低壓無功補償容量的準確計算

黃春枝， 馮星明

(中南建筑設(shè)計院股份有限公司，武漢 430071)

1 低壓電容電抗器組的無功補償方式

民用建筑電氣系統(tǒng)通常為感性負載，采用低壓并聯(lián)電容器的方式可以提高功率因數(shù)，降低無功功率損耗，但基于以下兩個原因，現(xiàn)代無功功率補償通常采用電容電抗器組的方式:(1)當并聯(lián)電容器組進行投切時會產(chǎn)生很大的關(guān)合涌流，需要串聯(lián)電抗器進行抑制;(2)由于非線性負載的大量采用，電網(wǎng)中存在不少諧波分量，通過電容電抗器組的諧振電路可以抑制電網(wǎng)的諧波分量。

采用電容電抗器組時，發(fā)生諧振的電容器容量滿足公式(1)。

(1)

式中，Qc為發(fā)生n次諧波諧振的電容器容量，MVar；Sd為并聯(lián)電容器裝置安裝處的母線短路容量，MV·A；n為諧波次數(shù)，即諧波頻率與電網(wǎng)基波頻率之比；k為電抗率。

理想狀態(tài)下，諧波電流會全部流入電容電抗器組，即k=1/n2；對于3次諧波，k=11%；對于5次諧波，k=4%；對于7次諧波，k=2%。但如果采用這種方式，電容器組將承受大量的諧波電流，會超過電容器的過流承受能力，造成電容器的損壞，因此，k應(yīng)靠近但不能等于11%、4%、2%。

GB 50227-2017《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》5.5.2條規(guī)定，當諧波為5次及以上時，電抗率宜取4.5%～5.0%；當諧波為3次及以上時，電抗率宜取12.0%。

這樣，電容電抗器組就能吸收系統(tǒng)內(nèi)的部分諧波電流，又不致引起電容器的過熱和損壞。

根據(jù)國內(nèi)大部分無功補償產(chǎn)品的樣本，其電容電抗器組電抗率通常采用14%、7%、5.5%三種規(guī)格。本篇有關(guān)計算表格即以這三種規(guī)格進行計算。

2 電容電抗器組的無功補償容量計算

2.1 電容器的容量與端電壓的關(guān)系

(2)

式中，Qc為電容器容量，kVar；U為電容器的端電壓，kV。

2.2 電容器的實際容量與額定容量的關(guān)系

由公式(2)得出：

(3)

式中Qc為電容器實際容量，kVar；Qn為電容器額定容量，kVar；Uc為電容器實際端電壓，V；Un為電容器額定電壓，V，Un≥1.1Uc。

2.3 電容器的實際端電壓與電抗率的關(guān)系

(4)

2.4 電容器的實際容量與電抗率的關(guān)系

根據(jù)公式(3)和(4)，可得：

(5)

式中,Qc為電容器的實際容量，kVar；Qn為電容器的額定容量，kVar；Us為電容器的連接母線端電壓，V；Un為電容器額定電壓，V。

2.5 電容電抗器組的實際補償容量與額定容量及電抗率的關(guān)系

由于電抗器會抵消部分電容容量，故電容電抗器組的實際補償容量等效為：

(6)

式中，Qb為電容電抗器組的實際補償容量，kVar；Qn為電容器的額定容量，kVar；Us為電容電抗器組的連接母線端電壓，V；Un為電容器額定電壓，V。

2.6 電容電抗器組的額定容量與補償容量的關(guān)系

電容電抗器組的額定容量即為其電容器的額定容量，由公式(6)可得：

(7)

2.7 電容電抗器組的額定容量與補償容量的換算系數(shù)表

根據(jù)以上公式可知，電容電抗器組的實際補償容量與4個參數(shù)有關(guān)：低壓電網(wǎng)的母線電壓、電容器的額定電壓、電容器的額定容量及電抗率。根據(jù)國內(nèi)大部分無功補償產(chǎn)品的樣本，其電容電抗器組電抗率通常采用14%、7%、5.5%三種規(guī)格，而其配套電容器的額定電壓對應(yīng)為525V、480V、480V(按滿足Un≥1.1Uc選擇)。根據(jù)這些參數(shù)，由公式(7)得出電容電抗器組的額定電容容量與實際補償容量的換算系數(shù)如表1。

電容電抗器組的額定容量與補償容量的換算系數(shù)表 表1

3 低壓無功補償容量的計算

3.1 已知有功功率P、補償前及補償后功率因數(shù)為cosφ1及cosφ2

(8)

Qn=β·Qb

式中,P為系統(tǒng)有功功率，kW；β為電容電容器組補償容量的換算系數(shù)，見公式(7)；Qb為當采用純電容補償時所需的電容器補償容量，kVar；Qn為當采用電容電抗器組時所需的電容器額定容量，kVar。

首先根據(jù)功率因數(shù)的補償水平計算出所需并聯(lián)電容器的容量，再乘以換算系數(shù)得出電容電抗器組實際安裝電容器的額定容量，據(jù)此選擇產(chǎn)品。

3.2 已知視在功率S、補償前及補償后功率因數(shù)為cosφ1及cosφ2

(9)

Qn=β·Qb

式中,S為系統(tǒng)視在功率，kV·A；

其余同3.1。

3.3 基于電容電抗器組的低壓無功補償系數(shù)速查表

通常，低壓無功補償容量根據(jù)變壓器視在容量及功率因數(shù)進行選擇，令

Qn=Kb·S

Kb即為基于電容電抗器組的低壓無功補償系數(shù)，設(shè)電容電抗器組電抗率采用14%、7%、5.5%時，其配套電容器的額定電壓分別對應(yīng)為525V、480V、480V。根據(jù)Kb及變壓器視在容量S，即可計算出所需電容電抗器組的容量Qn。Kb的計算表格如表2及表3。

基于變壓器視在容量的低壓無功補償系數(shù)Kb速查表(一) 表2

基于變壓器視在容量的低壓無功補償系數(shù)Kb速查表(二) 表3

4 結(jié)束語