关于低压电容补偿柜的设计研究

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1、关于低压电容补偿柜的设计研究 【摘要】电力系统的发展对人们日常生活的影响极为重大，而在众多的电力问题中，功率因数的提高成为了人们普遍关心的问题。这是因为在企业中，功率因数关系到整个电网的正常运行和整个电力系统的安全。在近几年的发展中，利用低压电容补偿柜来提高功率因数成为了各个企业的首选。针对此种情况，笔者详细论述了功率因数的内涵，简单阐述了提高功率因数的方法，最后给出低压电容补偿柜的在实际设计中的具体步骤。 【关键词】电力系统；低压；补偿柜；功率因数 Abstract：The development of the power system of peoples daily life is ex

2、tremely important, and in many issues of power, power factor improvement has become a widespread concern. This is because in the enterprise, the power factor is related to the normal operation of the entire power grid and the entire power system security. In recent years, the development, the use of

3、 low-capacitance compensation cabinet to improve the power factor of each enterprise has become the first choice. In such cases, the author discusses in detail the meaning of the power factor, briefly discusses ways to improve the power factor, and finally gives low capacitance compensation cabinet

4、in the actual design of concrete steps. Key words：Power Systems; Low; compensation cabinet; power factor 中图分类号：TM726.2文献标识码：A文章编号： 引言 电力系统在人们日常生活中占据重要的地位，人类二十一世纪的发展就是建立在电力系统的广泛应用之上的。电力系统支撑了当今的很多高科技产品，比如电脑，电话、电灯等一系列具有划时代意义的高端产品，使人类进入了一个智能化的世界。因此，保证电力系统的正常运行是人们在任何时候都关心的问题。然而在现实当中，电力系统也存在着一些不尽人意的地方。如生产

5、电能的地方往往人们使用的地方相距太远，由于生产的电能不能大量的储存，电能的生产和消费之间一般不能实现动态平衡。同时电能的生产是连续不断的、而电能的使用是随机变化的，这样就给电力系统的正常运行造成了一定的困难。 一、电力系统 1、电力系统的构成 电力系统主要由电源、变电所、输电、配电以及负荷中心构成。此外，为了实现不同地区之间的电能调节和交换，在各电源之间还相互联接。这不仅提高了供电的经济性，还提高了供电的安全性。习惯上，我们将变电所与输电线路合称为电力网络。为了保证电能生产与使用之间的协调平衡，电力系统逐渐向自动化、智能化方向发展。 2、电力系统运行的基本要求 电力系统的正常运行需要四个基本条

6、件（1）电能质量一定要良好。（2）供电的持续性。（3）供电的稳定性。（4）要有良好的经济效益。 二、功率因数的概念 1、功率因数的定义 在通常情况下，功率因数用符号COS表示，其中代表电流与电压之间的相位差。其数学计算式为： COS=P/S1 在电力系统中，发电机的正常运行是在额定的电压和额定的电流下工作的，超出范围的运行都容易造成安全隐患。根据计算，提高功率因数COS会降低输电线上的功率损耗。在实际的电力系统运行中，功率因数的提高有着非常重要的意义，如降低生产成本、节约电能、提高用电质量、减少线路的功率损失等。 2、提高自然功率因数的方法 （1）提高检修质量。 （2）改变轻负荷电动机接线。

7、（3）异步电动机的容量要选择正确。 （4）合理使用变压器。 （5）限制空载。 3、采用人工补偿装置提高功率因数 在企业的实际生产中，有大量的感性负载的使用，使得功率因数降低。为了设备正常运行，同时为了工作环境的安全，一般情况下要增加无功功率补偿装置，从而使功率因数达到正常水平。常用的增加无功功率补偿装置有两种： （1）移相电容器。移相电容器的安装、维护、运行都很简单，而且其有功损耗非常小。所以在一般企业的供电网络中应用较广。但其缺陷是修复复杂，使用寿命相对较短。 （2）并联电容器。根据实际经验，并联电容器一般采用形联结，低压并联电容器内部通常连成三角形，而且要做成三相。采用联结的好处是，当电容

8、器任一连线断线时，三相线路仍得到无功补偿；但是，其缺陷是任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。而采用Y形联结，则没有这一种危险，但是其任一相断线时，断线的一相将失去无功补偿。 图1（a）为电容器Y形联结时正常工作时的电流分布，图1（b）为电容器Y形联结时而A相电容器击穿短路时的电流分布和向量图。对于图1（b），当A相电容器击穿短路时： 其中：UP为三相线路的相电压。 有上式可知，电容器适宜采用Y形联结，因为其短路电流仅为正常工作电流的3倍（在其中一相电容器被击穿短路时），因此比较安全。 图1 三相线路中电容器Y形联结时的电流分布 (a) 正常时的电

