低壓無功補償裝置的工程計算和選擇

王家生, 王根東

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

低壓無功補償裝置的工程計算和選擇

王家生, 王根東

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

結合某商業(yè)綜合體項目的工程實例,針對未接入電抗器、接入7%電抗器、接入13%電抗器三種典型工況,對低壓無功補償裝置選擇中電容器的額定電壓、補償容量和保護熔斷器的額定電流進行了分析和計算,以期為類似工程提供參考。

低壓電容器; 額定電壓; 補償容量; 保護熔斷器的額定電流

0 引 言

隨著民用建筑內非線性負荷的日益增加,如照明用的氣體放電燈、應急電源和不間斷電源等整流設備以及各類變頻電力設備(變頻泵和變頻風機等),通常會在變電所的無功集中補償裝置上串接相應電抗器以抑制合閘涌流,消除諧波對電網的影響。從實際效果來看,治理上述設備產生諧波的最佳方法是就地安裝諧波抑制裝置。

本文結合某商業(yè)綜合體的設計實例,對實際工程項目中低壓無功補償裝置計算進行了分析。

1 工程概況

某商業(yè)綜合體項目的其中一座變電所,內置兩臺1 600 kVA干式變壓器。本文以其中一臺變壓器的低壓電容補償裝置為例進行計算,其中補償前功率因數為0.79,要求補償后低壓側功率因數達到0.92,以保證高壓側功率因數不低于0.9,低壓側母線標稱電壓UN為0.4 kV。

2 電容器額定電壓的選擇

GB 50053—2013《20 kV及以下變電所設計規(guī)范》第5.1.2條規(guī)定:電容器的額定電壓應按電容器接入電網處的運行電壓計算,電容器應能承受1.1倍長期工頻過電壓。故未接入電抗器時,電容器的額定電壓UC為

UC=1.1UN=1.1×0.4=0.44 kV

取440V。

在實際使用中,為了限制涌流,通常會接入0.1%～1%的電抗器。參照上面的計算,可得UC-1%=0.444 kV,即可選擇額定電壓為450 V的電容器。

為了抑制變頻器等設備產生的5、7次及以上諧波的影響,通常選擇電抗率P為7%的電抗器,此時電容器的額定電壓UC-7%應為

UC-7%=UC/(1-P)=0.44/(1-7%)=0.473 kV

取480V。

此時,電容器上的實際電壓為

UC-7%實=UN/(1-P)=0.43 kV

取430V。

為了抑制氣體放電燈、應急電源、不間斷電源等產生的3次及以上諧波的影響,通常選擇電抗率為13%的電抗器,此時電容器的額定電壓UC-13%應為

UC-13%=0.44/(1-13%)=0.506 kV

取525V。

此時,電容器上的實際電壓為

UC-13%實=0.4/(1-13%)=0.460 kV

取460V。

3 電容器補償容量的選擇

該臺變壓器有功功率Pjs=1 234.8 kW,無功功率Qjs=947.6 kvar,補償前功率因數為0.79,要求補償后低壓側功率因數達到0.92。根據文獻[4],此處αav按最不利條件取1,進行插值計算,可得qc=0.35,則有

QC=αavPjsqc=1 234.8×0.35=432.2 kvar

取450kvar。

電容器回路接入電抗器會造成電容器補償容量的變化,如選擇電抗率為7%的電抗器,此時所需的補償容量QC-7%應為

QC-7%=UC-7%(1-P)QC/UN=0.482×

(1-7%)×450/0.42=602.6 kvar

取630kvar。

同法,如選擇電抗率為13%的電抗器,則此時所需的補償容量QC-13%應為

QC-13%=UC-13%(1-P)QC/UN=0.5252×

(1-13%)×450/0.42=674.4 kvar

取690kvar。

由此可見,如選擇30kvar的電容器,則針對上述三種情況分別需要15、21、23組。

4 單臺電容器回路熔斷器的選擇

對于30 kvar電容器,當額定電壓為0.45 kV時(按接入1%電抗器考慮),額定電流為

30/(1.732×0.45)=38.5 A

實際流過電容器的電流為

IC實=IC×(UN/UC-1%)=

38.5×(0.4/0.45)=34.5 A

GB50227—2008《并聯電容器裝置設計規(guī)范》第5.4.2條規(guī)定:用于單臺電容器保護的外熔斷器的熔絲額定電流,應按電容器額定電流的1.37～1.50倍選擇。故應選擇1.5×38.5=57.8A,即63A的熔斷器保護。

同法可求,當30kvar電容器的額定電壓為0.48kV時,額定電流為

30/(1.732×0.48)=36.1 A

實際流過電容器的電流為

IC-7%實=IC-7%(UC-7%實/UC-7%)=

36.1×(0.43/0.48)=32.3 A

因此,可選擇63A的熔斷器保護。

當30kvar電容器的額定電壓為0.525kV時,額定電流為

30/(1.732×0.525)=33.0 A

實際流過電容器的電流為

IC-14%實=IC-14%×(UC-14%實/UC-14%)=

33.0×(0.46/0.525)=28.9 A

因此,可選擇50A或63A的熔斷器保護。

選擇電容器裝置總回路熔斷器的方法同上,不過額定電流系數應根據GB50053—2013第5.1.4條規(guī)定,選擇為1.35。

綜上所述,對于1 600kVA的變壓器,不同情況下的電容器選擇方案如表1所示。

表1 不同情況下的電容器選擇方案

5 結 語

低壓無功補償裝置中接入電抗器后,電容器的額定電壓和所需的補償容量都需要一定程度的增大。因此應根據項目實際情況,選擇合適的補償+濾波方案。

此外,除三相負荷平衡的項目外,電容器補償容量中還應考慮不小于總容量40%的單相分補,即總補償容量的60%采用三相共補,40%采用單相分補。單相電容器的選擇可參考本文中的相應公式選擇計算。

[1] GB 50053—2013 20 kV及以下變電所設計規(guī)范[S].[2] GB 50227—2008 并聯電容器裝置設計規(guī)范[S].

[3] 任元會.低壓配電并聯電容器補償回路所串電抗器的合理選擇[J].電氣工程應用,2011(2):9-12.[4] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].3版.北京:中國電力出版社,2005.

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《現代建筑電氣》編輯部

Engineering Calculation and Choice of Low Voltage Reative Power Compensation Equipment

WANG Jiasheng, WANG Gendong

(Tongji Architectural Design (Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China)

Combining the engineering example of a business complex,aiming at three kinds typical work conditions:no serial reactor,7% serial reactor,and 13% serial reactor,the rating voltage and compensation capacity of low voltage reative power compensation equipment as well as rating current of protective fuse were analyzed and calculated.It can provide

for similar projects.

low voltage capacitor; rating voltage; compensation capacity; rating current of protective fuse

王家生(1982—),男,工程師,從事民用建筑電氣設計。

TM 714.3

A

1674-8417(2015)03-0037-03

2015-01-04

王根東(1981—),男,工程師,從事民用建筑電氣設計。