一个无功方案的设计.doc

本次授课目的：1、 达到工程设计及技术支持人员会制作一个完善的无功补偿技术方案；2、 回答上次授课时大家提出的部分问题： 如何根据容量尽快计算出柜体尺寸、占地面积；熔断器的选择等； 电容器与电抗器的配合，电抗率的选择； 就一个具体的方案讲解无功补偿的基本配置，滤波的相关知识一个完善的无功补偿方案的制作一、补偿容量选择（1）按公司计算：Qc=P ）其中：Qc所需安装的并联电容器容量kvar； P最大负荷月的平均有功功率kW; cos1补偿前功率因数；cos2补偿前功率因数；解释：1、做固定补偿时计算可以按0.70.8P 2、自动补偿时要计算最小月，最大月的平均功率（2）在不具备计算条件时，电容器的安装容量按变压器容量的1030确定。（3）单台感应电动机的就地补偿：单台电动机装有就地补偿电容器时，如电动机突然与电源放电，电容器将对电动机放电产生自励磁现象。如果补偿电容器容量过大，可能因为电动机惯性转动而产生过电压，导致电动机烧毁。为防止此种情况出现，不使电容器容量过大。应进行以下校验： QC1=UnI0 Un-供电系统额定线电压I0-电动机额定空载电流I0=2In.m(1-cosn)或I0=In.m(sinn-cosn/2nT)In.m -电动机额定电流n-电动机未经补偿时的功率因数角nT -电动机最大转矩倍数，一般取1.82.2举例说明：根据目前某钢铁厂的情况一般在补偿前功率因数为COS10.75, 补偿后目标功率因数COS20.95;视在功率S6300KW有功功率PSCOS14725KWCOS10.75通过计算，补偿容量QC=P ( )6300KVA的变压器补偿容量为：3000kvar二、电容器自动分组的选择1、根据招标文件的要求，但要求选择最佳方案。例如：3000kvar分四组或是分三组的选择2、差容选择：600、900、15003、节省柜体的选择*回答关于柜体尺寸的问题1、电抗器与电容器放在一面柜内，尺寸2700*1600*1000一般容量为300、600、900kvar。（每面柜3只电容器）2、选100kavr200kvar电容器时可以放双层，柜体可以为2700（或2600）*1600*1000，每面柜体放12只电容。上面6只前后，上下2排。例如：对于以上3000kvar用户没有要求时，可以选择100kvar(30只)，200（15只），250（12只），334（9只）.选择的依据是电容器的放置、节省连接母排，导线等。（画图表示）一般电容器的安装要求：间距：100（一般在不能满足时，在考虑到爬电距离足够时，可以最小减少为30mm）排间距离：200据地面距离：200（户内）、300（户外）电容器框架顶部距屋顶：1000mm解释：1、排间距离。电容器在构架上作双排布置时，两排电容器之间也应留出一定距离，以利于通风散热、方便电容器的维护和更换。2、电容器底部距地面距离。为了通风冷却，安装时不能把电容器直接放在地面上。此外放在地面上也容易造成电容器底部锈蚀。为了防止积雪及下雨时泥水溅到电容器上，户外布置的电容器底部距地应比户内布置的高一些，这样做对防止爬行小动物爬上电容器也是有利的。3、装置顶部距屋顶净距。户内或半露天安装的电容器组，电容器对屋顶须保持一定距离，由于热空气是向上流动的，所以这个距离要取大一点，以利于空气的对流和散热,从而降低上层电容器的温升。 户外：成套设备的选择尺寸主要考虑空心电抗器的漏磁通问题。电抗器有三种安装方式：叠装、品装、一字平装（画图表示）每相电抗器之间的距离为1.7D，电抗器与其它不导电体的最小距离为1.1D.