《高压并联电容器装置在黄家房子泵站设计中的应用》
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摘 要：泵站高压电机多采用高压并联电容器装置进行补偿,通过对泵站实例分析,提出了高压水泵电机补偿方案,得出了实际补偿容量计算过程,为高压水泵电机补偿方式的选择确定理清了设计思路.
关键词：并联电容器;电抗率;串联电抗器
1背景介绍
水利工程为民生工程,随着经济的发展,越来受到国家的重视,供水、排涝泵站在水利工程建设中占有较大比例,在泵站设计中,水泵电动机大多采用交流异步电动机,而具有一定规模的泵站,多采用高压水泵电动机,本文选取已投入运行的工程天津市西青区黄家房子泵站实例,仅对高压异步电动机在运行中需要配置高压无功补偿装置进行分析论述.西青区黄家房子泵站位于天津市西青区辛口镇境内新开挖的郑庄子排干末端,地处子牙河右岸,距上游独流减河进洪闸6.3km,距下游防洪闸5.7km.该泵站的主要任务是将原黄家房子排水区产生的涝水排入子牙河,同时兼顾从子牙河引水灌溉,其设计排涝流量10m3/s,主泵房安装3台1200ZLB（Q）-100（-2°）型立式轴流排涝泵,配套安装3台电机,单机容量280kW,总装机容量840kW.
2泵站电气主接线
电源利用附近两路10kV架空输电线路作为本站的供电电源,将两路电源引至泵站旁变电站,两路电源1用1备.设2台SC13-1250kVA主变压器,降压至6kV供3台280kW主水泵电机用电.10kV高压侧采用线路-变压器单元组为泵站供电,降压变电站设置2台主变压器为泵站主水泵供电,2台主变互为备用,每台变压器的设计容量均能满足泵站所有机组同时运行.6kV线路低压侧采用单母线分段接线,分段处设置自动投切装置,当工作电源失电时,备用电源自动投入运行,同时设置机械互锁及电气互锁.另设置2台SC13-200kVA站用变压器,为泵站机组操作、直流系统、水泵辅助设备、照明、检修、闸门、管理等供电,2台站用变压器互为备用.
3补偿后的功率因数确定
《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则 》对功率因数的考核中要求,100kVA及以上高压供电的电力用户,在用户高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95;其他电力用户,功率因数不宜低于0.90.
4单台电容器柜补偿容量的确定
本工程水泵电机单台功率为280kw,补偿前功率因数为cosφ1等于0.74,补偿后功率因数为cosφ2等于0.95,电机效率92.7%.
根據GB50227-2017中5.5.2的要求,结合水利工程运行实践经验,串联电抗器的电抗率选取5%较为合适.
电容器的额定电压计算为UCN等于1.05USN/√3/S/（1-K）
UCN：单台电容器的额定电压（kV）;
USN：电容器接入点电网标称电压（kV）;
S：电容器组每相的串联段数;
K：电抗率.
UCN等于1.05×6/√3/1/（1-0.05）等于3.83kV
据DL/T604-2009,7.3表1,单台电容器的额定电压选取6.6/√3kV;
《电力工程电气设计手册电气一次部分》式9-1,由单台电动机运行时电容器的基波补偿容量Qcf,m等于Pfm×[tg（arccosφ1）- tg（arccosφ2）]等于280×（0.908928-0.328684）等于162.5kVar
单台电动机运行时电容器实际安装容量Q’等于 Qcf,m×U2CN /U2SN等于162.5×6.62/62等于196.6 kVar,结合电容器单台标准容量值,选取3台67 kVar电容器.两台电动机运行时电容器实际安装容量Q”等于196.6×2等于393.2 kVar,结合电容器单台标准容量值,选取3台134 kVar电容器.
根据水泵运行方式,最少1台水泵运行,最多三台水泵同时运行.故单台高压水泵电机运行时,仅投入第一面高压无功补偿柜201 kVar;当两台高压水泵电机运行时,投入第二面高压无功补偿柜402kVar;当三台高压水泵电机同时运行时,两面高压无功补偿柜（201+402）kvar同时投入运行.
5串联电抗器型号的选择
根据GB50227-2017要求,选择5%外露磁场较弱的三相铁芯干式电抗器.其容量计算式如下：
串联电抗器每相额定感抗值XLe等于ωL,串联电抗率K等于 XL/XC等于5%,
串联电抗器的三相容量QLe等于3I2LeXLe.
以67kvar电容器串5%电抗器为例计算如下：
XC 等于 U2/ Q 等于（6.6/√3）2×1000/67等于216.716Ω
XL等于216.716×5%等于10.836 Ω
ICN等于ILe等于 U/ XC等于6.6/√3/216.716×1000等于17.583A
QLe等于3I2LeXLe等于3×17.5832×10.836/1000等于10kVar
串联电抗器的额定电压和绝缘水平,应符合接入处的电网电压,本工程中额定电压及绝缘水平均选择6kV电压等级,最终选用CKSC-10/6-5型干式铁芯电抗器.
6放电线圈的选择
开关柜内放电线圈一般采用电容器专用干式放电线圈,放电线圈需与电容器组直接并联连接,放电线圈的额定一次电压应与之并联的电容器组的额定电压（6.6/√3）一致,其绝缘水平不应低于同电压等级的电气设备绝缘水平,放电线圈的放电容量不应小于其并联的电容器容量,依据厂家提供的样本,最终选用FDGE-6.6/√3-1.7-1型干式放电线圈.
7熔断器的选择
户内高压开关柜内单台电容器容量一般不超过200kvar,容量较小,通常采用外熔断器进行保护.外熔断器熔丝的额定电流按照1.37-1.50倍的电容器的额定电流进行选择.以67kvar电容器为例,由上述电容器计算过程知,电容器的额定电流为17.583A,考虑高压开关柜内散热情况较差,取1.5倍额定电流进行计算为宜,即17.583×1.5等于26.375A,查厂家样本,取27A.最终选用HY5WR-10/27电容器专用型熔断器进行保护.8投切开关及避雷器的选择
10kV及以下高压开关柜内一般采用真空断路器或真空接触器对电容器组进行投切,并联电容器总回路中设置真空断路器,用来全部电容器组和开断总回路短路电流,考虑成本及频繁投切因素,分组回路一般采用真空接触器进行投切,真空接触器最终选用JCZ5-7.2D/630A.
为了限制电容器投切产生操作过电压幅值,在电容器电源进线侧紧邻电容器位置配置HY5WR-10/27型避雷器,2ms方波电流应不小于500A.
8结束语
高压并联电容器组以其具有的产品成熟、稳定可靠、适中等诸多优点,在水利行业泵站中得到了广泛应用.黄家房子泵站无功补偿装置投运后,最大负荷时功率因数仍能够在0.95以上,满足国家电网公司对于无功补偿设计的要求.
参考文献：
[1] GB50227-2017,并联电容器装置设计规范[S].
[2]DL/T5242-2010,35kV-220kV变电站无功补偿装置设计技术规定[S].
（作者单位：河北省水利水电勘测设计研究院）
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并联电容器引用文献:
[1] 并联电容器和高次谐波论文怎么写 关于并联电容器和高次谐波方面专科毕业论文范文2万字
[2] 并联电容器论文范文素材 关于并联电容器类学年毕业论文范文2000字
[3] 并联电容器和变电站学年毕业论文范文 并联电容器和变电站方面有关专科毕业论文范文10000字
