1、低压补偿柜的设计【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，利用低压补偿柜来提高功率因数成为了各个企业的首选。基于此，本文对低压补偿柜的设计进行了研究。 【关键词】低压补偿柜设计 中图分类号：S611 文献标识码： A 在电网运行中，存在大量的感性负荷，除了要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率。这就造成了功率因素降低，功率因数降的越低、电网所需的无功就越多，线路损耗就越大。低压补偿柜用以对感性元件产生的无功功率进行集中补偿、分组补偿
2、或直接补偿，以提高供电系统功率因数，改善电能质量。而无功补偿能保持电力系统无功功率平衡、降低损耗、提高电网的供电质量。因此，低压补偿柜既能有效地维持系统的电压水平、提高电压稳定性，又能避免大量无功的远距离传输，从而降低有功损耗，提高设备的利用率。 补偿形式的分类 静态补偿与动态补偿 （1）静态补偿。采用接触器投切电容器组，反应速度慢，投切瞬间涌流大，成本低，但只适用于负荷基本稳定的用电场所，例如居民小区。（2）动态补偿。采用复合开关（晶闸管元件）投切电容器组，实时跟踪负荷功率因数变化，反应速度快，成本高。动态补偿适用于有突变负荷的用电场所。非同步电气设备，如建材行业使用的辊压机，塑料工厂使用的
3、挤塑机、注塑机，汽车制造厂、船舶制造厂使用的点焊机、缝焊机和焊接机，以及其他行业的升降机、冲压机、电梯、破碎机、电焊机和矿山带式输送机，瞬变电流大，宜选用动态补偿。 共补与分补 （1）共补。指由控制器统一采样，各相同时投入相同的补偿容量。这种接法适用于三相负荷基本平衡、各相负载的功率因数角相近的系统。三相共补一般采用接法。 （2）分补。指由控制器分相取样，按照各相的功率因数各自投入不同的补偿容量。三相分补一般采用 Y 形接法。这种接法适用于各相负载相差较大，功率因数角也有较大差别的系统。 补偿方式的选择 补偿按性质分为三相电容自动补偿、分相电容自动补偿和三相混合补偿方式。三相电容自动补偿适用于
4、三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相即可，三相回路同时投切、可以同时保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于有大量的三相用电设备的厂矿企业中，是目前应用最广泛的方式。对于三相不平衡的用电系统，必须采用分相电容自动补偿或三相混合补偿方式。在民用中大量使用的是单相负荷，照明、空调等设备由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负荷的严重不平衡。尤其是在住宅楼的供电系统中，三相不平衡更为严重。分相补偿调节无功功率的采样电流信号分别取自三相中的每一相，根据每一相感性负载的大小和功率的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响
5、，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。因此其补偿方式适用于对于存在有大量使用单相用电负载的场合、并且容易产生三相不平衡的用电单位，如住宅小区、宾馆、饭店、大型商场等民用建筑的配电系统中。 补偿容量的计算 工业与民用配电设计手册中指出补偿容量按下式计算 =(tantan) 式中 补偿容量，kvar ； 企业的计算有功功率，kW ； tan、tan补偿前、后计算负荷功率因数角的正切值。 根据上式，可以计算出供电系统所需的总容量。合适选择补偿总容量，还需合适选择单组容量。为避免低负荷过补偿现象，往往采用单组小容量加多组大容量电容混合组合的方式。例如无功补偿装置总容量为240 kvar，有 3 种电容组合
6、方式。第一种分成 8 组，每组 30 kvar ；第二种分成 9 组，第一组 10 kvar，第二组 20 kvar，其余 7 组各 30 kvar ；第三种分成 16 组，每组 15 kvar。比较以上三种电容组合方式，第一种方式经济成本最低，投切级差为 30 kvar ；第二种方式经济成本次之，投切级差为 10 kvar ；第三种方式经济成本最高，投切级差为 15 kvar。则低负荷时，第一种方式虽然成本低，但容易出现过补偿现象，第三种方式级差减小，但成本高，第二种方式采用单组小容量加多组大容量电容混合组合方式，既可实现成本利益，又可避免过补偿现象。 低压补偿柜的柜体设计 低压补偿柜框架采
