电容器计算

用电容器补偿，提高变压器、电抗器试验能力

目前我国中小型变压器生产厂扩大再生产，首先遇到一个普遍比较突出的问题，就是生产的试验能力不足。为了满足生产能力的需要，要求有高电压、大容量的试验设备，安装新的较大容量的发电机组以满足所需的试验能力。但是，这些试验设备的电源容量比较大，投资也比较大，因此很不经济。采用并电容器补偿的方法，改善试验回路的功率因数，减少试验电源的无功损耗，从而减少了从电网索取的电源容量。本文介绍了某试验站采用电容器并联补偿的方法，提高变压器、互感器的试验能力，以供交流和探讨。

1．电抗器、变压器试验用电构成，

1.1电抗器是电感性元件，其电抗值及损耗值往往是在额定负载及超额定负载下测定的，由于是电感性元件COSΦ很小，（COSΦ＝0.01- 0.02,Φ=88º－.5º），电抗器试验电源绝大部分是无功电流。

1.2变压器的空载试验电源,空载电源的无功分量Ipo和磁通Q同相，称为磁化电流，空载电流有功分量和磁化电流相比甚少，因此可以忽略不计,可以认为空载试验所测量的电流等于磁化电流。

1.3变压器的负载试验电源,负载试验时功率因数变化范围较大，对于小容量变压器COSΦ＞O.5即Φ＜60º，而对大容量变压器试验其大部分电流也是无功电流。

2试验的主要试验设备的配置与参数

2.1发电机组

额定容量Se=2000kVA

额定电压Ue=3150V

额定电流Ie=367A

功率因数COSΦ＝0.1

额定频率50H√

2.2中间变压器

额定容量 3000 kVA

额定电压 一次侧3kV

二次侧11、22、38.1 KV

额定电流 一次侧577A

二次侧157、79、45A

2.3电容器组

型号： BFM7-ll/√3-200-1W BFM7-ll/√3-10O-lW）

额定容量 Se=200kVAr Se=100kVAr

额定电压 11/√3kV 11/√3kV

额定电流 31.5A 17.5A

电容器组 200 kVAr,66台. 100kVAr,12台.总容量计14400KVAr

3 试验线路

电容器组补偿的电流可达756A，容量可达 14400 kVAr，为此把它们设置在中间变压

器与被试变压器之间，以达到电源容量少,做大容量变压器试验目的，试验线路如图所示。 1

图1试验线路图

其中G一发电机组，S1，S2一控制开关，B1一中间变压器，

B2一被试变压器，CT一电流互感器，PT一电压互感器，

C一电容器组

4电容器组的结构

电容器组结构如图2所示。每相共有 200kVAr,2 Xll台.100kVAr，2X2台，共计26台。每相电容器容量为4800kVAr，三相容量为 3X4800 kVAr =14400 kVAr。

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S—刀开关R一熔断器C一电容器

图2每相电容器配置图

每台电容器配置一台刀开关，一台高压熔断器。根据电容器补偿台数，刀开关可任意分合。电容器组由20kV瓷瓶支撑，对地绝缘可达到20kV。

电容器每台由熔断器保护电容器过流和短路，停电时，电容器组可通过中间变压器和电压互感器组合放电回路，对电容器进行放电。

5．电容器的接线方法

试验时经常做不同容量的变压器、电抗器试验，电压等级不一样，补偿电容器采取串、并联及电容器组的Y,d接线，补偿不同电压等级和容量的电抗器和变压器试验。四种接线方式如图3所示。 2

图3电容器组的四种接线方法

5.1电容器并联后,d接线，如图3－a，最大使用电压Ue=11/√3KV=6.35KV,最大补偿电流:如n台电容器并联，每台电容器电流为I,d接,则电容器组每相补偿电流为:√3nIA.

5.2电容器两台串联为—组,再n组并联,d接.如图3-b，最大使用电压Ue=2X11/√3KV=12.7KV,电容器补偿电流为：√3nIA.

5.3电容器并联后,Y接线，如图3－a，最大使用电压Ue=11KV.电容器组补偿电流为：nIA.

5．4电容器两串联后，Y接线，如图3－d，电容器组最大使用电压2xl1kV，电容器组补偿电流为：nIA.

由上述情况可知, 电容器组最大使用电压为22KV, 最大补偿容量为14400KVAr. 最大补偿电流为756A.

