并联补偿装置电容电抗选择

无功补偿中电抗率的选择1、降低合闸涌流时LC串联电路中电抗率的选取2、抑制高次谐波时LC串联电路中电抗率的选取3、串联电抗器的选取原则4、电容器、电抗器额定电压额定容量的选取5、计算实例2023/2/3

前言在电力系统中不可避免地存在着大量的无功负荷，这些无功负荷来自电力线路、电力变压器以及用户的用电设备。由于电力线路、电力变压器和用户的用电设备主要是电感性的元件，其产生的电感性无功功率，不但会造成电能损耗、电压质量下降，而且还会占用变压器及线路容量。所以在电力系统中为了降低线路损耗，提高功率因数和电压质量，通常要在电力系统中并联连接电容器用以提供电容性无功功率，补偿系统无功的不足。并联电容器装置就是并联连接于电力系统中，用于补偿系统无功的一种无功补偿装置。其主要设备是电容器(c)和电抗器(L)。电容器主要用来向电力系统提供电容性无功功率，电抗器主要与电容器串联构成LC串联电路，用以降低并联电容器合闸投运过程中的涌流倍数，以及抑制电网电压波形畸变和控制流过电容器的谐波分量。1、降低合闸涌流时LC串联电路中电抗率的选取

当电力系统中谐波含量甚少，装设串联电抗器的目的仅为限制合闸涌流时，电抗率可选得比较小，可按断路器等设备所允许的涌流值进行选择。电容器抗涌流能力在高电压并联电容器相关国家标准中有所规定：用不重击穿的开关投运电容器时可能发生第一个峰值不大于2√2倍施加电压(方均根值)，持续时间不大于1／2周波的过渡过电压；相应的过渡过电流的峰值可能达到100In：在这种情况下允许每年操作1000次。电容器投运合闸时产生的合闸涌流一般分两种情况。第一种是单组电容器投运时的合闸涌流，此时的涌流计算等值电路图如图2所示。图2中，L0表示线路的等效电感，L表示电抗器的电感，C表示电容器的电容，u表示电源上的电压，Um表示电源电压幅值，Uc表示电容器上的电压。ic表示电容器上的电流，DL为断路器。

2、抑制高次谐波时LC串联电路中电抗率的选取

在电力系统中，安装并联电容器组是为了补偿无功功率，提高电压水平，但同时电容器组会改变系统的频率特性，当电力系统中存在的谐波不可忽视时，系统就有可能发生谐振。此时可以考虑利用串联电抗器抑制谐波，此时电抗器配置应使电容器接入系统处综合谐波阻抗呈感性。当系统中含有谐波分量时，并联电容器组的等效电路如图所示：图（一）图中：n一谐波次数，即谐波频率与电网基波频率之比；Xs一系统等值电抗；XL一电容器串接电抗；Xc一电容器电抗；Ⅰn一谐波源电流Ⅰm一流入系统的谐波电流；Ⅰcn一流入并补支路的谐波电流．

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2023/2/3以Ks=5%、KL=6%为例，此时n1=2.50，n0=3.02，n2=3.43，n0‘=4.08，可见，3次谐波正好落在谐振点附近。若系统中存在3次谐波，必将发生三次谐振；而对于5次、7次及更高次数的谐波，由于满足n>n0‘的条件，不会发生这些次数的谐波电流放大。为了避免三次谐振，可将电抗率微调，避开谐振点。2023/2/3

2023/2/33、串联电抗器的参数选取原则

配电网的补偿电容器的主要作用是补偿基波无功电流，不承担滤波作用，电容器组只要不出现谐波谐振和谐波严重放大，就可以基本保证电能质量及电网的安全运行，而串联电抗器是抑制谐波电流放大的有效措施，但是由于串联电抗器其本质上是将系统整个的容性降低，影响到无功补偿的效果，所以串联电抗器的参数应根据实际谐波进行选择。

串联电抗器的参数选取原则有以下几种。

（1）当仅需要限制合闸涌流时，宜选用电抗率为0.1%—1%的电抗器。

（2）当母线短路容量不大于80倍电容器组额定容量时，涌流将不超过10倍电容器额定电流，由于10倍以内的涌流不致对回路设备造成损害，因此可以不装设限制涌流的串联电抗器。

（3）根据GB-50027-2008，当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，宜取电抗率4.5%—6%的串联电抗器。当并联电容器装置接入电网的背景谐波为3次及以上，宜取电抗率为12%的串联电抗器，宜可采取4.5%—6%与12%2种电抗率组合。配电网一般考虑5次谐波，因此配电网大多采用串联4.5%—6%电抗器的电容器组。

（4）当系统中存在变频器，风机泵房，及各种整流设备时，串联电抗器的电抗率一般选7%。主要原因是考虑到系统中可能存在的4次谐波。变频器产生谐波电流的根源在于整流电路。不仅是变频器产生谐波电流，任何交直流整流电路都会产生谐波电流。整流电路产生的谐波与整流电路的形式有关，可用下式计算：h=np+/-1,

式中：

h=谐波的次数，n=任意整数，p=整流器的脉冲数普通变频器的输入电路为3相6脉整流电路，因此产生的谐波以5、7、11、13为主，当变频器一个脉冲坏了，变压器仍能运行，此时产生4次、6次谐波，4次谐波对应的谐振频率为200Hz,7%电抗器对应的谐振

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2023/2/34、电容器、电抗器额定电压额定容量的选取4.1基本公式

国家标准GB50227-2008【并联电容器装置设计规范】对于并联电容器组有如下规定；“当分组电容器按各种容量组合运行时，不得发生谐振，且变压器各侧母线的任何一次谐波含量不应超过现行的国家标准【电能质量-公用电网谐波】”，同时也规定了电容器分组投切时，所产生的涌流计算公式。

同一电抗率的电容器组单组投入或追加投入时，

其中

2023/2/3接入串联电抗器后引起的电容器运行电压升高的计算公式为：

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10kV或20kV配电站补偿电容器容量应根据配电容量，负荷性质和容量，通过计算确定，宜按配电变压器的10%-30%配置。低并联电容器组的接线方式主要有三角形接线和星形接线。现在国内外低压并联电容器组，主要采用三星形接线。

并联电容器总容量确定以后，通常将电容器分成若干组再进行安装，分组原则主要是根据电压波动、负荷变化、电网背景谐波含量及设备技术条件等因素来确定。各分组电容器组投切时，不能发生谐振，同时要防止谐波的严重放大。为了避开谐振点，电容器组设计之前，应测量或分析系统主要谐波含量，根据设计确定的电抗率配置，按照谐振容量计算公式计算谐振容量，在设计分组容量时，避开谐振容量；电容器组在各种容量组合投切时，均应