并聯電抗器和電容器選取注意事項

     并聯電容器的選取

     并聯電容器是無功功率補償裝置的主體, 其質量的好壞, 運行的可靠性, 將直接影響整套裝置的使用效果和壽命。要選擇一種優質的電容器應從以下幾個方面考慮：
     (1) 電容器額定電壓的確定
     由于并聯電容器需要長期、全額在電網中工作, 而電容器的實際工作電壓與其使用壽命又有直接的關系, 根據可靠性試驗理論可知:當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. 供電網的電壓水平;b. 諧波背景, 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, 會使電容器的實際工作電壓升高(Uc=U+SUi);c. 是否加裝串聯電抗器。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串聯電抗器。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, 電容器兩端的電壓將高于電網電壓, 其升高幅度由所串聯電抗器的電抗率(P)來決定:Uc=U/(1-P) 。
     綜合以上因素, 筆者認為在低壓0.4kV電網中(變壓器實際輸出電壓會高于0.4kV)設置的無功功率補償裝置中安裝的電容器, 在一般情況下應選擇額定電壓為0.45kV系列的產品, 而用于諧波抑制或濾波裝置中的電容器, 根據串聯電抗器的電抗率不同, 其額定電壓應選擇0.48kV或0.525kV系列的產品。
     (2) 電容器額定溫度等級的確定
     電容器工作時其周圍的溫度(略高于環境溫度), 對電容器使用壽命的影響是很大的, 因為, 根據絕緣材料的壽命理論:當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, 所以經常被忽視。
在電容器產品國家及行業標準中僅列出A、B、C、D四個溫度等級, 而實際應用中, 有許多場合(如箱變、高溫地區等)的環境溫度已高于D級(+55℃)。這就要求設計人員在選擇電容器時與相關制造廠進行溝通, 要求提供更高溫度等級的產品。
     (3) 電容器額定容量及內部連接方式及結構的確定
     當補償裝置的總容量及投切方式和組數確定后, 還需對單臺電容器的電容量、外形結構尺寸、安裝方式(垂直、水平)、以及內部連接形式(D、Y、Yn、Ⅲ)和填充料種類(干式、油漬式)等參數進行選擇。
     并聯電容器輸出的無功功率與其工作電壓的平方成正比, 當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c=(Uc/Un)2.Qn
     由于采用補償方式不同, 需要電容器內部連接的方式有所不同, 根據需要, 電容器內部可接成D、Y、Yn、Ⅲ等形式。而由于裝置安裝位置(如:在地下供、用電設施,易然、易爆環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。關于低壓電容器的選用,在國家相關行業規范中已有明確的規定:根據“民用建筑電氣設計規范”(JGJ/T16)的要求,設置在民用主體建筑中的低壓電容器應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。
     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中, 則是唯一選擇。圓柱形電容器因其具有諸多的優點, 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結構電容器組裝的補償柜,必將成為無功補償領域的主導產品。
     串聯電抗器的選取 

     隨著電網污染程度的加重，為保證補償裝置安全可靠的運行，需要加裝串聯電抗器以抑制或濾除諧波，同時也限制了電容器投切時產生的涌流。
     電抗器與電容器組成串聯回路后, 也需要長期承受不斷增加的負荷, 如果電抗器的質量不好, 就會在運行中過度發熱, 尤其是工作在諧波環境下的電抗器發熱將更加嚴重, 將可能導致發生火災事故。
     對于電抗器的質量對補償裝置安全運行的影響, 現在許多人的認識是不夠的, 尤其是在低壓電網系統中。另外, 由于電抗器的價格較高, 在選用時經常會選擇體積較小, 價格便宜的產品, 而往往不是最佳方案。從物理學角度來講, 要保證電抗器長期安全可靠地運行, 足夠的導線截面積和繞組的設計選取是基本的前提。
     電抗器的電抗率及電感值是要經過嚴格計算并經修正后確定的，不能隨意選取，否則不但達不到預期的效果，反而會帶來危害(可能產生諧振而引起諧波電流放大)。關于電抗器的電抗率的選取, 在相關的標準中都有相應的描述。通常情況下， 用于限制涌流的電抗器其電抗率在0.1%~1%之間選取;用于諧波抑制(失諧)回路的電抗器其電抗率在4.5%以上選取;用于諧波濾除(調諧)回路的電抗器其電抗率則需要根據所濾除諧波的次數, 通過計算得出。

     無功功率補償方案的確定

     根據供、用電系統的無功功率實際需求情況, 決定采取并聯電容器進行無功功率補償時, 要對所采用裝置的類型及配置方案進行策劃、設計、確認。在確定最終方案時需要考慮多方面的影響因素, 還要吸取現有各種裝置運行的經驗和教訓。
     因需要進行無功功率補償的位置不同, 要達到的預期目標有所區別, 而負載的性質以及供、用電質量也不一樣, 同時也要從經濟角度(投資成本)去考慮, 所以要從實際情況出發對各種方案進行綜合的評定, 從中選擇出合適的方案來。
     1、在有條件的情況下或必需時, 要對擬補償系統的電能質量進行測試, 分析和評估。這項工作需要專用的測試儀器并由專業技術人員來完成。這一點是非常重要的, 對于一個完整、有效的解決方案以及整套裝置的設計和制作可以說是不可缺少的環節。而以前乃至現在大多數的補償裝置在設計制作之前都沒有認真進行此項工作, 或者說有不少的生產企業根本就沒有技術和能力進行此項工作, 在制作裝置之前僅憑以往的經驗或參考同行廠的樣機。這是目前在運行的大多數無功功率補償裝置補償效果不理想, 達不到設計的功能, 而且經常出現故障, 不能正常工作(有些已棄之不用), 乃至發生火災事故的主要原因之一。另外, 在裝置設計時, 所選元器件的質量以及各種元器件之間參數的匹配是否合理或組裝工藝等也是很重要的原因。
     2、補償裝置是否需要配置諧波治理功能(抑制或吸收)
    隨著各種新型電子設備/裝置(主要是非線性負載)的安裝使用, 在大量消耗無功功率的同時還會產生大量的諧波, 對公用電網造成了很大的“污染”。由于諧波的產生和存在, 已對電網的安全運行及用電設備的安全帶來很大的危害, 而由于諧波原因造成的電力事故和經濟損失也是有目共睹的。“諧波”－這一電網的公害, 現已引起相關部門越來越多的關注。
     (1) 根據GB/T14549-1993《電能質量公用電網諧波》的要求, 必須對各種非線性負載注入電網的諧波電壓和諧波電流加以限制。當負載產生諧波或供電系統中存在諧波且超標時, 則需要設置濾波無功補償裝置。反之, 則不需要。
     (2) 在有些場合, 雖然諧波未超過標準的規定, 但已影響到系統的正常工作時, 也需要設置濾波無功補償裝置。
     (3) 在一些特殊場合, 例如:醫院、賓館、智能小區、民航、軍事、科研、精密測量、礦山、碼頭、冶金等, 都應該設置濾波無功補償裝置, 甚至需要配置專用的濾波裝置。
     (4) 在同一供電系統(同一變壓器)中, 當非線性負載(整流/變頻、中/高頻等設備, 一般情況下是諧波源)容量占總容量的10%以上時, 就應該配置濾波無功補償裝置。
     筆者認為:隨著科學技術的不斷發展, 我國工業化程度的逐步提高, 傳統的無功功率補償裝置(這種方案純由并聯電容器組構成), 在越來越多的場合將不能正常的使用, 將逐步被具有濾波功能的補償裝置以及不斷出現的新型裝置所取代。

                                                                        公司技術部