低压无功补偿电容柜设计讨论

design of substation and distribution engineering. The relevant contents of the existing national standards were introduced, and the configuration of reactive compensation was analyzed. On this

basis , the low voltage reactive compensation capacitor cabinet was designed, and the parameters of the major components under the rated operating state were selected.Key Words： Reactive Compensation: Capacity Cabinet; Design1讨论背景2现有国标规定低压无功补偿电容柜是变配电工程设计中必不 由于供电系统中通常会含有一定量的高次谐

可少的一部分。随着现代工业的快速发展，低压无

波，因此在选择无功补偿方案时，首先要考虑如何防 功补偿电容柜的设计也在不断改进和更新。针对三

止高次谐波给系统安全运行带来的侵害。从以往实

相负载出现不平衡的情况•补偿方式由原先的单相 践中可知.3次、5次、7次低谐波往往在谐波中占据

取样、三相共补•发展为三相取样后将三相共补与单 主要地位。对于不同频率的谐波.配置的电抗率也

相分补相结合。补偿回路中串联的电抗器由原来的

不相同。电容量的设置可按两步进行。初步设计 单一抗涌流电抗器.发展为较普遍的抗谐波电抗器。

时.可先将供电变压器容量的1/4〜1/3作为无功补

同时，对应不同的谐波频率，要求配置相适应的电 偿装置的初设装置容量.控制器输入电流采取三相

抗率。取样，并将固定补偿和自动投切两种方法相结合。

目前.在无功补偿设计中.除系统中谐波十分严 待设备投入运行后，需多次对系统进行不同负载率 重.需采用有源滤波方案外•多数仍采用投资费用较 情况下的无功实际需求量•以及系统中谐波的频率 节省的无源滤波补偿方案。和含量进行测试•以此分析判别初步设计中的缺失 笔者根据近年来工作中的实践体会，谈谈对以 部分和需要改进的技术细节。上问题的思考。对于不同频率的谐波.相应的电抗率也不相同。

收稿期：2019年9月第一作者简介：顾建华(1935-

),».中专，工程师.主要从事变薛电设计工作，E-mail： gujing99@126.com56上海电气技术2020,13(1)当系统中有两种及以上电抗率的电容器投入运行 时，要使高电抗率的电容器先投入•再投入较低电抗 率的电容器，切除时则按相反规律进行。如违反这

一规律.必将造成谐波不仅不能抑制•而且还会放大 的严重后果！对于不同谐波频率下设置的电抗器• 其电抗率的选择是否合适，是能否有效抑制谐波的 关键。在国家标准GB 50227-2017«并联电容器装

置设计规范》中明确，当谐波为5次以上时.电抗率 宜取4. 5%〜5.0%；当谐波为3次以上时，电抗率 宜取12%。然而，在实际应用时，由于以下两点原

因，实际电抗率的选择比国标的规定值稍作放大。 第一，目前低压无功补偿工程中的电抗器•大多选择 铁心电抗器，在投入运行时•由于涌流的存在•使铁

心产生饱和作用，因此投入运行时，实际电抗值要比

额定值小一些。第二，由于电容器产品质量和寿命

的影响，经长时间投运和外加过电压激励，会造成电 容器容量减小，容抗值增大。上述两点原因造成实

际运行时电抗率通常要略小于计算值•为此电抗率 选择可比国标规定值稍作放大。3无功补偿配置分析3. 1 设计步骤根据有关资料.配电变压器空载励磁电流中含 有相当比例的3次谐波电流.尤其是冷轧硅钢片，3

次谐波电流含量占空载励磁电流的40%〜50%；荧 光灯中脉冲式电子镇流器，3次谐波电流占总负载

电流的88%。在初步设计阶段，可试投入少量12%

电抗率对应的电抗器，用以抑制3次谐波。在变压

器投入运行后.可手动或自动优先投入固定运行，不

参与控制器控制投切。其它电容器串联的电抗器. 对应电抗率初步考虑全部选择为6%,基于二次控 制闭锁电路.保证只有当12%电抗率的电容器投入 运行后，才使控制器参与投入运行，使6%电抗率的

