低压无功补偿柜设计要点浅解析

孟宪丽

（海南金盘智能科技股份有限公司）

0 引言

无功功率所具备就地平衡性能，可以对无功电流在系统中的流动进行有效控制，降低电网中原件电压降以及功率损耗等情况，可以为变电所稳定性运行提供可靠保障，是变电系统安全运行的重要影响因素。为达到理想化变电所运行效果，确保变配电系统运行能够达到最佳，对低压无功补偿柜设计展开深入性研究显得极为必要。具体研究时，首先需要明确无功补偿基本原理，以便为后续高质量设计提供参考。

1 无功补偿柜工作原理

通过对无功补偿柜工作原理的分析可以发现，电动机等感性负载设备在进行使用过程中，需要先展开交变磁场的建设，而交变磁场的建设会消耗掉一定无功功率。如果处于没有功率的状态下，电机无法正常进行运转，并不会产生相应转动。设备会运用一部分有功功率进行做功，另一部分不做功的无功电流，随着电流数值的不断增加，使得系统中总电流发生变大状况[1]。如果出现感性负载无功电流数值超过相应标准的情况，会直接影响功率因数，导致电线路负担逐渐增加，电力变压器以及发电机的带负荷能力会随之降低，直接影响线路以及电力设备的整体利用效率，导致线路功率损耗出现增加趋势。为对此种问题进行有效解决，需要通过安装额外无功补偿设备的方式，通过人为手段提高整体系统功率因数水平，保证系统运行电流能够得到合理控制，进而达到理想设备利用率。常规手段是通过配备并联电容器的方式，通过释放无功电流的方法，运用电容器无功电流对系统中所需无功电流进行抵消，解决感性负载电源之间无功能量交换问题。

2 无功补偿柜基本构成

无功补偿柜的主要组成包括以下几方面内容：①控制部分。主要以控制器为主，是无功补偿整体控制装置，能够通过发出指令的方式对投切开关进行控制，可以达到切除或投入电容器的效果，同时还包括温控器等二次元件设施；②显示部分。包括指示灯以及电流表和电压表等；③投切部分。包括同步开关以及接触器等；④保护部分。包括避雷器以及熔断器等设施。因为各配变电系统并不相同，在运行要求以及运行环境方面存在一定差异，所以柜体组成也存在着一定的不同，需要按照具体情况进行详细设计[2]。

3 低压无功补偿柜设计要点分析

为更好地对低压无功补偿柜设计要点展开分析，将通过某变电所0.4kV低压无功补偿柜设计要点，对补偿柜设计相关内容展开详细介绍。

3.1 工程案例基本情况分析

本次工程为10/0.4kV变电所工程，0.4kV低压无功补偿柜设计质量会对整个变配电系统运行产生直接影响。在进行补偿柜设计过程中，不仅要对补偿容量选择展开计算，同时还要对环境温度和寿命、电抗率和谐波选择等内容展开分析，合理进行投切方式筛选与无功功率补偿控制器选择和运用，以便达到最佳的低压无功补偿柜设计效果，保证变配电系统整体运行性能[3]。

3.2 低压无功补偿柜设计

（1）电容器使用期限与环境温度

在对电容器环境温度进行选择过程中，需要按照电容器柜内整体环境温度情况，对相应温度进行分析和研究。切记不可按照房间环境温度进行选择，以防出现温度设计失误的状况。主要是因为，通常房间环境温度会低于电容器的环境温度，如果采用房间环境温度进行选择，很容易会出现所选现温度不达标的问题[4]。厂家在进行生产时，会对电容器样本进行使用寿命标注，使用寿命标注最高环境温度，便是温度使用寿命。对使用寿命进行比较过程中，需要以同一基础温度为标准，进行综合分析与比较。由于电子元件温度出现上升状态时，相应可靠性也会随之下降，使用寿命会出现减小的状况，所以环境温度和电容器的老化速度与使用寿命有着密切关联，需要合理进行温度选择。

（2）额定电压、电抗率以及计算容量

1）电抗率。在进行电抗率选择过程中，需要对谐波次数以及限制涌流两项内容进行分析。如果谐波次数在五次或者超过五次，建议电抗率选取5%；如果谐波次数在三次及以上，建议选择12%，也可使用12%和5%混装的方式。如果电容器接入电网谐波相对较低，此时谐波含量在40%以下，在进行电抗率的选取时，需要控制在0.1%到1%之间[5]。如果三次谐波含量均超过国家标准，则需要将电抗率设置在12%或进行5%和12%混装。谐波在五次或五次以上状态时，且谐波含量超过国家标准规定，建议将电抗率设置在5%左右。如果谐波的来源主要以0.4kV低压侧为主，可以将其设置为6%；如果来源于变压器高压位置，需要设置为4.5%。应按照谐振点频率和电抗率之间对应关系，合理进行电抗率的设置。

