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產品知識

無功補償、諧波治理方案及元器件的選取(三)

一、摘要
本文對低壓配電網內無功功率補償、諧波治理等技術的解決方案，以及成套裝置中所需元器件的選型進行了簡單的闡述。
二、機電一體化復合開關
　　此種產品是近年來發展起來的一種電容器投切器，有分體組合式和一體化兩種結構形式，其投切原理是一樣的。該產品綜合了電容器專用接觸器和無觸點電子開關的優點并克服了兩種產品的缺點。由于其獨特的性能，故發展很快。另外其產品系列逐步增加，質量水平大幅提高，制作成本也在下降，大有取代電容器專用接觸器和無觸點電子開關的趨勢。
三、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
(1)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.是否加裝低壓串聯電抗器。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低壓串聯電抗器。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，其升高幅度由所低壓串聯電抗器的電抗率(P)來決定：Uc=U/(1-P)。
(2)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，根據低壓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
(1)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。
(2)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
(1)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。
(2)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：Qc=(Uc/Un)2.Qn。
(3)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。
(4)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，則是較好的選擇。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。
(5)另外，由北京江海勝業電力科技有限公司采用圓柱形電容器研發的一種模塊化低壓電容器補償、濾波組件(詳見專題介紹)，已于近期投放市場。該模塊的推廣應用，將為成套補償裝置(柜)的制作方式(組裝工藝)帶來巨大的變化。
四、低壓串聯電抗器的選取
1.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，需要加裝低壓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。
2.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。
3.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，而往往不是較好方案。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。
4.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。
五、保護元件的選取
1.對于一套優質的補償裝置，除需在額定的工作條件下安全運行外，還要保證在外部系統異常或故障時，能夠自行保護，這就要求裝置具有良好的保護系統。這一點，在實際應用中是非常重要的，一定要引起足夠的重視。

2.在裝置中起保護作用的元件主要有：控制器內部的各種保護功能(過壓、欠壓、缺相、小電流、諧波越限等)，熔斷器，熱繼電器，斷路器，溫控開關，排風扇，放電電阻(線圈)，RC吸收組件，散熱器等。各種保護元件規格的選用，要經過嚴格的設計、計

算，慎重選取，過大、過小都是不合理的。若選取不當，不但起不到保護作用，反會帶來危害。

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