所有电容器全部参与自动循环投切运行。3.2设计实例变压器投入运行后，对于三相负载不平衡且功 率因数差别较大的情况•若无功补偿单纯采用三相

共补，则会造成不合理的补偿后果。对此考虑设置

三相共补与单相分补相结合的方案，在电源进线侧 设置供三相取样的电流互感器•取样后经控制器判

别。若三相负载均为低功率因数，则可发岀三相共 补指令.投入三相电容器•反之输出共同切除指令。

系统运行时，当负载中单独一相功率因数有变化时，

由控制器对该相输岀单相投切指令.投入或切除单 相电容器。对于柜架的设置.可结合工程量的大小 适当放宽。最后.根据负载的实际测试情况.形成更 为合理的补偿容量和相应的电抗率。以2 000 kVA容量、10 kV/0. 4 kV配电变压

器为例.其无功补偿一次电路及主要元器件参数如 图1所示。3.3参数选择对于1号电容柜.配置三台三相电容器.参数为

20 kvar、480 V.电抗率选取12%,固定投入运行；配

置六台单相电容器.参数为20 kvar、25O V,电抗率 选取6%,由控制器参与自动调节运行。对于2号电容柜.配置八台三相电容器.参数为

40 kvar、450 V.电抗率选取6%.由控制器参与自动 调节运行。系统中.主要补偿由八台40 kvar三相电容器 和六台20 kvar单相电容器完成.用作系统中负载

的三相共补和单相分补.并由控制器根据系统的实 际需要，分别发出共补或分补指令。在额定工作状态下，对主要元件的参数进行选

择。对于熔断器，按照国家标准GB 50227—2017, 用于单台电容器保护的外熔断器•其熔体额定电流 可按电容器额定电流的1.37〜1.50倍选择。对于

电容器.在电容器串联电抗器后.电容器实际工作电

压提高。图1中电容器的额定工作电压与回路中电 抗率的大小有关•由图2相量关系可以看出，电抗器

端电压3.与电源电压U相位差180°,因此造成电 容器实际承受电压U「为两者相量之差•即：Uc =17-17,. = U + (-l/L)

(1)为此.电容器的额定工作电压可按式(2)进行

选择：Un > Umax x

(2)式中：Un为电容器额定工作电压；U\"”为运行时最

高工作电压；K为电抗率。对于接触器，其额定工作电流按电容器额定工 作电流的1.5倍进行选择。串联电抗器所消耗的感性无功功率.会抵消部 分电容器输出的容性无功功率。同时’电容器受电 抗器的影响.输出功率会有所提高。因此，每组电容器实际输出的无功功率可按式

(3)计算：2020.13(1)上海电气技术57进线柜 1号电容柜 2号电容柜I []&

43x20 kvar/3-480 V

电抗率12%6x20 kvar/1-250 V

电抗率6%8x40 kvar/3-450 V

电抗率6%图1配电变压器无功补偿一次电路-1/l4结束语笔者所介绍的低压无功补偿电容柜设计为根据

配电变压器容量进行的初步设计.待设备正常投入 运行后，要实测回路中的谐波含量.确认补偿电容量 是否合适.再进行适当调整。参考文献[1 ]顾建华.无功补偿电容柜电抗器单一采用7%电抗率

的分析[J].电世界.2016(5):38 - 39.[2] 吴国英.低压无功电容补偿柜的日常维护与管理[J].

图2电压相量关系机电信息.2012(12)=86 -87.式中：Qr为串联电抗器后电容器实际输出无功功

[3] 陶波.诺企电容的谐波治理与无功补偿柜应用分析[J].电动技术.2015(11):4-5,10.(编辑：尔东)率；Q、为电容器铭牌额定功率；为电源最高工 作电压。