低压配电系统无功补偿滤波设计

投切容量 Kvar
Hz 谐振频率 谐振次数
22.4
16.7
13.9
12.1
10.9
10.0
9.3
8.7
投入更多电容补偿会造成谐波电压超过国标限值要求
THDv=3.2%
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THDv=4.2%
19
案例3

纯电容补偿放大谐波
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20
案例3 – 电容器放大谐波
背景资料


某商业数据中心配电系统
330Kvar纯电容型无功功率补偿（1*50Kvar+7*40Kvar） 配电系统主要用电设备为三相UPS电源，产生大量5，7，11，13次等非 零序奇次谐波
电流波形 （电容器未投入）
THDi=20% （电容器未投入）
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13
案例2 – 电容器放大谐波
a
系统等 效感抗
|Z|(Ω)
系统+电容阻抗
系统阻抗
Ih
纯电容补偿
b
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250 （5次谐波）
350 f(Hz)
15
案例2 – 电容器放大谐波
原理分析 – 并联谐振频率的计算
Ish Xl Ih Uh
1 L. C z 1 L C
Ich Xc
变压器容量
2hf
1 C
产品特点


应用场合

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33
非调谐补偿滤波方案 应用
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34
调谐型无功功率补偿选型
工业配电系统特点

三相非线性负载为主
主要产生5，7，11次等非零序谐波 电抗率7％，调谐频率189Hz
工业配电系统非调谐补偿滤波方案


抑制5次及以上的谐波污染

2010－4－8

电抗器会“吃掉”一部分电容器容性无功
电抗器会“抬升”电容器端电压 电容器输出容量与工作电压相关 ？？？？？？

演示计算
采用标准配置的RCT单元或RVM模块 不需要单独计算电容器电抗器参数 型号容量即为补偿回路整体输出容量 如：RCT-25/P7 ------ 400V 25Kvar输出容量
单步：50Kvar：40Kvar：40Kvar： 40Kvar： 40Kvar： 40Kvar： 40Kvar： 40Kvar 累计：50Kvar：90Kvar：130Kvar：170Kvar：210Kvar：250Kvar：290Kvar：330Kvar
投切容量Kvar 谐振频率Hz 谐振次数
50 1118.0 22.4
线性负载 I
U
电阻加热器 白炽灯 …
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变频器 UPS电源 荧光灯
电脑 整流器 电梯
开关电源 中频炉 ……
5
谐波的产生
产 生 电 流 谐 波
产 生 电 压 谐 波
非线性负载
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电流谐波
电源电缆阻抗
电压谐波
6
谐波对无功补
偿电容器的影响
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7
案例1

电容器异常发热失效
未投入电容器
投入30Kvar电容器
投入90Kvar电容器
投入120Kvar电容器
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谐波的危害
谐波与无功补偿电容器的互相影响
发热 产 生 谐 波 造 成 影 响 乏值损失严重
击穿
寿命减少 与系统产生谐振 ……
干 扰 设 备 谐波放大
造 成 影 响
非线性负载
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谐波
电容器故障
17
案例2 – 电容器放大谐波
投切容量Kvar 谐振频率Hz 谐振次数 50 1118.0 22.4 90 833.3 16.7 130 693.4 13.9 170 606.3 12.1 210 545.5 10.9 250 500.0 10.0 290 464.2 9.3 330 435.2 8.7
问题与现象

投入两路电容器后，谐波放大 严重
-
THDi从20%增加到30% THDv从3.2%增加到4.2%
电流波形
电流波形


补偿无法达到目标功率因数

THDi=20%
THDi=30%
THDv=3.2%
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THDv=4.2%
14
案例2 – 电容器放大谐波
原理分析 – 纯电容补偿对谐波的放大原理
系统+电容阻抗 系统阻抗
Ih
b
50 189 250 350
f(Hz)
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26
解决方案–RCT非调谐无功补偿滤波
非调谐补偿滤波 － 原理（7％，189Hz举例）
a
系统等 效感抗
|Z|(Ω)
非调谐补偿
系统+电容阻抗 系统阻抗
Ih
b
50
f(Hz) 189 250
容性
350
感性
27
2010－4－8
kVA 100 fr 50 kVAR Iz
无功补偿容量 变压器短路阻抗
分母 L
等于零
为谐振条件
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16
案例2 – 电容器放大谐波
原理分析 – 实例计算

