低压配电设计中电容补偿容量计算分析-建筑电气2012.7
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【摘要】低压配电系统电容补偿设计中，为了抑制电容器回路合闸涌流和谐波电流，通常在电容器回路中串接电抗器； 串入的电抗器自
文本预览
低 压 配 电设 计 中 电容 补偿 容量 计算分析
蓝 娟 (中国航空规划建设发展有限公司，北京市 100120)
Calculation Analysis on Capacitance Compensation in Low—voltage Distribution Design
Lan Juan (China Aviation Planning and Construction Development Co．，Ltd．，Beijing 100120，China)
Abstract In capacitance compensation design for 功功率对电网的冲击。
low-voltage distribution system， to suppress the 在低压配电系统中，无功补偿的补偿位置、补偿
switching inrush current and harmonic current in 方式 、补偿容量、控制器的选择 、串联电抗器的选择
capacitor circuit， a reactor is usually connected in 等，都需要针对不同的项 目进行优化设计。目前工程
series in capacitor circuit；the inductive reactance of 实际存在的无功补偿方式按补偿位置分类有集中补
the reactor will partially offset the capacitive reactance 偿、就地补偿和分组补偿。其中在变电站集中补偿的
of capacitor， which will affect the effective 方式最为广泛 ，如图 1所示。为了抑制电容器回路合
compensation of capacitor．Therefore，in calculation of 闸涌流和谐波电流，通常在电容器回路中串接电抗
reactive compensation capacity， correction shall be 器．串入的电抗器 自身的感抗会抵消电容器的部分容
done according to operating voltage of system， 抗．反向压降会抬高电容器的端电压 ，即对电容器的
reactance rate and rated voltage of capacitor． 有效补偿量产生影响。因而，在进行无功补偿容量的
Key words Capacitance compensation Reactance 计算时，要根据系统运行电压、电抗率的选择以及电
rate Compensation capacity Harmonic 容器额定电压进行修正计算 ，算出实际需要的无功补
偿容量，下面对低压配电系统集中补偿的无功容量的
摘 要 低压 配电系统电容补偿设计中．为 选择进行简单分析。
了抑制电容器回路合 闸涌流和谐波电流．通常在电容
1 补偿电容器容量计算
器回路中串接电抗器：串入的电抗器 自身的感抗会抵
消电容器的部分容抗 ，对电容器的有效补偿量 产生影 如图 2所示，要使功率因数由COS0 提高到 COS0 ，
响。因而，在进行无功补偿容量的计算时，要根据系 电容器的实际补偿容量 Q (单位：kvar)可根据工
。
统运行电压、电抗率的选择 ，以及电容器额定电压进
行修正计算。
关键词 电容补偿 电抗率 补偿容量 谐波
在工业建筑供配电设计中，大量的感性负荷使得
功率因数偏低．需要进行无功补偿以提高供电系统及 负荷
配电系统 等效电路
负荷的功率因数。降低配电线路无功电流，提高用电
设备的效率；稳定用电端及电网的电压 ，提高供电质 图 1 变电站集中无功补偿示意
Fig．1 Schematic diagram of substation centralized
量，增加输电系统的稳定性，提高输电能力 ；减少无
reactive compensation
作者信息
蓝 娟，女，中国航空规划建设发展有限公司，工程师。
堡 盟主 过主皂查! 塞宣黑豆 堑j—壅塑 _
http：／／www．jzdq．net．cn 453建 箍电乞。
-___—_-__ BUI1_13iNG
2t-t1 2 年第7期 I ELECTR-CITY
2．2 电抗器额定电压及容量的选择
串联电抗器额定电压及额定容量 ：
N= N×K
QL．=QcN×K
C1
式中： —— 串联电抗器额定电压 ，kV；
并联电容器额定电压 ，kV；
— —
Q —— 串联电抗器额定容量，kvar；
Q —— 并联电容器额定容量，kvar；
图2 功率因数对应的无功功率和视在功率
K—— 串联电抗器电抗率，％。
Fig．2 Reactive power and apparent power
corresponding to power factor 由此可见 ，串联 电抗器 的额定 电压 、额 定容
量与并联 电容器 的额定 电压 、额定容量及 电抗率
程项 目所需的实际补偿容量来确定：
有关 。
Qcs=Pj8×(tan 01一tan 02) (1)
3 电容器额定电压 N的选择
式中：Pj —— 计算有功功率；
tan0 —— 补偿前计算负荷功率因数角的正
为达到经济和安全运行的目的．合理选择电容器
切值 ： 的额定电压，在分析电容器端子上的预期电压时，应