铁心电抗器与空心电抗器优点：体积小，便于安装缺点：线性度差，易饱和，饱和后电感值大大降低，噪音大空心电抗器：体积大，用于户外较多，线性度好，不宜饱和三、元件的设计选型1 电容器 单相电容器： BA（F）M11/2001WR 内置放电电阻 户外 单相 额定容量 额定电压苄基甲苯浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质并联集合式电容器： BAMH11/120013W三相集合式,采用内熔丝保护（BFM表示二芳基乙烷浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质）注意问题：电容器运行中可能承受的长期工频过电压，应不大于电容器额定电压的1.1倍。如果超过1.1倍的额定电压，将造成严重过负荷，引起电容器过热，长期会引起绝缘破坏，引起事故。电容器的稳态过电压为：装置的连续运行电压为1.05 UN，且能在下表规定的稳态过电压下运行相应的时间。工频过电压最大持续时间说明1.10Un长期指长期过电压的最高值应不越过1.10Un1.15Un每24h30min系统电压调整与波动1.20Un5min轻荷载时电压的升高1.30Un1min电容器的额定电压也不宜取过大的安全裕度，因为电容器的容量与运行电压的平方成正比：Q=CU2Q电容器的容量C电容的电容量、U分别为交流电的角频率和电容器的运行电压。虽然电容器的长期工作电压不能过高，但是若运行电压低于额定电压，根据以上公式得知，则电容器的出力也将大大降低。损耗正切角电容器有能量损耗，它的电流比电压超前的相位差不是900，而是比900略小一些，如图，所小的角度叫介质损耗角，介质损耗角的正切、即tg叫损耗因数。决定于绝缘介质的种类、电路的频率和电压。一般情况下很小，tg的范围是104101。电容承受的电流稳态过电流DL/T604-1996中4.6.6规定成套装置应能在均方根值不超过1.11.30IN、电容值偏差(正偏差10)及高次谐波综合作用的结果。国标GB50227-1995规定并联电容器装置的总回路和分组回路的电器和导体的稳态过电流，应为电容器组额定电流的1.35倍。如并联电容器装置装设串联电抗器，正常工况回路工作电流将小于电容器组额定电流计算值，即使在谐波和过电压的共同作用下，回路电流一般不超过1.35倍电容器组额定电流，否则过负荷将动作跳闸。合闸涌流并联电容器合闸投运时会产生很大的冲击电流，称为合闸涌流。电容器的偏差a三相电容器组的任意两相实测电容值中最大值与最小值之比不超过1.02。b单台电容器的电容偏差不超过额定电容的-5%或+10%。2 电抗器电抗器作为一种电感元件在电力系统中广泛使用。串联电抗器与电容器组并联运行，主要作用为：1、降低系统操作过电压2、抑制电网高次谐波，提高供电质量3、抑制电容器组投切过程中产生的合闸涌流，保护电容器组。 配置方式： 用于抑制5次及以上谐波时，电抗器可按K=XL/XC=4.5%6%配置。 用于抑制3次及以上谐波时，电抗器可按K=XL/XC=12%13%配置。 仅用于限制涌流时，电抗器可按K=XL/XC=0.5%1%配置。3 熔断器BRW(N)型并联电容器单台保护用熔断器是针对电力系统中高压并联电容器单台过流保护用，用来切断故障电容器，以保证无故障电容器的正常运行。熔丝额定电流的选择：熔丝额定电流（1.431.55） 例：对于已经选择的电容器BFM11/1001W，其需要匹配的熔断器额定电流为：I（1.431.55）=22.524.5(A),一般取I24A，选择为BRW-12/244 放电线圈放电线圈是高压并联电容器装置的专用配套设备，与电容器组端子直接联接，绝缘水平应与接入电网的绝缘水平一致，端电压应与所并联的电容器的额定电压相配合。其作用主要有两个：1、电容器停运时，防止由于残余电荷威胁人身安全；2、电容器停运后恢复送电时，防止由于残留电荷引起电容器过电压。