变压器容量Sn=1250Kva
变压器短路阻抗 5% 无功补偿分步容量
fr 50
kVA 100 kVAR Iz
解决方案–RCT非调谐无功补偿滤波
案例分析

非调谐补偿滤波效果
纯电容器组补偿
RCT非调谐补偿
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28
设计
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非调谐补偿滤波方案 构成方式
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30
方式1
RCT非调谐补偿滤波单元
RCT非调谐补偿滤波单元


由RCT专用滤波电容器和RTF滤波电抗器组成
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8
案例1 – 电容器异常发热失效
背景资料


商业建筑物低压配电系统
采用纯电容型无功功率补偿 配电系统非线性负载主要为荧光灯和办公设备 产生大量3，5，7，11次等奇次谐波

电流波形
THDi=26%
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9
案例1 – 电容器异常发热失效
问题与现象


电容器表面温度>70 ℃

PR-3000系列功率因数控制器

功能丰富的静态/动态功率因数控制器 完善的故障报警和保护功能，确保设备安全可靠运行 丰富的电气参数测量功能 优化的菜单设置，友好的操作界面，具备通讯功能 PR-3000系列
商业写字楼配电系统纯电容谐波放大案例

变压器容量Sn=800Kva
短路阻抗Usc%=6% 无功补偿4*30Kvar=120Kvar 主要负载：荧光灯，办公设备 产生3，5，7，11，13次等奇次谐波
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案例3 – 电容器放大谐波
理论数据与实测数据
投切容量Kvar 谐振频率Hz 谐振次数 30 1054.1 21.1 60 745.4 14.9 90 608.6 12.2 120 527.0 10.5
产品优势

采用480V（7%）和525V（14%）电容器 单元回路额定电压提高到440V H级绝缘，纯铜绕组电抗器


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PR系列控制器
PR-8D系列功率因数控制器


简单便捷的静态功率因数控制器
人性化的参数自学习设置程序，使设置简单 简洁、直观的前面板界面，易于操作和获取信息 电容器组的任意组合功能，方便应用 PR-8D系列

产品特点

良好的兼容性，可以与各种柜体轻松匹配 集成化的安装及优化的母线系统使安装更加简便， 扩容方便


标准化设计与制造，性能可靠
检修方便，便于维护
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方式3
RVP非调谐补偿滤波柜
RVP非调谐补偿滤波柜

以RVM模块为基础集成安装构成的非调谐补偿滤 波成套柜
品牌成套补偿滤波柜，标准化的柜体设计与制造， 实现元件与柜体的完美配合 最优化的元器件布置，可靠的通风散热系统 无功补偿滤波柜独立使用的场合 有特殊需求的用户
电容器失效
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案例1 – 电容器异常发热失效
原理分析


配电系统谐波污染严重
并联电容器对谐波呈现较低阻抗 谐波导致电容器过载
Z
ZC

ZC
Zc =
C
=
(2f)C
如 f 增加
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案例2

纯电容补偿放大谐波
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12
案例2 – 电容器放大谐波
90 833.3 16.7
130 693.4 13.9
170 606.3 12.1
210 545.5 10.9
250 500.0 10.0
290 464.2 9.3
330 435.2 8.7
根据计算，当投入到第二步（90Kvar）时，谐振频率处于16.7次谐波位置，容易引起 17次典型谐波放大
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专为谐波污染配电系统的无功补偿和滤波设计
产品优势

采用480V（7%）和525V（14%）电容器 单元回路额定电压提高到440V H级绝缘，纯铜绕组电抗器

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31
方式2
RVM非调谐补偿滤波模块
RVM非调谐补偿滤波模块

