王家生, 王根東

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

低壓無功補(bǔ)償裝置的工程計(jì)算和選擇

王家生, 王根東

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

結(jié)合某商業(yè)綜合體項(xiàng)目的工程實(shí)例,針對(duì)未接入電抗器、接入7%電抗器、接入13%電抗器三種典型工況,對(duì)低壓無功補(bǔ)償裝置選擇中電容器的額定電壓、補(bǔ)償容量和保護(hù)熔斷器的額定電流進(jìn)行了分析和計(jì)算,以期為類似工程提供參考。

低壓電容器; 額定電壓; 補(bǔ)償容量; 保護(hù)熔斷器的額定電流

0 引 言

隨著民用建筑內(nèi)非線性負(fù)荷的日益增加,如照明用的氣體放電燈、應(yīng)急電源和不間斷電源等整流設(shè)備以及各類變頻電力設(shè)備(變頻泵和變頻風(fēng)機(jī)等),通常會(huì)在變電所的無功集中補(bǔ)償裝置上串接相應(yīng)電抗器以抑制合閘涌流,消除諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。從實(shí)際效果來看,治理上述設(shè)備產(chǎn)生諧波的最佳方法是就地安裝諧波抑制裝置。

本文結(jié)合某商業(yè)綜合體的設(shè)計(jì)實(shí)例,對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目中低壓無功補(bǔ)償裝置計(jì)算進(jìn)行了分析。

1 工程概況

某商業(yè)綜合體項(xiàng)目的其中一座變電所,內(nèi)置兩臺(tái)1 600 kVA干式變壓器。本文以其中一臺(tái)變壓器的低壓電容補(bǔ)償裝置為例進(jìn)行計(jì)算,其中補(bǔ)償前功率因數(shù)為0.79,要求補(bǔ)償后低壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.92,以保證高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.9,低壓側(cè)母線標(biāo)稱電壓UN為0.4 kV。

2 電容器額定電壓的選擇

GB 50053—2013《20 kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.2條規(guī)定:電容器的額定電壓應(yīng)按電容器接入電網(wǎng)處的運(yùn)行電壓計(jì)算,電容器應(yīng)能承受1.1倍長期工頻過電壓。故未接入電抗器時(shí),電容器的額定電壓UC為

UC=1.1UN=1.1×0.4=0.44 kV

取440V。

在實(shí)際使用中,為了限制涌流,通常會(huì)接入0.1%～1%的電抗器。參照上面的計(jì)算,可得UC-1%=0.444 kV,即可選擇額定電壓為450 V的電容器。

為了抑制變頻器等設(shè)備產(chǎn)生的5、7次及以上諧波的影響,通常選擇電抗率P為7%的電抗器,此時(shí)電容器的額定電壓UC-7%應(yīng)為

UC-7%=UC/(1-P)=0.44/(1-7%)=0.473 kV

取480V。

此時(shí),電容器上的實(shí)際電壓為

UC-7%實(shí)=UN/(1-P)=0.43 kV

取430V。

為了抑制氣體放電燈、應(yīng)急電源、不間斷電源等產(chǎn)生的3次及以上諧波的影響,通常選擇電抗率為13%的電抗器,此時(shí)電容器的額定電壓UC-13%應(yīng)為

UC-13%=0.44/(1-13%)=0.506 kV

取525V。

此時(shí),電容器上的實(shí)際電壓為

UC-13%實(shí)=0.4/(1-13%)=0.460 kV

取460V。

3 電容器補(bǔ)償容量的選擇

該臺(tái)變壓器有功功率Pjs=1 234.8 kW,無功功率Qjs=947.6 kvar,補(bǔ)償前功率因數(shù)為0.79,要求補(bǔ)償后低壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.92。根據(jù)文獻(xiàn)[4],此處αav按最不利條件取1,進(jìn)行插值計(jì)算,可得qc=0.35,則有