tan 02—— 补偿后功率因数角的正切值。
考虑以下因素：①并联电容器装置接入电网后会引
交流电容器的额定容量为：
起电网电压升高；②谐波引起电网电压升高；③装
Q=U to C (2) 设串联电抗器引起的电容器端电压升高；④相间和
式中：Q—— 电容器容量，kvar；
串联段问的容差将形成电压分布不均，使部分电容器
电容器端电压 ，kV；
— — 电压升高； ⑤轻负荷运行引起电网电压升高。
角频率，rad／s：
— — 首先根据电抗率的选择，求出电容器端电压的计
C—— 电容器的电容值。F。 算值。根据图 1等效电路推导出以下公式 ：
由上述交流电容器的额定容量计算公式可以知
N 一K =1．05 UsN
道，电容器的补偿容量与电压的平方成正比。
= ㈣
2 串联电抗器的选择
式中： —— 单台电容器运行电压 ，V；
2．1 电抗率的选择原则 — — 电容器接人点电网标称电压 ，V。
补偿电容器回路中串联电抗器的主要作用是抑制 根据国家标准 GB／T 12325—2008 《电能质量
谐波电流、消除谐振和限制涌流，电抗率是串联电抗 供电电压偏差》4．2条 ： “2O kV及以下三相供电电
器的重要参数，根据规范GB 50227—2008《并联电 压偏差为标称电压的 ±7％。”220／380 V供电电压
容器装置设计规范》，串联电抗器电抗率的选择，应 的允许偏差为 ±26．6 V。
根据电网条件与电容器参数经相关计算分析确定，电 根据国家标准 GB／T 14549—1993 《电能质量
抗率取值范围应符合下列规定：① 仅用于限制涌流 公用电网谐波》表 1，公用电网谐波电压 (相电压)
时，电抗率宜取 0．1％ 1．0％。②用于抑制谐波 限值，电网标称电压为0．38 kV的电压总谐波畸变率
时，电抗率应根据并联电容器装置接入电网处的背景 为5％。在没有实际测量谐波电压的前提下，谐波对
谐波含量的测量值选择。当谐波为5次及以上时，电 供电电压的影响粗略考虑为 20 V。
抗率宜取4．5％一5．0％：当谐波为3次及以上时， 考虑以上各种因素的影响，可先求出电容器端电
电抗率宜取 12．0％。亦可采用 4．5％～5．0％与 压的计算值，再从产品标准系列中选取电容器额定电
12．0％两种电抗率混装方式。 压，见表 1。
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454 http：／／WWW．jzdq．net．c“
蓝 娟 (中国航空规划建设发展有限公司，北京市 100120)
Calculation Analysis on Capacitance Compensation in Low—voltage Distribution Design
Lan Juan (China Aviation Planning and Construction Development Co．，Ltd．，Beijing 100120，China)
Abstract In capacitance compensation design for 功功率对电网的冲击。
low-voltage distribution system， to suppress the 在低压配电系统中，无功补偿的补偿位置、补偿
switching inrush current and harmonic current in 方式 、补偿容量、控制器的选择 、串联电抗器的选择
capacitor circuit， a reactor is usually connected in 等，都需要针对不同的项 目进行优化设计。目前工程
series in capacitor circuit；the inductive reactance of 实际存在的无功补偿方式按补偿位置分类有集中补
the reactor will partially offset the capacitive reactance 偿、就地补偿和分组补偿。其中在变电站集中补偿的
of capacitor， which will affect the effective 方式最为广泛 ，如图 1所示。为了抑制电容器回路合
compensation of capacitor．Therefore，in calculation of 闸涌流和谐波电流，通常在电容器回路中串接电抗
reactive compensation capacity， correction shall be 器．串入的电抗器 自身的感抗会抵消电容器的部分容
done according to operating voltage of system， 抗．反向压降会抬高电容器的端电压 ，即对电容器的
reactance rate and rated voltage of capacitor． 有效补偿量产生影响。因而，在进行无功补偿容量的
Key words Capacitance compensation Reactance 计算时，要根据系统运行电压、电抗率的选择以及电
rate Compensation capacity Harmonic 容器额定电压进行修正计算 ，算出实际需要的无功补
偿容量，下面对低压配电系统集中补偿的无功容量的
摘 要 低压 配电系统电容补偿设计中．为 选择进行简单分析。
了抑制电容器回路合 闸涌流和谐波电流．通常在电容
1 补偿电容器容量计算
器回路中串接电抗器：串入的电抗器 自身的感抗会抵
消电容器的部分容抗 ，对电容器的有效补偿量 产生影 如图 2所示，要使功率因数由COS0 提高到 COS0 ，