由滤波电容器、滤波电抗器、接触器(RVM) / 晶 闸管（RVM-T）、熔断器、母线系统及相应的安 装结构件集成安装构成
23
内容
1
2
案例分析 - 谐波污染与无功补偿
解决方案 - 非调谐补偿滤波方案原理与设计
3
产品简介 - 埃特罗斯电气补偿滤波产品
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24
原理
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解决方案–RCT非调谐无功补偿滤波
RCT非调谐型无功补偿滤波原理（7%非调谐补偿举例）
a
系统等 效感抗
|Z|(Ω)
非调谐补偿滤波回路
-
2*RCT-25/P14+ 4*RCT-50/P14
小容量补偿 以150Kvar为例 各电容器（组）均采用25Kvar
-
6*RCT-25/P14

2010－4－8 40
电气设计师的常见问题4
主、辅柜原则


单台变压器下补偿容量≤300Kvar建议采用单柜方式
单台变压器下补偿容量＞300Kvar建议采用主辅柜方式 柜体尺寸1000mm*1000mm*2200mm
原理分析 – 实际案例数据
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18
案例2 – 电容器放大谐波
原理分析 – 风险分析

如果投入到第5步时，将造成11次谐波放大
50 1118.0 90 833.3 130 693.4 170 606.3 210 545.5 250 500.0 290 464.2 330 435.2
35
调谐型无功功率补偿选型
建筑配电系统特点

单相和三相非线性负载为主
主要产生3，5，7次等谐波 电抗率14％，调谐频率134Hz
建筑物配电系统非调谐补偿滤波方案


抑制3次及以上的谐波污染

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36
电气设计师常见问题
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37
电气设计师的常见问题1
电容器实际工作电压？
RTR产品解决方案

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39
电气设计师的常见问题3
补偿滤波的步数和组合

大容量步组合 以300Kvar为例 各电容器（组）均采用50Kvar
-
6*RCT-50/P14
大容量、小容量相结合 以250Kvar为例 配置1-2组25Kvar电容器（组） ，其余电容器（组）均采用50Kvar


电抗器抬升电容器端电压如何量化？
计算演示
RTR产品解决方案

7%非调谐补偿方案采用480V电容器 14 %非调谐补偿方案采用525V电容器 采用额定电压为440V的滤波电抗器
补偿回路的 额定电压为 440V
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38
电气设计师的常见问题2
电抗器和电容器如何匹配？


400V系统
-
基于RCT单元的静态非调谐无功补偿滤波方案 基于RCT单元的动态非调谐无功补偿滤波方案

基于RVM模块的静态/动态非调谐无功补偿滤波方案
静态非调谐无功补偿滤波方案 动态非调谐无功补偿滤波方案
43
690V系统
-
2010－4－8
2010－4－8
44
设计图例ห้องสมุดไป่ตู้
建筑物低压配电系统的补偿滤波案例 － 300Kvar/14%
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41
非调谐补偿滤波方案 设计说明
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42
推荐方案概览
建筑场合应用方案– 14%，134Hz

400V系统
-
基于RCT单元的静态非调谐无功补偿滤波方案 基于RCT单元的动态非调谐无功补偿滤波方案 基于RVM模块的静态/动态非调谐无功补偿滤波方案
工业场合应用方案 – 7%，189Hz
低压配电系统无功补偿滤波
设计
内容
1
2
案例分析 - 谐波污染与无功补偿
解决方案 - 非调谐补偿滤波方案原理与设计
3
产品简介 - 埃特罗斯电气补偿滤波产品
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2
谐波
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3
谐波的产生
线性负载
非线性负载
U I

施加一个正弦 波电压时它吸 收的电流也是 正弦波的负载
施加一个正 弦波电压, 它吸收的电 流为非正弦 的负载
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45
内容
1
2
案例分析 - 谐波污染与无功补偿
解决方案 - 非调谐补偿滤波方案原理与设计
3
产品简介 - 埃特罗斯电气补偿滤波产品
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产品概览
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RCT系列非调谐补偿滤波单元
由RCT专用滤波电容器和RTF滤波电抗器组成
专为谐波污染配电系统的无功补偿和滤波设计