9、流分布；(b)A相电容器击穿短路时的电流分布和向量图 有上式可知，为了安全，低压电容器组应结成三角形。并联电容器在供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、单独就地补偿、低压集中补偿三种方式。本文针对主要分析低压集中补偿。 4、低压集中补偿 在所有的补偿方式中，低压集中补偿相对比较经济。其具体做法是将低压电容器集中装设在变电所的低压母线上，以补偿低压母线以前电力系统所产生的无功功率，进而减少变压器的视在功率。通常情况下，低压电容器柜与低压配电屏之间采取并联装设的方式。 三、低压电容器补偿柜的设计案例 在该案例中，供电所在电网高峰负荷时的功率因数为0.75。线路的电压为三相380V，有功计算负荷在5

10、40kW左右，无功计算负荷在730kvar左右，变压器一台10/0.4kV的低压损耗变压器。 1、功率因数 功率因数的计算包括平均功率因数、瞬时功率因数、最大负荷时的功率因数。我国有关规定：高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其他工厂不得低于0.85。如达不到上述要求，则必须进行无功补偿。 2、无功功率补偿 一般情况下，由于工厂生产所需大量的动力负荷都是感性负荷，例如感应电动机、电焊机、电弧炉等，使得功率因数偏低,因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。当功率因数由COS提高到COS时，无功率Q30和视在功率S30分别减小为Q30和S30,从而使负荷电流相应的减小，这样做所获得

11、的益处使和那的：可降低供电系统的电能损耗和电压损耗；可选用稍小一些容量的电器元件，如电压变压器、开关设备和合较小截面的导线，从而减少投资和有色金属。要使功率因数由COS提高到COS，通常需装设人工补偿装置。对单项电容器来说，应取3的倍数，以便三相均衡分配。 3、无功功率补偿后工厂计算负荷的确定 补偿后总的无功功率计算负荷为： Q30（1）=Q30-QC 总的视在计算负荷为： S30（1）= 总的计算电流为： I30（1）=S30（1）/ UN 总的有功功率P30保持不变。 （1）根据设计要求得：补偿前低压变电所低压侧的视在功率为： S30（2）=908（kV•A） 变压器容量的选择

12、SNTS30（2）,因为未进行补偿时主变压器容量应选为： SNT=1000 kV•A908 kV•A 经计算，低压侧的功率因数为0.59 （2）低压侧的无功补偿容量为： QC=540tan(arccos0.59)-tan(arccos0.97) =604.8(kvar) 取610(kvar) 一般来说COS0.9，本文取0.97 n=QC/qc=51(个) 其中：qc为单个电容器的额定容量；n为电容器个数，必须为3的整数倍。 （3）补偿后高压侧的计算负荷、变压器容量、功率因数、低压侧的视在功率为： S130(2)= =553（kV•A） 变压器的功率损耗为：

13、∆PT=0.015 S130(2)=0.015553=8.3(kW) ∆QT=0.065 S130(2)=0.065553=35.9(kvar) 变压器高压侧的计算负荷为： P130(1)=548.3(kW)；Q130(1)=155.9(kvar)； S130(1)= =570（kV•A） I130(1) =33(A) 变压器可以选择：SNT=630（kV•A）570（kV•A） 功率因数为：COS = P130(1) / S130(1)=0.96 4、低压补偿柜设备的选择 （1）电气设备选择的一般原则 所选择的设备应当符合国家安全标

14、准，保证设备在正常使用的情况下不存在安全隐患。如设备的额定电压不能低于电力系统的最高电压、开关的断开能力要考虑短路情况等，此外还要考虑设备的工作环境，如是否高温、高压，在使用过程中是否要考虑防暴、防尘等。 （2）根据电气设备的选择原则，选出正确、合理的电气设备，让后进行短路动稳定校验和开关设备断流能力校验，以保证电容补偿柜的正常工作。 （3）低压电容器补偿柜线路的设计图 根据上两节对无功补偿的计算和设备的选择，所以低压电容器补偿柜的设计的内部接线图如图2 图2低压电容器补偿柜的内部接线图 四、结语 无功功率补偿历来是改善供电质量，缓解电力矛盾的首选措施。本文详细论述了电力系统中功率因数的提高问

15、题，最后又给出了现实当中低压电容补偿柜的设计实例。低压电容补偿柜历来为相关电力学者所关注，作者希望通过本文的论述，能够使更多的电力人员来关注这个问题。 参考文献 1 苗艳玲.两种新型低压开关柜的比较J. 科技传播. 2012(06) 2 陆锡恩.低压无功电容补偿柜的维护管理J. 企业科技与发展. 2009(12) 3 宋晨星.低压无功补偿装置的器件分析和选型J. 山东煤炭科技. 2010(02) 4 闻霞,孙文磊,任雯.低压电器柜钣金件三维参数化设计系统的开发J. 新技术新工艺. 2006(10) 5 杨吉增,常钦光,曾庆营.低压电容补偿柜烧毁预防J. 科技信息(科学教研). 2008(21)第 9 页 共 9 页