在工業建築供配電設計中,大量的感性負荷使得功率因數偏低。需要進行無功補償以提高供電系統及負荷的功率因數。降低配電線路無功電流,提高用電設備的效率;穩定用電端及電網的電壓,提高供電質量,增加輸電系統的穩定性,提高輸電能力;減少無功功率對電網的衝擊。
在低壓配電系統中,無功補償的補償位置、補償方式、補償容量、控制器的選擇、串聯電抗器的選擇等,都需要針對不同的項目進行優化設計。目前工程實際存在的無功補償方式按補償位置分類有集中補償、就地補償和分組補償。其中在變電站集中補償的方式最為廣泛,如圖1所示。
為了抑制電容器迴路合閘湧流和諧波電流, 通常在電容器迴路中串接電抗器。 串入的電抗器自身的感抗會抵消電容器的部分容抗。反向壓降會抬高電容器的端電壓,即對電容器的有效補償量產生影響。
因而,在進行無功補償容量的計算時,要根據系統運行電壓、電抗率的選擇以及電容器額定電壓進行修正計算,算出實際需要的無功補償容量,下面對低壓配電系統集中補償的無功容量的選擇進行簡單分析。
補償電容器容量計算如圖2所示,要使功率因數由COS0 提高到COS0 ,.電容器的實際補償容量Q (單位:kvar)可根據工程項目所需的實際補償容量來確定:
×(tan 01一式中:Pj -- 計算有功功率;-- 補償前計算負荷功率因數角的正切值:
-- 補償後功率因數角的正切值。
交流電容器的額定容量為:
式中:Q-- 電容器容量,kvar;- - 電容器端電壓,kV;- - 角頻率,rad/s:
- - 電容器的電容值。F.
由上述交流電容器的額定容量計算公式可以知道,電容器的補償容量與電壓的平方成正比。
串聯電抗器的選擇
電抗率的選擇原則補償電容器迴路中串聯電抗器的主要作用是抑制諧波電流、消除諧振和限制湧流,電抗率是串聯電抗器的重要參數,根據規範GB 50227-2008《並聯電容器裝置設計規範》, 串聯電抗器電抗率的選擇,應根據電網條件與電容器參數經相關計算分析確定,電抗率取值範圍應符合下列規定:① 僅用於限制湧流時,電抗率宜取0.1% 1.0%.② 用於抑制諧波時,電抗率應根據並聯電容器裝置接入電網處的背景諧波含量的測量值選擇。當諧波為5次及以上時,電抗率宜取4.5% 一5.0%:當諧波為3次及以上時,電抗率宜取12.0%.亦可採用4.5% ~5.0% 與.0% 兩種電抗率混裝方式。
電抗器額定電壓及容量的選擇串聯電抗器額定電壓及額定容量:
×.=QcN×式中: - - 串聯電抗器額定電壓,kV;- - 並聯電容器額定電壓,kV;-- 串聯電抗器額定容量,kvar;-- 並聯電容器額定容量,kvar;-- 串聯電抗器電抗率,%.
由此可見, 串聯電抗器的額定電壓、額定容量與並聯電容器的額定電壓、額定容量及電抗率有關。
電容器額定電壓 N的選擇為達到經濟和安全運行的目的。合理選擇電容器的額定電壓,在分析電容器端子上的預期電壓時,應考慮以下因素:
① 並聯電容器裝置接入電網後會引起電網電壓升高;
② 諧波引起電網電壓升高;
③裝設串聯電抗器引起的電容器端電壓升高;
④ 相間和串聯段問的容差將形成電壓分佈不均,使部分電容器電壓升高;
⑤ 輕負荷運行引起電網電壓升高。
首先根據電抗率的選擇,求出電容器端電壓的計算值。根據圖1等效電路推導出以下公式:
一K = 1.
㈣式中: - - 單臺電容器運行電壓,V;- - 電容器接人點電網標稱電壓,V.
根據國家標準GB/T 12325-2008 《電能質量供電電壓偏差》4.2條: "20 kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7% ."220/380 V供電電壓的允許偏差為±26.6 V.
根據國家標準GB/T 14549-1993 《電能質量公用電網諧波》表1,公用電網諧波電壓(相電壓限值,電網標稱電壓為0.38 kV的電壓總諧波畸變率為5%.在沒有實際測量諧波電壓的前提下,諧波對供電電壓的影響粗略考慮為20V。
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