電能質量治理之無功補償元件的選型與應用

隨著中國經濟的飛速發展，企業對供電的需求與電力設備的質量提出了更高的要求，電力系統運行的經濟性與電能質量、無功功率有著密不可分的關系。

引言：無功補償對電網的安全、優質、經濟運行具有重要作用。合理選擇無功補償方案和無功補償元器件意義重大。本文重點分析了常用無功補償元器件電容、電抗的特點，并結合電網的現狀就自愈式電容器和串聯電抗器的選擇方面提出了幾點注意事項。

1.簡介

1.1自愈式電容器簡介

自愈式電容器采用單層聚丙烯膜做為介質，表面蒸鍍了一層薄金屬作為導電電極。當施加過高的電壓時，聚丙烯膜電弱點被擊穿，擊穿點阻抗明顯降低，流過的電流密度急劇增大，使金屬化鍍層產生高熱，擊穿點周圍的金屬導體迅速蒸發逸散，形成金屬鍍層空白區，擊穿點自動恢復絕緣。所以，這種電容器也被稱作自愈式電容器。

1.2串聯電抗器簡介

串聯電抗器主要用于提高0.4kV電力系統的功率因數，有效抑制電網的高次諧波，減輕電容器由諧波引起的過載，防止諧波放大，對電容器的安全運行，改善網絡電壓波形，提高供電質量和電網安全經濟運行起良好作用，適用于3.、5、7、9次諧波負載的無功補償及濾波作用。

2.選型

2.1自愈式電容器選型

在進行自愈式電容器選型要進行以下幾步：

第一步，要確定電容器的額定電壓，這個會在本文的第4節重點說明；

第二步，要確定電容器的補償方式，單相、三相，單相用于無功補償中的分補，三相用于無功補償中的共補；

第三步，確定電容器的容量，如：共補有10kvar，15kvar，20kvar，25kvar，30kvar，35kvar，40kvar，45kvar，50kvar等，分補有3.34*3kvar，5*3kvar，6.67*3kvar，8.34*3kvar，10*3kvar等。

2.2串聯電抗器選型

在進行串聯電抗器選型要進行以下幾步：

第一步，要確定電容器的額定電壓，這個會在本文的第4節重點說明；

第二步，要確定電抗器的補償方式，單相、三相，單相用于無功補償中的分補，三相用于無功補償中的共補；

第三步，確定電抗器的容量，根據電網背景確定電抗器的電抗率，這個會在本文的第4節重點說明，再使用公式電抗率=XL/Xc，按照確定好的電容器容量計算出對應的電抗器的容量。

3.產品特點

3.1自愈式電容器產品特點

產品具有良好的自愈性能，即在電介質局部擊穿后，能自動地迅速恢復其絕緣性能。

電容器電容偏差值不超過額定值的0～10%；

在工頻額定電壓下，20℃時損耗角正切值不大于0.001；

允許在1.1倍額定電壓下長期運行；

允許在1.3倍額定電流下長期運行；

產品內部安裝放電電阻，在斷電后1分鐘內可將端子上的電壓降低至50V以下；

電容器內設過壓隔離裝置，一旦電容器出現故障，內部產生的過壓力將使隔離裝置動作，從而自動切斷電源。

3.2串聯電抗器產品特點

產品由優質矽鋼片及高強度電磁線等精心加工而成，具有體積小、噪音低、損耗小、耐濕、阻燃等高性能；

附有一組常閉溫控開關，串聯于本回路的控制回路中，當電抗器超溫時，斷開回路，具有保護回路的過載功能；

電抗器芯柱部分緊固件采用無磁性材料，確保電抗器較高的品質因數和較小的溫升，并具有較好的抗諧波及濾波效果。

4.電容電抗選取的注意事項

傳統的無功補償裝置在存在諧波的情況下做無功補償時，一定要用串聯電抗器的補償裝置，使其在基波頻率下做無功補償，在諧波頻率下表現電感性，避免發生諧振，防止諧波放大。在元器件的選用上應該注意以下三個方面的內容：

（1)串聯電抗器與電容器的諧振頻率的選擇

串聯電抗器的選擇主要考慮電抗器和電容器回路的諧振頻率必須低于諧波負荷所產生的最低階次的諧波頻率，此外，還應考慮串聯回路對諧波電流的分流。例如，選擇電抗率為4．5％或5.0％的電抗器以防止五次諧波放大時，其引入電容器的諧波電流大于五次諧波電流總量的一半：同理，選擇電抗率為12％的電抗器以防止三次諧波放大時，其引入電容器的諧波電流大于三次諧波電流總量的一半。考慮到電抗器和電容器的制造偏差，即元件損壞導致容抗變化后，串聯電抗百分率也會隨之變化的可能性，諧振頻率與系統可能存在的諧波之間要留有一定的裕量。所以，系統存在的最低階次的諧波為5次(200Hz)時，建議串聯電抗率為7％的電抗器(諧振頻率為189Hz)；系統存在的最低階次的諧波為3次(150Hz)時，則電抗器的感抗可設計為XL=14％Xc(諧振點為133.6Hz)。

（2)電容器額定電壓選擇

因為并聯電容器需要長期、全額在電網中工作，而電容器故障的一個主要原因是由于過電壓引起電容器材料絕緣水平的降低，最后導致絕緣擊穿而使電容器受損，所以一定要重視電容器額定電壓的選取。回路中電容器的額定電壓的選取由下列因素決定：

（a)供電網的電壓水平Vs；

（b)串聯電抗器帶來的壓升。由電工學原理可知，當電容器與電抗器組成串聯回路再接入電網時，電容器兩端的電壓會高于電網電壓，其升高幅度由串聯電抗器的電抗率(P)決定：Uc=U/(1-P)；

（c)背景諧波電壓帶來的壓升。當電容器在含有諧波的環境下工作時，諧波電壓將疊加到電容器的基波電壓上，使電容器的實際電壓升高。諧波電壓至少應考慮V0=0．5％Vs，V5=5％Vs，V7=5％Vs(低壓)。

5.選型案例

某公司的無功補償設備為400kvar，諧波背景為5次以上諧波，容量按照分補40%，共補60%來分配，那么，無功補償元件選擇如圖所示，確定步驟如下：

第一步，由于諧波背景為5次以上，所以電抗率選擇為7%；

第二步，總容量為400kvar，分補容量為160kvar，共補容量為240kvar；

第三步，分補電容為ANBSMJ-0.25-13.34*3，共4路；共補電容為ANBSMJ-0.45-40-3，共6路；

第四步，根據電抗率，選擇分補電抗器為ANCKDG-0.25-0.93-7，共12個，共補電抗器為ANCKSG-0.45-2.8-7，共6個；

第五步，選擇適當的投切元器件與控制器。會在續篇中描述。

6.結束語

綜上所述，電網無功補償是一項建設性的技術措施，對電網安全、優質、經濟運行有重要作用。電網和負載的特點選擇合理的補償方式是有效補償的關鍵。針對目前電網諧波污染嚴重的現狀，在做無功補償時一定要選擇合適的裝置，避免諧振和諧波放大的現象,保證電容電抗的壽命和無功補償裝置的補償效果，為客戶創造價值。