中蓝连海设计研究院
摘要：为企业节约能源、降低能耗、提高电网质量，防止谐波电流和无功电流注入电网，降低负载的功率因数，对电网造成污染，影响了电能质量，威胁企业供配电系统的安全可靠运行和电气设备的正常使用，合理选用电容补偿装置显的尤为重要
关键词：电容器；电容补偿装置；谐波电流；供配电系统
1、引言
选矿厂的主要用电设备为破碎机、振动筛、浮选机、球磨机、浓密机、压滤机、皮带运输机及各类泵等，除球磨机电机通常采用同步电机外，其它用电设备均采用异步电机，同时由于工艺需要，大量的变频调速设备投入使用，这些具有非线性特性设备产生了大量谐波电流，降低了负载的功率因数，对电网造成污染，影响了电能质量，威胁电网的安全运行和电气设备的正常使用。虽然球磨机的同步电机可以靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的，但球磨机通常为高压同步电机，根据无功补偿装置宜就地平衡补偿原则，同时为了节约能源、降低能耗、提高电能质量，在选矿厂变电所低压侧合理设计无功功率补偿装置，以保证用电设备的安全运行也显的尤为重要。
2、无功功率补偿装置容量的选择
目前对于生产企业内部变电所功率因数没有硬性规定，但企业出于节约能源、降低能耗、提高电能质量考虑，通常在变电所设计时把最大负荷时的功率因数控制在0.9以上，如达不到要求，则考虑选用无功功率补偿装置进行无功补偿。
以选矿厂破碎变电所为例，负荷计算见表1：
由负荷计算表1知，补偿前功率因数COSφ1=0.72，计算有功功率Pjs=310.68kW，假如补偿后功率因数COSφ2=0.9，则计算无功补偿容量为：
Qc=Pjs（tanφ1-tanφ2）=149kvar
由上述计算结果选用补偿总容量可确定为150kvar，每组电容器按15kvar，共需10组的电容器组即可满足要求。
从上述的计算来看，我们在选择电容器的补偿容量的过程中，没有牵涉到电压这个参数，而实际上电容器的实际补偿容量是与系统额定工作电压有关的，这可从电容器的计算公式中看出。
电力电容器的额定容量或额定无功功率公式为：
Q＝2πfCnUn2
式中：Q—电容器的额定容量（kvar）；Cn—额定电容（μF）；Un—额定电压（kV）；f—频率（Hz）。
由上述电力电容器的额定容量的计算公式可以知道，电容器的补偿容量与电压的平方成正比关系。如选择的电容器型号为BSMJ-0.4-15-3，那么在系统电压为0.38kV时，电容器的实际补偿容量仅为13.54kvar；如选用的电容器型号为BSMJ-0.45-15-3，那么在系统电压为0.38kV时，电容器的实际补偿容量仅为10.7kvar。因此在系统最大负荷情况下，无功补偿容量严重不足，实际补偿后的功率因数达不到0.9以上。因而，在进行无功功率补偿的容量计算时，要根据系统运行电压和所选用的电容器额定电压进行修订计算，算出实际需要的无功功率补偿容量。计算公式为：Qc实际＝Un电容2/Un系统2×Qc。
根据《并联电容器装置设计规范》（GB50227-2008）中规定：电容器额定电压应能承受1.1倍长期工频过电压的要求。设计选择电容器额定电压为0.45kV，则实际无功功率补偿容量为：Qc实际=0.452/0.382×149=209 kvar。由上述计算结果确定选用补偿总容量为250kvar，共10组，每组电容器容量25kvar。
3、无功功率补偿装置方案的选择
由于在选矿厂中变频器等非线性负载越来越多的使用，配电系统中的谐波污染也越来越严重，虽然产生的谐波电流对全厂电网系统来说影响较小，但由于频率增加时电容性电抗减小，造成电容器对供电电压的谐波分量特别敏感，也就是说相对较小比例的谐波电压可以引起很大的电流流入电容回路造成电容过载，严重时谐波电流还会引发谐振，在电容上产生更大的谐波电流，导致电容器过热，甚至发生电容器爆炸。为防止此类现象的发生，确保用于提高功率因数的电容器组可以正常运行，通常做法是在电容器中串联谐波抑制电抗器，是否需要串联谐波抑制电抗器可通过表2进行判断。
4、结论
为企业节约能源、降低能耗、提高电网质量，在选矿厂供配电系统设计中，在电容器容量选择上不仅考虑了供配电系统的额定补偿需求量，还应综合考虑电网电压与电容器的额定电压之间的关系；同时在方案选择时考虑到变频器等非线性负荷所产生的谐波电流对电容器的影响。使设计选型的电容补偿装置满足了使用要求，保证了电能质量，提高了企业的生产效率及经济效益。
参考文献：
[1]GB50227-2008《并联电容器装置设计规范》[S].北京：中国计划出版社，2009.
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[5]法国施耐德电气有限公司.电气装置应用（设计）指南 [M].北京：中国电力出版社，2006.
论文作者:曹红涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/26
标签：电容器论文; 谐波论文; 电压论文; 功率因数论文; 电网论文; 容量论文; 电容论文; 《电力设备》2017年第5期论文;