好文推荐 | 低压供配电系统无源型无功补偿技术探讨

一  概述

为满足供电公司对用电企业公共连接功率因数的考核，以及降低线路无功线损、降低变压器无功损耗、提高变压器使用效率等众多需求。各工商企业均会在高低压供配电系统中设置有源或无源的无功补偿装置，现目前应用最广的依然是无源型电容器无功补偿装置。在运行管理中，无源型无功补偿装置故障率居高不下，因电容器故障引起的爆炸、火灾等安全事故屡见不鲜，如：若负载侧谐波电流过多的流入低压无源无功补偿支路，将造成铁芯电抗器发热、无功补偿柜运行温度过高；加速电容器老化调谐点偏离，长期运行存在谐振的风险。

本文针对在相对较小的低压供配电系统内，无源型无功补偿装置电容器、电抗器的选择问题进行仿真计算与对比，以计算在小容量供配电系统中，电容器安装容量大小、电抗率的选择对流入电容器组谐波电流的影响。

（来源：亚洲电能质量联盟  ID：APQI20080919  ）

二  调谐点的常规选择

根据相关规范要求，串联电抗器调谐点次数应小于负荷谐波特性的最小次数。

例如：负荷中存在5次谐波电流，则低压无功补偿电容器的电抗率应选择7%（调谐点3.77）左右；若存在3次谐波电流，则电抗率应选择14%（调谐点2.67次）左右。

目前大多数企业均采用6脉整流变频器装置以应对生产线工况的变化，而6脉整流变频装置的特征谐波为6N±1次（如：5次、7次、11次、13次等），故大多数低压无功补偿装置电抗率设置为6%或7%。

三  常规技术方案对比

3.1 电抗器在低压供配电系统无功补偿装置的作用

目前低压无功补偿装置电抗器主要作用有以下几点：

1）避免负载侧谐波电流被放大后流入系统；

2）使负载侧谐波电流尽可能少的流入低压补偿电容器组，保护电抗器、电容器安全稳定运行。

3）增大补偿电容器前端的短路阻抗，避免电容器组在投切时，涌流过大。

3.2 各方案仿真对比

3.2.1 对比方案选择

本次仿真计算以表3-1三个方案的参数作为计算依据，方案以同一短路容量的低压供配电系统、不同电容器安装容量与不同电抗率的选取为原则进行对比仿真（仿真计算模型见附录A）。

表3-1 仿真计算方案参数

注：系统短路容量按国标中0.4kV规定的基准短路容量计算。

3.2.2 方案一仿真计算

图3-1 方案一的滤波系数kh值曲线

表3-2 方案一的各次滤波系数表

其中K_h为各次谐波电流滤波系数；I_sh为流入系统的各次谐波电流；I_ιh为谐波源的各次谐波电流。例如：负载产生5次谐波电流约81%将流入系统，约19%将流入电容器组中。

3.2.3 方案二仿真计算

图3-2 方案二的滤波系数kh值曲线

3-3 方案二的各次滤波系数表

3.2.4 方案三仿真计算

方案三的滤波系数kh值曲线

表3-4 方案三的各次滤波系数表

3.3对比结果

以5次谐波电流为例：

方案一（70kVar、7%串抗）：流入低压无功补偿单组电容器组的5次谐波电流约为19%。

方案二（35kVar、7%串抗）：流入低压无功补偿单组电容器组的5次谐波电流约为10%。

方案三（70kVar、14%串抗）：流入低压无功补偿单组电容器组的5次谐波电流约为6%。

由上述对比可见，为避免负载侧产生的谐波电流过多流入单组电容器组，方案三的效果最佳。

四结束语

根据以上仿真分析，笔者认为在无源型低压无功补偿集成时，尤其是小容量低压供配电系统，单只电容器安装容量与电抗率的选择，需要综合考虑影响系统短路容量的参数（如：供电变压器容量、变压器短路阻抗、系统阻抗）、电容器组对谐波电流的耐受程度等问题。

在成本满足条件的情况下，尽可能的选择14%的电抗率或单只电容器容量尽量选的小，以免谐波电流过多的流入补偿电容器组，影响企业供配电系统安全稳定运行。

故笔者认为这也是为何有群友在群内提出有国外学者认为，无论负载侧的谐波电流特性是否有3次谐波电流的存在，均建议电抗率选择14%的原因所在。

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