低压无功补偿容量的准确计算

2018-07-30黄春枝冯星明

智能建筑电气技术 2018年3期

黄春枝，冯星明

(中南建筑设计院股份有限公司，武汉 430071)

1 低压电容电抗器组的无功补偿方式

民用建筑电气系统通常为感性负载，采用低压并联电容器的方式可以提高功率因数，降低无功功率损耗，但基于以下两个原因，现代无功功率补偿通常采用电容电抗器组的方式:(1)当并联电容器组进行投切时会产生很大的关合涌流，需要串联电抗器进行抑制;(2)由于非线性负载的大量采用，电网中存在不少谐波分量，通过电容电抗器组的谐振电路可以抑制电网的谐波分量。

采用电容电抗器组时，发生谐振的电容器容量满足公式(1)。

(1)

式中，Qc为发生n次谐波谐振的电容器容量，MVar；Sd为并联电容器装置安装处的母线短路容量，MV·A；n为谐波次数，即谐波频率与电网基波频率之比；k为电抗率。

理想状态下，谐波电流会全部流入电容电抗器组，即k=1/n2；对于3次谐波，k=11%；对于5次谐波，k=4%；对于7次谐波，k=2%。但如果采用这种方式，电容器组将承受大量的谐波电流，会超过电容器的过流承受能力，造成电容器的损坏，因此，k应靠近但不能等于11%、4%、2%。

GB 50227-2017《并联电容器装置设计规范》5.5.2条规定，当谐波为5次及以上时，电抗率宜取4.5%～5.0%；当谐波为3次及以上时，电抗率宜取12.0%。

这样，电容电抗器组就能吸收系统内的部分谐波电流，又不致引起电容器的过热和损坏。

根据国内大部分无功补偿产品的样本，其电容电抗器组电抗率通常采用14%、7%、5.5%三种规格。本篇有关计算表格即以这三种规格进行计算。

2 电容电抗器组的无功补偿容量计算

2.1 电容器的容量与端电压的关系

(2)

式中，Qc为电容器容量，kVar；U为电容器的端电压，kV。

2.2 电容器的实际容量与额定容量的关系

由公式(2)得出：

(3)

式中Qc为电容器实际容量，kVar；Qn为电容器额定容量，kVar；Uc为电容器实际端电压，V；Un为电容器额定电压，V，Un≥1.1Uc。

2.3 电容器的实际端电压与电抗率的关系

(4)

2.4 电容器的实际容量与电抗率的关系

根据公式(3)和(4)，可得：

(5)

式中,Qc为电容器的实际容量，kVar；Qn为电容器的额定容量，kVar；Us为电容器的连接母线端电压，V；Un为电容器额定电压，V。

2.5 电容电抗器组的实际补偿容量与额定容量及电抗率的关系

由于电抗器会抵消部分电容容量，故电容电抗器组的实际补偿容量等效为：

(6)

式中，Qb为电容电抗器组的实际补偿容量，kVar；Qn为电容器的额定容量，kVar；Us为电容电抗器组的连接母线端电压，V；Un为电容器额定电压，V。

2.6 电容电抗器组的额定容量与补偿容量的关系

电容电抗器组的额定容量即为其电容器的额定容量，由公式(6)可得：

(7)

2.7 电容电抗器组的额定容量与补偿容量的换算系数表

根据以上公式可知，电容电抗器组的实际补偿容量与4个参数有关：低压电网的母线电压、电容器的额定电压、电容器的额定容量及电抗率。根据国内大部分无功补偿产品的样本，其电容电抗器组电抗率通常采用14%、7%、5.5%三种规格，而其配套电容器的额定电压对应为525V、480V、480V(按满足Un≥1.1Uc选择)。根据这些参数，由公式(7)得出电容电抗器组的额定电容容量与实际补偿容量的换算系数如表1。