施耐德电气无功功率补偿方案.docx

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施耐德电气无功功率补偿方案

施耐德电气无功功率补偿系统成套厂应用

随着用户节能意识的增强，和对电能质量问题的日益关注，无功功率补偿设备成为越来越重要的电气设备。

作为低压配电柜中结构比较复杂的无功功率补偿电容柜，不仅需要成套厂具有丰富的安装经验，而且不同厂家对产品的选型和安装的要求也存在差异。

错误的选型或安装可能影响产品性能，更有发生电气事故的风险。

　　本文专门针对电气成套厂客户，介绍施耐德电气无功功率补偿系统的选型和安装，帮助成套厂客户为用户提供优质可靠的无功功率补偿柜。

　　1施耐德电气无功功率补偿方案及产品选型

　　无功功率补偿产品的选型一般分为补偿容量选择，补偿类型选择，保护元器件选型和电容控制器选型。

　　1.1补偿容量选择

　　一般情况下电气设计图纸标有补偿柜的总容量，如果电气设计图未标出补偿容量，成套厂可根据变压器容量的20%～40%选择无功补偿柜容量。

　　1.2补偿类型选择

　　无功补偿柜补偿类型的选择是最终要的环节，选型正确与否直接影响补偿柜的效率和可靠性。

补偿类型的关键选型依据是系统的谐波污染程度，由于配电系统中非线性负载越来越多的被使用，其带来的谐波污染问题日益严重，而无功补偿电容器是配电设备中受谐波危害最大的设备之一，谐波不仅会造成电容器过载，乏值降低，缩短使用寿命，还可能造成电网谐振，发生严重的电气事故，另外，不正确的补偿类型选择还会造成谐波放大，进一步加剧配电网谐波污染程度。

因此，必须根据谐波污染程度选择正确的无功补偿类型。

　　1.2.1施耐德电气补偿类型选型方法

　　首先将配电系统进行简化，将系统简化为变压器（容量Sn），所有非线性负载总容量（容量Gh），将Gh/Sn的比值，即非线性负载占系统容量的比例作为补偿类型的选型依据（见图1）：

　　当Gh/Sn<15%时，表示系统谐波污染程度较轻，推荐补偿类型为标准型无功功率补偿。

标准型无功功率补偿方案采用标准电压等级的纯电容器，例如，400V配电系统采用415V的电容器。

　　当15%

　　K=（Vn/Vr）2

　　Vn：

电网电压等级

　　Vr：

电容器标准电压等级

　　例如：

一台480V，68kvar电容器相当于一台400V，47kvar的电容器

　　68kvar×（400/480）2=47kvar

　　当Gh/Sn>25%时，表示系统谐波污染程度严重，推荐补偿类型为调谐型无功功率补偿。

调谐型无功功率补偿方案由DR调谐电抗器和过谐型电容器组成。

施耐德电气提供的调谐型无功功率补偿方案包括三种：

（1）阻抗比为5.4%，调谐频率为215Hz

（2）阻抗比为6.92%，调谐频率为190Hz

　　（3）阻抗比为13.7%，调谐频率为135Hz

　　工业配电系统推荐采用阻抗比为5.4%，调谐频率为215Hz的调谐补偿方案，可以抑制和减少5次及以上的谐波污染;建筑配电系统推荐采用阻抗比为13.7%，调谐频率为135Hz的调谐补偿方案，可以抑制和减少3次及以上的谐波污染。

　　由于调谐补偿方案采用了电抗器与电容器并联，而电抗器与电容器的电压方向正好相反，所以电容器的端电压实际上被抬升。

以调谐频率为135Hz（阻抗比13.7%）的调谐补偿方案为例，电容器实际端电压Uc=400/（1-13.7%）=463.5V，所以必须采用480V的电容器以防止过压。

需要注意的是，虽然调谐方案也是采用480V的电容器用于400V的系统，也会有降容，但电容的降容计算与过谐型是有很大的不同的。

　　这里以调谐频率为135Hz（阻抗比13.7%），要求实际补偿容量为300kvar的调谐补偿方案为例，按单步实际补偿50kvar×6路设计，计算示例如下。

　　步骤1：

计算不考虑串联电抗器时补偿50kvar容量所需的480V电容器容量Q1Q1×（400/480）2=50kvarQ1=72kvar

步骤2：

再考虑电抗器，计算出实际补偿50kVAR容量所需的480V电容器容量QcQc=Q1×（1-13.7%）=62kvar

　　结果：

本系统按单步50kvar设计×6路，每步电容器为Varplus262kvar/480V，每步电抗器为DR50kvar/135Hz

　　注：

这里的Varplus262.4kvar/480V实际是由两只Varplus222.7kvar/480V电容器及一只Varplus217kvar/480V电容器组合而成。

