深入探讨电容补偿柜主要元件配置选型和应用
网络整理 2020-10-14
在本文介绍电容补偿柜原理、作用,深入探讨电容补偿柜主要元件配置选型和应用,对提高大家使用维护电容补偿柜技能大有帮助。

我们经常在配电房里可以看到低压电容柜或者补偿柜或者高压电容器,相信朋友们都不陌生。电容柜装在高压柜侧的,叫做高压集中补偿;装在低压侧的,叫做低压就地补偿,基本以低压就地补偿的为多数。
那电容补偿柜有什么作用呢?电容补偿柜原理又是什么呢?请接着看下去。

1、从电容柜的模拟图说起

低压电容柜模拟图
低压电容柜模拟图


上面是一张普通的低压电容柜模拟图。从图中我们可以看到低压电容柜是并联在低压母线上的。
低压电容柜柜型为GGD;低压电容柜的内部元器件有熔断器式刀开关、电流互感器、断路器、交流接触器、热继电器、补偿电容、低压避雷器等,电容补偿柜面板配置三相电流表、电压表、电压转换开关、(如果控制器有功率因素显示,可不另配功率因数表;反之,需要配置功率因素表)。高压电容器也差不多,不过内部元器件全部换成相应高压等级的了,整体看上去比低压电容柜要大许多。
低压无功功率自动补偿控制器
现在很多电容柜内部是没有热继电器的,在热继电器的地方取而代之的是一个小型电抗器,起抑制线路电流突变和谐波的作用,从而保护末端的补偿电容。


2、电容补偿柜主要元件选型和配置
以下内容侧重介绍电容补偿柜柜内元件,对补偿柜面板上元件的配置不做介绍。
①主开关选择
在大量工程实践中总结了这个经验:电容补偿柜主开关应采用带保护功能的熔断器式刀开关,对保证系统安全性很有帮助。选择熔断器式刀开关时应注意:电容器投切时电流很大,熔断器必须躲过电容器的启动电流。

②电容器选择

◆在车间母线段根据负荷状况采用120kvar或160kvar的电容补偿柜来就地补偿,低压配电室采用250kvar或300kvar的电容补偿柜集中补偿,这样不仅能满足补偿要求,而且节能、故障时容易找到电容器及其配套产品备件更换、可以使用标准的GGD柜体。
◆单台电容器不要选太大也不宜太小,根据负荷状况、安装位置、建议单台电容器容量应在16-30kvar之间。
◆电容器额定电压选择
如果使用单位没有使用高端电容器的投入预算,欲保证过压运行时电容器仍能长时间正常工作,建议在变压器低压侧电容器额定电压选择0.415kV,过压保护调至0.42kV,线路末端可适当采用0.4kV电容器,让电容器额定电压参数有较大余量,可有效降低电容器故障率。

③电容器切换接触器参数选择

电容补偿柜中的接触器出现触头粘结、线圈烧毁等现象,基本与接触器配置不合理和接触器实际参数指标低于说明书参数指标有关。所以建议配套接触必须提高一级选型。

④单台电容器配线选择

电容器工作环境温度可高达50℃,建议按照50℃选择更恰当!经计算、校正的常用规格BVR导线50℃的载流量见下表
BVR导线50℃的载流量
经过计算的常见补偿柜电容器导线选型标准(导线最小载流量按照GB50227-2017条款规定的1.5倍电容器额定电流计算,电容器以BZMJ型为例)见下表,此表可作为单位收电容补偿柜导线验收的参考标准

补偿柜电容器导线选型标准

⑤单台电容器保护电器选择

目前有成套厂家采用微型断路器替代熔断器作为电容器保护电器,根据大量现场反馈信息来看,使用结果不尽人意!建议:在低压室及车间线段电容器保护电器首选熔断器加热继电器的保护形式。

⑥补偿柜二次线路电压选择

建议补偿柜二次线路统一采用AC380V,不主张采用AC220V,这其中原因因文章篇幅所限不深入解读。

总之,为了检修维护便利,建议补偿柜形式不能太多,应集中采用120kvar、160kvar、250kvar、300kvar,单台电容器采用16kvar、20kvar、25kvar、30kvar,其额定电压、配套接触器、导线、保护电器可按照前面的要求选取。对于电容补偿柜柜型应采用GGD,功能必须齐全,有条件可采用无触点开关投切电容器的补偿柜。

3、什么是无功功率,为什么要无功补偿?
无功功率,就是只进行了电能形式的转换,而不是被消耗掉的功率。我们都知道,电气设备有阻性、容性、感性三种性质。阻性,很好理解,电阻形式的,电流通过阻性的元器件就是被消耗掉了的,例如电吹风机通过电阻丝把吹出来的空气加热,从而电能就转变成了热能。

容性和感性就不一样了。容性,比如电容器,只是将电能储存起来了,在需要的时候还是可以释放出来的;感性也是,比如电抗器,是将电能转换成了磁场保存起来了,也是可以释放出来的。所以,从某种意义上来说,它们是不做功的,所以称之为“无功功率”。

不过,无功功率并非无用功,它实际上是工业的基础。没有无功,只有阻性元器件产生的有功功率的话,根本无法建立起如今的工业繁荣。最常见的,电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。

所以,在正常情况下,用电设备不但要消耗有功功率,同时还需要从电源中取得无功功率。


如果用电设备没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。


如果用电设备没有足够的无功功率,向电网中索要无功功率,就会增加电网的损耗,加大线路的电压降,从而影响整个电网的正常运行。
所以,基本上配电房里都会有电容补偿柜,用作就地补偿;而且供电公司一般要求电容补偿的功率因素达到0.9以上。

当然,供电公司也不允许过多的无功输送到电网中,因为这样会导致线路的电压升高。所以,电容补偿柜一般都有个投切开关,投到“自动”档位,就可以根据实际情况投入所需要的电容数量了。

4、电容补偿多少合适?
以一台500kVA的变压器为例,一般来说,配电变压器的无功补偿容量约为变压器容量的20%-40%,一般设计人员以30%来估算,即选取150Kvar为最大补偿容量,也就是安装容量。下面就是针对一台500kVA的变压器的无功补偿方案:
无功补偿容量:150kvar 3×40kvar(20kvar 20kvar);1×30kvar(20kvar 10kvar)
智能电容器数量:3台SWL-8MZS/450-20.20;1台SWL-8MZS/450-20.10
如果有电动机、变频器等设备,无功补偿的算法与变压器的算法又有些不一样了。

也可以通过补偿前后的功率因素对比来计算所需的无功补偿容量,比如:

①某工厂的有功功率为600kW,无功功率为800kvar,视在功率就是1000kVA,相应的功率因素就是600/1000=0.6。
②查询无功补偿容量计算系数表,根据补偿前后找到相应的系数F。如补偿前为0.6,补偿后想达到0.95,可以查得系数F=1.005。
③再通过计算公式:有功功率*系数F,就等于所需要补偿的无功总量了。600×1.005=605kvar。
④根据实际情况,可以适当放大一些余量,以防后续增添设备后无功不足。

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