QC=αavPjsqc=1 234.8×0.35=432.2 kvar

取450kvar。

電容器回路接入電抗器會(huì)造成電容器補(bǔ)償容量的變化,如選擇電抗率為7%的電抗器,此時(shí)所需的補(bǔ)償容量QC-7%應(yīng)為

QC-7%=UC-7%(1-P)QC/UN=0.482×

(1-7%)×450/0.42=602.6 kvar

取630kvar。

同法,如選擇電抗率為13%的電抗器,則此時(shí)所需的補(bǔ)償容量QC-13%應(yīng)為

QC-13%=UC-13%(1-P)QC/UN=0.5252×

(1-13%)×450/0.42=674.4 kvar

取690kvar。

由此可見,如選擇30kvar的電容器,則針對(duì)上述三種情況分別需要15、21、23組。

4 單臺(tái)電容器回路熔斷器的選擇

對(duì)于30 kvar電容器,當(dāng)額定電壓為0.45 kV時(shí)(按接入1%電抗器考慮),額定電流為

30/(1.732×0.45)=38.5 A

實(shí)際流過電容器的電流為

IC實(shí)=IC×(UN/UC-1%)=

38.5×(0.4/0.45)=34.5 A

GB50227—2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.4.2條規(guī)定:用于單臺(tái)電容器保護(hù)的外熔斷器的熔絲額定電流,應(yīng)按電容器額定電流的1.37～1.50倍選擇。故應(yīng)選擇1.5×38.5=57.8A,即63A的熔斷器保護(hù)。

同法可求,當(dāng)30kvar電容器的額定電壓為0.48kV時(shí),額定電流為

30/(1.732×0.48)=36.1 A

實(shí)際流過電容器的電流為

IC-7%實(shí)=IC-7%(UC-7%實(shí)/UC-7%)=

36.1×(0.43/0.48)=32.3 A

因此,可選擇63A的熔斷器保護(hù)。

當(dāng)30kvar電容器的額定電壓為0.525kV時(shí),額定電流為

30/(1.732×0.525)=33.0 A

實(shí)際流過電容器的電流為

IC-14%實(shí)=IC-14%×(UC-14%實(shí)/UC-14%)=

33.0×(0.46/0.525)=28.9 A

因此,可選擇50A或63A的熔斷器保護(hù)。

選擇電容器裝置總回路熔斷器的方法同上,不過額定電流系數(shù)應(yīng)根據(jù)GB50053—2013第5.1.4條規(guī)定,選擇為1.35。

綜上所述,對(duì)于1 600kVA的變壓器,不同情況下的電容器選擇方案如表1所示。

表1 不同情況下的電容器選擇方案

5 結(jié) 語

低壓無功補(bǔ)償裝置中接入電抗器后,電容器的額定電壓和所需的補(bǔ)償容量都需要一定程度的增大。因此應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況,選擇合適的補(bǔ)償+濾波方案。

此外,除三相負(fù)荷平衡的項(xiàng)目外,電容器補(bǔ)償容量中還應(yīng)考慮不小于總?cè)萘?0%的單相分補(bǔ),即總補(bǔ)償容量的60%采用三相共補(bǔ),40%采用單相分補(bǔ)。單相電容器的選擇可參考本文中的相應(yīng)公式選擇計(jì)算。

[1] GB 50053—2013 20 kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范[S].[2] GB 50227—2008 并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 任元會(huì).低壓配電并聯(lián)電容器補(bǔ)償回路所串電抗器的合理選擇[J].電氣工程應(yīng)用,2011(2):9-12.[4] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京:中國電力出版社,2005.

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《現(xiàn)代建筑電氣》編輯部

Engineering Calculation and Choice of Low Voltage Reative Power Compensation Equipment

WANG Jiasheng, WANG Gendong

(Tongji Architectural Design (Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China)

Combining the engineering example of a business complex,aiming at three kinds typical work conditions:no serial reactor,7% serial reactor,and 13% serial reactor,the rating voltage and compensation capacity of low voltage reative power compensation equipment as well as rating current of protective fuse were analyzed and calculated.It can provide

for similar projects.

low voltage capacitor; rating voltage; compensation capacity; rating current of protective fuse

王家生(1982—),男,工程師,從事民用建筑電氣設(shè)計(jì)。

TM 714.3

A

1674-8417(2015)03-0037-03

2015-01-04

王根東(1981—),男,工程師,從事民用建筑電氣設(shè)計(jì)。