2）额定电压。当电容器和电抗器处于串联状态时，电容器端电压会出现上升趋势，电容器实际端电压以及额定电压和系统标称电压之间有着密切关联，可以利用几种电压和电抗率进行额定电压的计算，进而确定最佳的额定电压数值。

3）额定容量、计算容量与实际运行最大输出容量。需要按照系数法展开无功补偿容量计算，确定补偿后功率因数具体情况[6]。根据额定电压以及母线电压等数值，科学展开额定容量计算，明确额定电压下输出具体容量，根据补偿容量和额定容量之间转换系数，完成相应转算工作，得到相应容量数值具体结果。

（3）投切方式筛选

投切方式主要包括瞬时投切、延时投切两种方式，其中后一种投切方式主要以静态补偿模式为主，会通过对传统接触器动作的运用，对电容涌流问题进行抑制。前一种投切方式主要以动态补偿模式为主，会通过对数字技术以及半导体电力器件的应用，利用晶闸管投切模式进行投切操作[7]。接触器投切电容器装置，具有控制方便以及结构简单等方面的优势，不仅成本较低，而且性能稳定性较好，但在合闸过程中会产生过电压以及过电流问题，会对串联抗电器以及电容器运行产生不良影响。在对滤波支路进行切除过程中，触头位置恢复电压数值相对较高，可能会出现开关重燃的情况，而且重复多次的击穿操作，也会使电容器产生过高电压，进而造成设备损坏。晶闸管投切电容器，具有开关无触点以及投切精准度高等方面的优势，能够在电压过零点时进行精准投切，不仅冲击电流较小，而且电压波动整体较弱，能够高质量展开动态化的无功补偿处理。但其在使用过程中存在成本过高以及发热严重等方面的问题，在具体进行投切设备选择过程中，需要通过对综合情况的分析，确定最佳的投切设施。

（4）无功功率补偿控制器

控制器是无功补偿装置的主要指挥系统，具备参数设定以及发送投切信号等方面性能，需要高质量完成运算、采样以及测量等操作[8]。通常控制器均由电容器厂家配套提供，在对控制器进行筛选过程中，需要保证其能够与电容投切回路数相符合，能够按照相应回路合理进行控制器的筛选与应用，保证控制器运用效果能够达到预期。

3.3 补偿柜设计注意事项

设计时的具体注意事项如下：①需要按照现场负载变化情况，对投切开关类型进行科学选择，若负载类型相对较为稳定，整体电流波动并不明显，可以选择静态投切补偿装置；②需要按照现场负载变化情况，对无功补偿控制器模式进行选择，确定选择动态控制器或静态控制器；③在对无功补偿柜内回路保护进行设计过程中，需要运用一体式快速熔断器隔离开关，展开回路隔离以及短路保护处理，根据国家标准要求，对无功补偿装置进行选择，避免使用微型断路器展开回路保护操作，以防因为电容器属于容性负荷类型，导致微型断路器分段能力无法满足相应要求；④在进行电容器的选型过程中，需要对系统电压以及和电抗器串联之后的抬升电压相关内容进行分析，按照实际需求配置额定电压等级电容器设备，保证电容器能够正常进行使用；⑤需要保证无功补偿装置的通风散热效果，合理对电容器室温度进行控制，避免出现电容器内部温度过高问题，可通过在补偿柜中安装通风散热设施的方式，确保温度可以被控制在合理范围之内。如果整体环境温度相对较高，可通过安装空调的方式进行温度调节，保证补偿柜内电容器运行寿命能够得到切实延长，避免因为环境高温问题导致电容器使用受到严重干扰。

4 结束语

由于变电所低压侧的补偿柜设计，会对整体变电所运行产生直接影响，所以技术人员需要对补偿柜设计要点予以高度关注，不仅要掌握无功补偿柜基本工作原理以及基本组成内容，同时还要按照变电所的基本要求，根据变配电系统运行情况，合理展开补偿柜设置方案设计。需要对环境温度以及投切方式等进行合理分析与安排，以便达到最优化的设计效果，确保补偿柜的作用与价值能够得到充分性发挥。