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產(chǎn)品知識

無功補償、諧波治理方案及元器件的選取(三)

一、摘   要
    本文對低壓配電網(wǎng)內(nèi)無功功率補償、諧波治理等技術(shù)的解決方案，以及成套裝置中所需元器件的選型進行了簡單的闡述。
二、機電一體化復(fù)合開關(guān)
　　此種產(chǎn)品是近年來發(fā)展起來的一種電容器投切器，有分體組合式和一體化兩種結(jié)構(gòu)形式，其投切原理是一樣的。該產(chǎn)品綜合了電容器專用接觸器和無觸點電子開關(guān)的優(yōu)點并克服了兩種產(chǎn)品的缺點。由于其獨特的性能，故發(fā)展很快。另外其產(chǎn)品系列逐步增加，質(zhì)量水平大幅提高，制作成本也在下降，大有取代電容器專用接觸器和無觸點電子開關(guān)的趨勢。
三、并聯(lián)電容器的選取
　　并聯(lián)電容器是無功功率補償裝置的主體，其質(zhì)量的好壞，運行的可靠性，將直接影響整套裝置的使用效果和壽命。要選擇一種優(yōu)質(zhì)的電容器應(yīng)從以下幾個方面考慮：
1.電容器額定電壓的確定
(1)由于并聯(lián)電容器需要長期、全額在電網(wǎng)中工作，而電容器的實際工作電壓與其使用壽命又有直接的關(guān)系，根據(jù)可靠性試驗理論可知：當(dāng)電容器的工作電壓每提高10%，其壽命將減少一半。所以，確定電容器的額定電壓是非常重要的。電容器額定電壓的選取由下列因素決定：a.供電網(wǎng)的電壓水平；b.諧波背景，當(dāng)電容器在含有諧波的環(huán)境下工作時，諧波電壓將疊加到電容器的基波電壓上，會使電容器的實際工作電壓升高(Uc=U+SUi)；c.是否加裝低壓串聯(lián)電抗器。為限制投切電容器時的合閘涌流，為抑制諧波避免諧振或為消除(吸收)諧波，都需要在電容器支路中低壓串聯(lián)電抗器。由電工學(xué)原理可知，當(dāng)電容器與電抗器組成串聯(lián)回路再接入電網(wǎng)時，電容器兩端的電壓將高于電網(wǎng)電壓，其升高幅度由所低壓串聯(lián)電抗器的電抗率(P)來決定：Uc=U/(1-P)。
(2)綜合以上因素，筆者認為在低壓0.4kV電網(wǎng)中(變壓器實際輸出電壓會高于0.4kV)設(shè)置的無功功率補償裝置中安裝的電容器，在一般情況下應(yīng)選擇額定電壓為0.45kV系列的產(chǎn)品，而用于諧波抑制或濾波裝置中的電容器，根據(jù)低壓串聯(lián)電抗器的電抗率不同，其額定電壓應(yīng)選擇0.48kV或0.525kV系列的產(chǎn)品。
2.電容器額定溫度等級的確定
(1)電容器工作時其周圍的溫度(略高于環(huán)境溫度)，對電容器使用壽命的影響是很大的，因為，根據(jù)絕緣材料的壽命理論：當(dāng)電容器的工作溫度每升高7～10(℃)時，其壽命將縮短一半。但由于溫度對電容器壽命的影響是緩慢的，所以經(jīng)常被忽視。
(2)在電容器產(chǎn)品國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中僅列出A、B、C、D四個溫度等級，而實際應(yīng)用中，有許多場合(如箱變、高溫地區(qū)等)的環(huán)境溫度已高于D級(+55℃)。這就要求設(shè)計人員在選擇電容器時與相關(guān)制造廠進行溝通，要求提供更高溫度等級的產(chǎn)品。
3.電容器額定容量及內(nèi)部連接方式及結(jié)構(gòu)的確定
(1)當(dāng)補償裝置的總?cè)萘考巴肚蟹绞胶徒M數(shù)確定后，還需對單臺電容器的電容量、外形結(jié)構(gòu)尺寸、安裝方式(垂直、水平)、以及內(nèi)部連接形式(D、Y、Yn、Ⅲ)和填充料種類(干式、油漬式)等參數(shù)進行選擇。
(2)并聯(lián)電容器輸出的無功功率與其工作電壓的平方成正比，當(dāng)實際工作電壓與額定電壓不一致時，其實際輸出的無功功率與其額定值是不相等的，實際輸出無功功率可用下式表述：Qc=(Uc/Un)2.Qn。
