜做为介质,表面蒸镀了一层薄金属作为导电电极。当施加过高的电压时,聚丙烯膜电弱点被击穿,击穿点阻抗明显降低,流过的电流密度急剧增大,使金属化镀层产生高热,击穿点周围的金属导体迅速蒸发逸散,形成金属镀层空白区,击穿点自动恢复绝缘。所以,这种电容器也被称作自愈式电容器。
1.2串联电抗器简介
串联电抗器主要用于提高0.4kV电力系统的功率因数,有效抑制电网的高次谐波,减轻电容器由谐波引起的过载,防止谐波放大,对电容器的安全运行,改善网络电压波形,提高供电质量和电网安全经济运行起良好作用,适用于3.、5、7、9次谐波负载的无功补偿及滤波作用。
2.选型
2.1自愈式电容器选型
在进行自愈式电容器选型要进行以下几步:
第一步,要确定电容器的额定电压,这个会在本文的第4节重点说明;
第二步,要确定电容器的补偿方式,单相、三相,单相用于无功补偿中的分补,三相用于无功补偿中的共补;
第三步,确定电容器的容量,如:共补有10kvar,15kvar,20kvar,25kvar,30kvar,35kvar,40kvar,45kvar,50kvar等,分补有3.34*3kvar,5*3kvar,6.67*3kvar,8.34*3kvar,10*3kvar等。
2.2串联电抗器选型
在进行串联电抗器选型要进行以下几步:
第一步,要确定电容器的额定电压,这个会在本文的第4节重点说明;
第二步,要确定电抗器的补偿方式,单相、三相,单相用于无功补偿中的分补,三相用于无功补偿中的共补;
第三步,确定电抗器的容量,根据电网背景确定电抗器的电抗率,这个会在本文的第4节重点说明,再使用公式电抗率=XL/Xc,按照确定好的电容器容量计算出对应的电抗器的容量。
3.产品特点
3.1自愈式电容器产品特点
产品具有良好的自愈性能,即在电介质局部击穿后,能自动地迅速恢复其绝缘性能。
电容器电容偏差值不超过额定值的0~10%;
在工频额定电压下,20℃时损耗角正切值不大于0.001;
允许在1.1倍额定电压下长期运行;
允许在1.3倍额定电流下长期运行;
产品内部安装放电电阻,在断电后1分钟内可将端子上的电压降低至50V以下;
电容器内设过压隔离装置,一旦电容器出现故障,内部产生的过压力将使隔离装置动作,从而自动切断电源。
3.2串联电抗器产品特点
产品由优质矽钢片及高强度电磁线等精心加工而成,具有体积小、噪音低、损耗小、耐湿、阻燃等高性能;
附有一组常闭温控开关,串联于本回路的控制回路中,当电抗器超温时,断开回路,具有保护回路的过载功能;
电抗器芯柱部分紧固件采用无磁性材料,确保电抗器较高的品质因数和较小的温升,并具有较好的抗谐波及滤波效果。
4.电容电抗选取的注意事项
传统的无功补偿装置在存在谐波的情况下做无功补偿时,一定要用串联电抗器的补偿装置,使其在基波频率下做无功补偿,在谐波频率下表现电感性,避免发生谐振,防止谐波放大。在元器件的选用上应该注意以下三个方面的内容:
(1)串联电抗器与电容器的谐振频率的选择
串联电抗器的选择主要考虑电抗器和电容器回路的谐振频率必须低于谐波负荷所产生的最低阶次的谐波频率,此外,还应考虑串联回路对谐波电流的分流。例如,选择电抗率为4.5%或5.0%的电抗器以防止五次谐波放大时,其引入电容器的谐波电流大于五次谐波电流总量的一半:同理,选择电抗率为12%的电抗器以防止三次谐波放大时,其引入电容器的谐波电流大于三次谐波电流总量的一半。考虑到电抗器和电容器的制造偏差,即元件损坏导致容抗变化后,串联电抗百分率也会随之变化的可能性,谐振频率与系统可能存在的谐波之间要留有一定的裕量。所以,系统存在的最低阶次的谐波为5次(200Hz)时,建议串联电抗率为7%的电抗器(谐振频率为189Hz);系统存在的最低阶次的谐波为3次(150Hz)时,则电抗器的感抗可设计为XL=14%Xc(谐振点为133.6Hz)。
(2)电容器额定电压选择
因为并联电容器需要长期、全额在电网中工作,而电容器故障的一个主要原因是由于过电压引起电容器材料绝缘水平的降低,最后导致绝缘击穿而使电容器受损,所以一定要重视电容器额定电压的选取。回路中电容器的额定电压的选取由下列因素决定:
(a)供电网的电压水平Vs;
(b)串联电抗器带来的压升。由电工学原理可知,当电容器与电抗器组成串联回路再接入电网时,电容器两端的电压会高于电网电压,其升高幅度由串联电抗器的电抗率(P)决定:Uc=U/(1-P);
(c)背景谐波电压带来的压升。当电容器在含有谐波的环境下工作时,谐波电压将叠加到电容器的基波电压上,使电容器的实际电压升高。谐波电压至少应考虑V0=0.5%Vs,V5=5%Vs,V7=5%Vs(低压)。
5.选型案例
某公司的无功补偿设备为400kvar,谐波背景为5次以上谐波,容量按照分补40%,共补60%来分配,那么,无功补偿元件选择如图所示,确定步骤如下:
第一步,由于谐波背景为5次以上,所以电抗率选择为7%;
第二步,总容量为400kvar,分补容量为160kvar,共补容量为240kvar;
第三步,分补电容为ANBSMJ-0.25-13.34*3,共4路;共补电容为ANBSMJ-0.45-40-3,共6路;
第四步,根据电抗率,选择分补电抗器为ANCKDG-0.25-0.93-7,共12个,共补电抗器为ANCKSG-0.45-2.8-7,共6个;
第五步,选择适当的投切元器件与控制器。会在续篇中描述。
6.结束语
综上所述,电网无功补偿是一项建设性的技术措施,对电网安全、优质、经济运行有重要作用。电网和负载的特点选择合理的补偿方式是有效补偿的关键。针对目前电网谐波污染严重的现状,在做无功补偿时一定要选择合适的装置,避免谐振和谐波放大的现象,保证电容电抗的寿命和无功补偿装置的补偿效果,为客户创造价值。
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