　　针对调谐型补偿方案的产品选型，详细请参考施耐德电气公司样本《无功功率补偿系统选型指南》，样本号LV-1177。

图2

　　保护元器件选型

　　主保护断路器的选择：

　　当采用断路器作为主保护时，热保护整定值设定：

　　1.36In-适合标准型无功功率补偿

　　1.5In-适合过谐型无功功率补偿

　　1.12In-适合阻抗比13.7%的调谐型补偿

　1.19In-适合阻抗比6.92%型补偿

　　1.31In-适合阻抗比5.4%的调谐型补偿

　　短路保护整定值的设定：

　　10In-适合所有补偿类型

　　支路保护熔断器（Gg型）的选择：

　　1.6In-适合标准型和过谐型无功功率补偿

　　1.5In-适合调谐型无功功率补偿

　　针对不同的补偿类型，施耐德电气公司提供推荐配置方案，其中包括各级保护元件的型号，详细请参阅《无功功率补偿系统选型指南》，样本号LV-1177。

　　1.3电容控制器选择

　　施耐德电气公司提供三种型号的电容控制器，包括6步电容控制器NR6，12步步电容控制器NR12和可增加通讯功能的12步电容控制器NRC12，成套厂可根据实际需要选择电容控制器。

当选择NRC12控制器实现通讯功能时，需要配置通讯功能适配器。

　　2施耐德电气无功功率补偿产品安装

　　施耐德电气公司的补偿系统关键元器件有相应的安装要求，以保证补偿柜内元件的高效可靠运行。

　　2.1Varplus2电容器安装要求

　　施耐德电气公司的Varplus2电容器为模块化组装电容器，可由不同的电容器单元组合成电容器组，见图3。

图3

　　针对不同电压等级的Varplus2电容器单元，规定相应的最大物理组合容量或数量，见表1，只有符合规定的安装才能保证电容器的散热条件。

　　如果单步容量或数量大于规定要求，可以将Varplus2电容器分组安装，每组之间至少留25mm通风距离，见图4。

　Varplus2电容器的固定安装可以采用垂直或水平安装方式。

采用垂直安装方式时，电容器必须固定在通风良好的支架上或冲孔的底板上，见图5;不能固定在封闭的底板上，这将影响电容器的正常散热，导致电容器故障率提高，见图6。

图5

图6

　　Varplus2电容器的固定扭矩必须大于19N.m，以保证电容器于电缆或铜排的可靠连接，见图7。

图7

　　2.2DR调谐电抗器安装要求

　　DR调谐电抗器必须垂直安装在通风良好的支架或底板上，见图8;不能采用水平的安装方式，如图9。

DR调谐电抗器周围必须留至少30mm的通风距离，见图10。

图8

图9

　　2.3调谐型无功补偿柜元件布置要求

　　调谐型无功功率补偿柜内的电容器和电抗器安装应符合元件安装要求，将电抗器安装在单独的小室，便于通风和散热，见图11。

图11

　　3施耐德电气无功功率补偿柜通风系统要求

　　采用施耐德电气无功功率补偿元件的无功补偿柜运行环境应符合IEC60439-1规范，即：

　　配电室内最高温度≤40℃

　　配电室内24小时平均温度:

≤35℃

　　配电室内年平均温度:

≤25℃

　　最低温度:

-5℃

最大高度:

2000m

　　补偿柜的单柜安装容量应不大于最大安装容量，常用柜型的最大单柜安装容量见表2。

　　采用施耐德电气无功功率补偿元件的补偿柜必须具有符合要求的通风系统，通风系统构成原则为：

　　补偿柜内气流从下向上流动，见图12

　　气流必须经过所有的元件,并且严禁受阻

　　排风扇到元件的最小间距为100mm，见图13

　　风扇通风量的选择:

实际计算通风量的1.67倍

　　根据不同的补偿类型和补偿容量，采用适合的通风系统，

　　表3标准型无功功率补偿柜的通风系统要求

　　表4调谐型无功功率补偿柜的通风系统要求

 　　补偿柜通风量计算和散热风扇选型举例：

　　400V/50Hz,容量为250kvar（1×50kvar+2×100kvar）的调谐型无功补偿系统

　　防护等级:

IP21，调谐频率:

215Hz

　　通风量计算：

（1）电容器部分

　　计算通风量：

Fcap=0.75×250=188m³/h（计算通风量）

　　风扇选择依据：

Ffan=188×1.67=314m³/h

　　风扇选型：

需要一个350m³/h的风扇

（2）电抗器部分

　　电抗器热损耗功率：

Ps=320+2×480=1280W

　　计算通风量：

FDR=0.3×1280=384m³/h（计算通风量）

　　风扇选择依据：

Ffan=384×1.67=641m³/h

　　风扇选型：

需要两个350m³/h的风扇