(3)由于采用補償方式不同，需要電容器內(nèi)部連接的方式有所不同，根據(jù)需要，電容器內(nèi)部可接成D、Y、Yn、Ⅲ等形式。而由于裝置安裝位置(如:在地下供、用電設(shè)施，易然、易爆環(huán)境中安裝使用的電容器)安全等級的要求，有時需要干式、無油化的電容器。關(guān)于低壓電容器的選用，在國家相關(guān)行業(yè)規(guī)范中已有明確的規(guī)定：根據(jù)“民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范”(JGJ/T16)的要求，設(shè)置在民用主體建筑中的低壓電容器應(yīng)采用非可燃性油浸式或干式電容器。在特殊情況下還會因為柜體尺寸的限制，電容器體積需要小型化，且能夠進行水平方向安裝。
(4)圓柱形金屬(鋁)外殼電容器能夠極大限度地滿足以上要求，已經(jīng)越來越多地被多種成套裝置所選用， 尤其是在大容量(比如補償容量大于300kvar)的補償柜中及小體積就地補償柜，則是較好的選擇。圓柱形電容器因其具有諸多的優(yōu)點，而被越來越多的人們所認識和接受，而用圓柱形電容器組裝制作的補償柜，不久將會逐步取代采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電容器組裝的補償柜，必將成為無功補償領(lǐng)域的主導(dǎo)產(chǎn)品。
(5)另外，由北京江海勝業(yè)電力科技有限公司采用圓柱形電容器研發(fā)的一種模塊化低壓電容器補償、濾波組件(詳見專題介紹)，已于近期投放市場。該模塊的推廣應(yīng)用，將為成套補償裝置(柜)的制作方式(組裝工藝)帶來巨大的變化。
四、低壓串聯(lián)電抗器的選取
1.隨著電網(wǎng)污染程度的加重，為保證補償裝置安全可靠的運行，需要加裝低壓串聯(lián)電抗器以抑制或濾除諧波，同時也限制了電容器投切時產(chǎn)生的涌流。
2.電抗器與電容器組成串聯(lián)回路后，也需要長期承受不斷增加的負荷，如果電抗器的質(zhì)量不好，就會在運行中過度發(fā)熱，尤其是工作在諧波環(huán)境下的電抗器發(fā)熱將更加嚴(yán)重，將可能導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)事故。
3.對于電抗器的質(zhì)量對補償裝置安全運行的影響，現(xiàn)在許多人的認識是不夠的，尤其是在低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中。另外，由于電抗器的價格較高，在選用時經(jīng)常會選擇體積較小，價格便宜的產(chǎn)品，而往往不是較好方案。從物理學(xué)角度來講，要保證電抗器長期安全可靠地運行，足夠的導(dǎo)線截面積和繞組的設(shè)計選取是基本的前提。
4.電抗器的電抗率及電感值是要經(jīng)過嚴(yán)格計算并經(jīng)修正后確定的，不能隨意選取，否則不但達不到預(yù)期的效果，反而會帶來危害(可能產(chǎn)生諧振而引起諧波電流放大)。關(guān)于電抗器的電抗率的選取，在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中都有相應(yīng)的描述。通常情況下，用于限制涌流的電抗器其電抗率在0.1～1(%)之間選??；用于諧波抑制(失諧)回路的電抗器其電抗率在4.5%以上選??；用于諧波濾除(調(diào)諧)回路的電抗器其電抗率則需要根據(jù)所濾除諧波的次數(shù)，通過計算得出。
五、保護元件的選取
1.對于一套優(yōu)質(zhì)的補償裝置，除需在額定的工作條件下安全運行外，還要保證在外部系統(tǒng)異?；蚬收蠒r，能夠自行保護，這就要求裝置具有良好的保護系統(tǒng)。這一點，在實際應(yīng)用中是非常重要的，一定要引起足夠的重視。

2.在裝置中起保護作用的元件主要有：控制器內(nèi)部的各種保護功能(過壓、欠壓、缺相、小電流、諧波越限等)，熔斷器，熱繼電器，斷路器，溫控開關(guān)，排風(fēng)扇，放電電阻(線圈)，RC吸收組件，散熱器等。各種保護元件規(guī)格的選用，要經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計、計

算，慎重選取，過大、過小都是不合理的。若選取不當(dāng)，不但起不到保護作用，反會帶來危害。

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