响。因而，在进行无功补偿容量的计算时，要根据系 电容器的实际补偿容量 Q (单位：kvar)可根据工
。
统运行电压、电抗率的选择 ，以及电容器额定电压进
行修正计算。
关键词 电容补偿 电抗率 补偿容量 谐波
在工业建筑供配电设计中，大量的感性负荷使得
功率因数偏低．需要进行无功补偿以提高供电系统及 负荷
配电系统 等效电路
负荷的功率因数。降低配电线路无功电流，提高用电
设备的效率；稳定用电端及电网的电压 ，提高供电质 图 1 变电站集中无功补偿示意
Fig．1 Schematic diagram of substation centralized
量，增加输电系统的稳定性，提高输电能力 ；减少无
reactive compensation
作者信息
蓝 娟，女，中国航空规划建设发展有限公司，工程师。
堡 盟主 过主皂查! 塞宣黑豆 堑j—壅塑 _
http：／／www．jzdq．net．cn 453建 箍电乞。
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2t-t1 2 年第7期 I ELECTR-CITY
2．2 电抗器额定电压及容量的选择
串联电抗器额定电压及额定容量 ：
N= N×K
QL．=QcN×K
C1
式中： —— 串联电抗器额定电压 ，kV；
并联电容器额定电压 ，kV；
— —
Q —— 串联电抗器额定容量，kvar；
Q —— 并联电容器额定容量，kvar；
图2 功率因数对应的无功功率和视在功率
K—— 串联电抗器电抗率，％。
Fig．2 Reactive power and apparent power
corresponding to power factor 由此可见 ，串联 电抗器 的额定 电压 、额 定容
量与并联 电容器 的额定 电压 、额定容量及 电抗率
程项 目所需的实际补偿容量来确定：
有关 。
Qcs=Pj8×(tan 01一tan 02) (1)
3 电容器额定电压 N的选择
式中：Pj —— 计算有功功率；
tan0 —— 补偿前计算负荷功率因数角的正
为达到经济和安全运行的目的．合理选择电容器
切值 ： 的额定电压，在分析电容器端子上的预期电压时，应
tan 02—— 补偿后功率因数角的正切值。
考虑以下因素：①并联电容器装置接入电网后会引
交流电容器的额定容量为：
起电网电压升高；②谐波引起电网电压升高；③装
Q=U to C (2) 设串联电抗器引起的电容器端电压升高；④相间和
式中：Q—— 电容器容量，kvar；
串联段问的容差将形成电压分布不均，使部分电容器
电容器端电压 ，kV；
— — 电压升高； ⑤轻负荷运行引起电网电压升高。
角频率，rad／s：
— — 首先根据电抗率的选择，求出电容器端电压的计
C—— 电容器的电容值。F。 算值。根据图 1等效电路推导出以下公式 ：
由上述交流电容器的额定容量计算公式可以知
N 一K =1．05 UsN
道，电容器的补偿容量与电压的平方成正比。
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2 串联电抗器的选择
式中： —— 单台电容器运行电压 ，V；
2．1 电抗率的选择原则 — — 电容器接人点电网标称电压 ，V。
补偿电容器回路中串联电抗器的主要作用是抑制 根据国家标准 GB／T 12325—2008 《电能质量
谐波电流、消除谐振和限制涌流，电抗率是串联电抗 供电电压偏差》4．2条 ： “2O kV及以下三相供电电
器的重要参数，根据规范GB 50227—2008《并联电 压偏差为标称电压的 ±7％。”220／380 V供电电压
容器装置设计规范》，串联电抗器电抗率的选择，应 的允许偏差为 ±26．6 V。
根据电网条件与电容器参数经相关计算分析确定，电 根据国家标准 GB／T 14549—1993 《电能质量
抗率取值范围应符合下列规定：① 仅用于限制涌流 公用电网谐波》表 1，公用电网谐波电压 (相电压)
时，电抗率宜取 0．1％ 1．0％。②用于抑制谐波 限值，电网标称电压为0．38 kV的电压总谐波畸变率
时，电抗率应根据并联电容器装置接入电网处的背景 为5％。在没有实际测量谐波电压的前提下，谐波对
谐波含量的测量值选择。当谐波为5次及以上时，电 供电电压的影响粗略考虑为 20 V。
抗率宜取4．5％一5．0％：当谐波为3次及以上时， 考虑以上各种因素的影响，可先求出电容器端电
电抗率宜取 12．0％。亦可采用 4．5％～5．0％与 压的计算值，再从产品标准系列中选取电容器额定电
12．0％两种电抗率混装方式。 压，见表 1。
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AIGC在2012年7月的《建筑电气》期刊中，有一篇专题文章详细探讨了低压配电系统中的电容补偿容量计算与分析。该文针对电力系统中的一个重要问题——为了提高供电质量、改善电力系统的功率因数以及降低线损，阐述了如何科学合理地确定和计算低压配电网中的电容器补偿设备容量。
电容补偿容量的计算涉及到多个因素，包括电网的实际运行参数（如电压等级、负荷性质、无功功率缺失量等）、设备特性（如电容器的额定电压、容量及补偿方式），以及电力系统动态特性的考虑（如负荷变化率、谐波电流的影响）。文章可能通过理论公式结合工程实践经验，介绍常用的方法和技术准则，如Kramers-Kronig定律、Q/L法、等值阻抗法等，以帮助读者理解和掌握在低压配电设计中选择并安装适当电容补偿装置的重要性和步骤。
总之，这篇文章为建筑工程领域电气设计师和相关专业人员提供了一种实用且重要的工具，以确保低压配电系统的稳定运行和高效能效。