当电容器从电网断开后，使其存储的电荷自行泄放，在规定时间内将电容器剩余电压降到规定值以下，是电容器装置确保设备自身和维修人员安全的主要技术措施之一。因此，放电线圈必须具备以下两方面的基本性能要求：5 过电压保护器、氧化锌避雷器并联补偿电容器专用的三相过电压保护器采用氧化锌非线性电阻和放电间隙相串联，使两者互为保护。采用四星形接法，使相间过电压大大降低，与常规避雷器相比，相间过电压降低6070，保护的可靠性大为提高。注意问题：1、过电压保护器用于户内，氧化锌避雷器户内外兼用（户外较多配放电计数器）2、安装位置的选定：依据用途，户内操作过电压为主，只要保护电容器安装在，电容器上侧，户外雷电过电压为主，安装在成套设备的上侧。6 导体及其它（依据GB50227-1995）1、单台电容器至母线或熔断器的连接线采用软导线，其长期允许电流不应小于单台电容器额定电流的1.5倍。2、电容器组的汇流母线和均压线的导线截面积应与分组回路的导线截面一致。3、双星型电容器组的中性点连接线和桥形接线电容器组的桥连接线，其长期允许电流应不小于电容器组的额定电流。4、电容器组的所有连接导体，应满足动稳定和热稳定的要求。5、用于高压并联电容器装置的支持绝缘子，应按电压等级、泄漏距离、机械负荷等条件选择和校验。三、接线方式1、单星与双星并联电容器的补偿方式一般为三角形和星形两种形式。对于3kV以上的电容器组，国标GB50227-1995已经要求不允许结成，一般宜采用单星形或双星形接线。而对于低压电容器组，在三相负荷较平衡时，从结构简单、容量大、体积小等角度考虑一般选用接线（内部结成三角形），对于三相负荷不平衡的情况，考虑按星形接线的分相补偿。2、双星型接线与单星型接线21与电容器组的容量和电压有关一旦电容器组的容量与电压确定之后, 其电容量也随之确定, 而电压可以由不同的并联台数和串联段数的电容器单元组合而成。然而在同一串联段上的并联台数要受到电容器单元耐爆能量的限制,即我们提及的所谓最大并联台数问题。计算公式如下：Mzd：最大允许并联电容器台数E2x电容器单元保证的外壳爆破能量，kJ或kW.s 对于大容量电容器组而言, 通常采取增大串联段数和减少并联台数(包括适当提高单元电容器容量) , 以有效降低故障电容器所承受的放电能量, 确保其不发生爆裂事故; 而对于35kV 及以上电压等级特大容量电容器组而言, 除了上述措施以外, 应采用双星形接线中性点不平衡电流保护或者单星接线桥式差流保护方式。22 与采用的电容器故障保护方式有关电容器组接线方式是与所采用的继电保护方式相对应的。目前国内作为电容器内部故障的继电保护方式有: 单星形接线电容器组采用的开口三角保护; 串联段数为两段及以上的单星形电容器组采用的电压差动保护; 每相能接成4个桥臂的单星形电容器组采用的桥式差电流保护; 双星形接线电容器组采用的中性点不平衡电流保护。2.3 电容器组最大并联台数全膜电容器耐爆能量Wmax为15kJ。按上述设定条件分别估算单、双星形接线时电容器组的最大并联台数Mmax 。 (1) 单星形接线时MmaxWmax 为最大放电能量为工频角频率Qn 为单台电容器额定容量Kv = 1.1【例图1】单星形电容器组(相) 接线示意图按Kv = 1.1 、= 314 , 由式(5) 可得出Mmax与Qn 、Wmax (不同介质) 的关系, 如表1 所示。表1 单星形电容器组最大并联台数限值(单位: 台)Qn/kvar50100200334Mmax77381911注：电容器按全膜最大爆破能力( Wmax = 15kJ ) (2) 双星形接线时Mmax双星形接线时的【例图2】双星形接线电容器组(相)按Kv = 1.1 、 = 314 、N = 2 、3 , (当N = 1时为单星形) , 由式( 6 ) 可得出Mmax 与Qn 、Wmax (不同介质) 的关系, 如表2 所示。