水泥厂选用低压电容器与柜的设计选型

在正常情况下, 用电设备不但要从电源取得有功功率, 同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求, 用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场, 在额定情况下, 用电设备的端电压就会下降, 从而影响用电设备的正常运行。发电机和高压输电线供给的无功功率, 远远满足不了负荷的需要, 所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率, 以保证用户对无功功率的需要, 使用电设备在额定电压下正常工作。无功功率对供、用电产生的不良影响主要表现在:

(1) 降低发电机有功功率的输出。

(2) 降低输、变电设备的供电能力。

(3) 造成线路电压损失增大和电能损耗增加。

(4) 造成低功率因数运行和电压下降, 使电气设备容量得不到充分发挥。

目前水泥厂无功补偿的方式主要有高压集中补偿、低压集中补偿、高压电机机旁补偿。本文重点讨论低压集中补偿在设计选型中的一些问题。

近几年, 随着变频器设备、开关电源、气体放电等各种非线性设备的大量使用, 电容器装置运行环境日益恶化, 我公司在埃及、马来西亚等项目中低压补偿出现较多问题。在国内我们过去设计的水泥厂低压电容器的故障率也是较高的, 这主要是由于我们对电容器柜内的元件选型认识不足, 特别是串联电抗器和电容器的投入都会影响电容器端的电压。

式中:

ΔU——母线电压升高值, kV

U_SO——并联电容器装置投入前的母线电压, kV

S——母线三相短路容量, MVA

Q——母线上所有运行的电容器容量, Mvar

串联电抗器后, 电容器端子上电压升高, 其值可按照公式 (2) 计算:

式中:

U_C——电容器运行电压, kV

U_S——并联电容器装置的母线运行电压, kV

K——电抗率

A——接线系数, 星形接线取

, 三角形取1

举例说明, 一台300kvar并联电容器装置, 串联电抗率7% (目前设计采用的经验值) , 投入前母线电压为0.4kV, 母线短路容量为20MVA, 根据公式 (1) 可得母线电压升高值:

由式 (2) 可得电容器端子上所加电压为:

考虑谐波存在会使电压升得更高, 可选额定电压480V的电容器。

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当LC串联回路阻抗Z=X_L-X_C=0 时会发生谐振, 因此谐波条件下:

式中:

K——电抗率

f——谐波频率

f_n——基波频率LC

对谐波源来讲LC串联回路应保持感性。根据上述公式可知, 当抑制3 次谐波时串联电抗率K取12%~13%;当抑制5 次谐波时取4.5%~7%;当抑制7 次谐波时取3%;当抑制9次谐波时取2%。串联LC回路的谐振频率必须低于系统出现的最低次的谐波频率。因为这时串联LC回路可能出现的谐波频率均高于谐振频率, 回路为感性, 不可能再激活任何谐振;如果LC回路谐振频率高于任何可能出现的谐振频率, 回路为容性, 与感性负载又可能产生谐振回路。

另外, 串联电抗可有效抑制电容器投入电网时产生的涌流, 防止和减轻开断电容器组时发生的重燃。

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