7、用 2.5 mm 厚 C 型材，立柱、侧板和仪表门等采用 2.0 mm 厚钢板，柜高 2 200 mm，GGD 柜深为 600 mm，GCK 柜深可为800 mm，可为 1 000 mm，柜宽按实际容量大小可选择 600 mm、800mm 和1 000 mm，建议补偿总容量较大时可分补偿主柜与副柜，单柜容量 360 kvar。低压补偿柜的柜体设计重点为通风设计。电容器，特别是电抗器在工作时产生大量的热量，因此低压补偿柜的设计应充分考虑通风效果。建议在前下通风门、后上通风门、后下通风门、后门和底板均冲出一定数量的桥形孔，利于通风散热；可在柜后门安装 4 个轴流风机，因热空气比冷空气轻，柜内空气流
8、向由下往上，因此设计时应将 2 个风机装于柜后上方，作为排气口，另 2 台风机装于柜后下方（反装） ，作为进气口。 低压补偿柜的配置方案及元器件的选择 1、主要元件的配置(电容柜中必不可少的元件) (1)主开关的选择：主开关一般采用刀熔开关，其容量的选择为不应小于电容器组额定电流的 143 倍并不宜大于额定电流的 155 倍。 (2)避雷器：应选用无间隙金属氧化物避雷器。 (3)功率补偿控制器：常用的控制回路数有 4，6，8，10，12 不等。 (4)低压电容器：采用自愈式低压并联电容器，电容器内装放电电阻，能使电容器在断开电源 3min 内，剩余电压从 x/2u 降至 50V 以下，确保操作
9、安全，额定电压可分为 400V、450V、525V 及 690V 等。 (5)另外电容柜还必须具有电流表，功率因素表，投入和切除信号指示(指示灯)，电压表(可选)及手动转换开关(可选)。 2、分回路的配置方案 （1）静态补偿方案的配置 保护器件建议选用半导体专用的快速熔断器，熔断器熔芯的额定电流按 175In 选择(In 电容器的额定电流)。现在许多地方改用微型断路器作为保护器件，那么其选择应不小于其控制的电容器组电流的 1.35倍，应选 1.5 倍为宜。 切换电容器用接触器：基本采用 CJ19 系列，接触器本身带有抑制涌流装置，能有效地减小合闸涌流对电容器的冲击和抑制开断时的过电压。 热继电
10、器：JR36 系列为经常采用的保护器件，其选择是电容器额定电流的 1.35 倍。 （2）动态补偿方案的配置 保护器件：与静态补偿方案的配置相同。 切换电容器用：电容补偿投切开关或动态无功补偿投切调节器。 随着电力电子技术的广泛应用和发展，供电系统中增加了大量的非线性负荷，如低压小容量家用电器和大容量的工业用整流设备、变频设备，这些非线性负荷的工作会使电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网中有谐波产生，影响补偿装置的正常工作，则在电容器回路中必须串接电抗器，这样才能够抑制高次谐波和限制电容器的合闸涌流，保护电容器组正常运行，提高设备运行的可靠性。其电抗器额定容量大多数情况下取电容器组容量的 2
11、 以上就行，如果系统存在 3 次、5 次谐波最好选用 6 7。 总结 设计低压补偿柜时，需综合分析系统与负载等因素，选择合适的补偿容量、补偿形式，合理设计装置柜体，合理安装元器件，才能实现利益最大化，延长装置寿命，实现对系统的有效补偿，改善电能质量。 参考文献 1 肖湘宁。电能质量分析与控制M.北京:中国电力出版社,2010。 2 刘晓阳，齐宏伟，于洋，陈亮。 智能型动态无功补偿控制器的设计 ， 沈阳理工大学学报 ，2007 年 02 期。 3 赵志强，王淼，穆桂霞。 新型智能无功补偿装置的研制 ， 电工理论与新技术学术年会论文集 ，2005。 4王少杰，罗安。配电网低压大电流负荷的谐波与无功补偿装备研制J，电力自动化设备，2010(12)：2529。 5伍正阳。智能低压配变监测与无功补偿箱设计探索J，云南大学学报(自然科学版)，2009(S2)：296303。 6詹铭，刘志平，牛宇干，等。并联无功补偿对大型变压器低压母线带负荷能力的影响J，武汉大学学报(工学版)，201 l(2)：254256。