表2 双星形电容器组最大并联台数限值(单位: 台)Qn/kvar50100200334Mmax5829148注：电容器按全膜最大爆破能力( Wmax = 15kJ ) N2Qn/kvar50100200334Mmax6432169注：电容器按全膜最大爆破能力( Wmax = 15kJ ) N3 单、双星形接线方式适用范围对应于不同的N 和Mmax ( 相应于不同的Wmax和Qn),可导出两种不同的接线和保护方式的适用范围。单星形适用范围按电容器组总容量Q = 3NMmax , 并取其中最小者( 对应于Qn =334kvar) , 其结果如表3 所示。表3单星接线适用范围(单位: kvar)N（段）1234Q(kvar)11022220443306644088(1) 双星形接线适用范围按电容器组总容量Q = 6NMmax , 并取其中最小者(对应于Qn =334kvar) , 其结果如表4 所示。表4 双星接线适用范围(单位: kvar)N（段）23Q(kvar)32064541083 单、双星形接线方案的经济比较现以10kV电压等级、容量4800kvar的并联电容器装置为例，由于电容器装置用不同的接线和保护方式所采用的部件比较：序号名称规格型号数量单星接线双星接线1电力电容器BFM11/3-100-1W48482高压熔断器BRW-12/26P48483干式串联电抗器CKSG-288/10-6114干式放电线圈FDDC-1.7/11/3365氧化锌避雷器HY5WR-17/45366隔离开关GN24-12D/630117柜体5.6*1.6*2.6118铝排60*640米50米9支柱绝缘子ZN2-10/4305010电流互感器LZJC-10Q14、补偿计量点的选择与利益高压计量点低压计量点5、电容器保护1保护熔丝 电容器组的每台电容器上都装有单独的熔丝保护，这种熔丝结构简单，安装方便，只要配合得当，就能够迅速将故障电容器切除，避免电容器的油箱发生爆炸，使附近的电容器免遭波及损坏。此外，保护熔丝还有明显的标志，动作以后很容易发现，运行人员根据标志便可容易地查出故障的电容器，以便更换。 2 过电流保护 过电流保护的任务，主要是保护电容器引线上的相间短路故障或在电容器组过负荷运行时使开关跳闸。电容器过负荷的原因，一是运行电压高于电容器的额定电压，另一种情况是谐波引起的过电流。 为避免合闸涌流引起保护的误动作，过电流保护应有一定的时限，一般将时限整定到0.5s以上就可躲过涌流的影响。 3 不平衡电压保护 电容器发生故障后，将引起电容器组三相电容不平衡。电容器组的各种主保护方式都是从这个基本点出发来确定的。根据这个原理，国内外采用的继电保护方式很多，大致可以分为不平衡电压和不平衡电流保护两种。这两种保护，都是利用故障电容器被切除后，因电容值不平衡而产生的电压和电流不平衡来启动继电器。这些保护方式各有优缺点，我们可以根据需要选择。 单星形接线的电容器组目前国内广泛采用开口三角电压保护。 对于没有放电电阻的电容器，将放电线圈的一次侧与电容器并联，二次侧接成开口三角形，在开口处连接一只低整定值的电压继电器，在正常运行时，三相电压平衡，开口处电压为零，当电容器因故障被切除后，即出现差电压U0，保护采集到差电压后即动作掉闸。 4 不平衡电流保护 这种保护方式是利用故障相容抗变化后，电流变化与正常相电流间形成差电流，来启动过电流继电器，以达到保护电容器组的目的。常见的不平衡电流保护的方式有以下两种： 4.1双星形中性点间不平