每台电容器对地绝缘为10/√3kV，两台串联后为22/√3kV，”为了解决对地绝缘问题,我们采用20KV瓷瓶将电容器组支撑起来,使电容器组对地绝缘达到20KV绝缘水平,保证电容器安全运行.

6. 电容器补偿的计算实例

6.1以计算一台40000kVA变压器温升为例，介绍一下计算过程，及补偿电容器应用情况。

变压器技术参数如下：

型号：SFZ9-40000/ll0

额定容量：40000kVA

额定电压：110/llkV

额定电流：210/2100A

联接组标号:YN,d11

高压分接范围:±8X1.25﹪ 3

空载损耗： 31 kw

负载损耗：163.7kw

总损耗： 194.7kw

短路阻抗：10.5 ％

Un19=99kV，In19=233A。

6.2施加于被试变压器的试验电压

U =UexUk％/√(P总/Pk75)=99x10.5％x√(194.7/163.7)=11.33 kV

6.3施加于被试变压器的试验容量

S=Se x Uk％x P总/Pk75=40000 x l0.5％ x 194.7／163.7=4995 kVA

6.4施加于被试变压器的试验电流

I = Ie x √(P总/Pk75)= 233x√(194.7/163.7= 2A

6.5发电机容量: 2000kVA，电流: 367A, 电压: 3.15kV，发电机按输出300A选用。

6.6中间变压器容量:3000KVA, 低压侧: 3kV，高压侧选11KV, 电流157A， 当中变一次输入为 3．15kV，二次输出电压为 11．55kV＞ll kV（设计时变 压器可以过励磁）。

中变高压输出电流300x3000／11000 = 81.8 A

6.7需要电容器补偿的电流：被试品施加的电流减去中变输出的电流,2-82=172 A

6.8电容器组接线方式：电容器并联,Y接

6.9电容器组承受电压：11.55 kV（电容器可超电压 10％）。

6.10电容器组并联台数：电容器每台容量为 200 kVAr，电流为31.5A. 电容器每台容量为100kVAr，电流为15.7A。我们每相选 5台200kVAr，1台100kVAr电容器，则每相补偿电流为5 x 31.5＋15.7 = 173.2 A，三相 Y接，共计 15台 200 kVAr电容器,3台 100KVAr电容器.

6.11中变需要输出电流：． 2 – 173.2 = 80.8 A

6.12发电机组输出电流： 80.2 x 11/3 = 294 A

6.13 试验接线图:

7结论

7.1电力电容器补偿应用于扩大电抗器、变压器试验容量是十分理想的，不仅具有投资

少收效快，维护方便，无燥声等优点，而且减少了无功损耗，节约了电力. 4

7.2 用电容器补偿时,应该计算准确,否则投入电容器少，得不到补偿作用,并使试验设备过负荷. 电容器投入多 则容易引起谐振，所以电容投入要适当.

附:SFZ10-50000/110 变压器负载试验计算实例

1.变压器技术参数:

额定容量: 50000KVA

额定电压: 110±8x1.25％

额定电流: 262/2620A

联接组标号：YN,dll

空载损耗： 31 kw

负载损耗： 183 kw

短路阻抗： 16％

一次额定电压：Un1: 121KV, Un9: 110KV, Un17: 99KV

一次额定电流：In1: 238A， In9: 262A， Inl7: 291A

2. 9分接时:（中变22kV，电容器接成两串，Y接，22kV，）

2.1 施加电压 110 X 16％ =17.6 kV

2.2 施加电流262A

2.3 发电机输出电压及电流：

U发 = 3.15 x 17.6／22 = 2.52 kV

I发 = 367 A (发电机额定电流)

2.4 中变二次输出电压及电流：

U中 = 17.6 kV

I中 = 79A (中变二次额定电流)

2.5两台200kVAr电容器串联接成Y时的补偿电流:

I容 = 31.5 x 17.6/22 = 25.2 A

U容 = 17.6 kV

2.6 电容器并联组数:取9

2.7 电容器补偿的电流:25.2 x 9 = 226.8 A

2.8中变二次实际输出的电流：

262 - 226.8 = 35.2 A ＜ 79 A

2.9发电机实际输出电流：

35.2 x 22/3 = 258 A ＜ 367 A

3 1分接时:（中变22kV，电容器接成两串，Y接，22kV，）

3.1 施加电压 121 X 16％ =19.36 kV

3.2 施加电流238 A

3.3 发电机输出电压及电流：

U发 = 3.15 x 19.36／22 = 2.772 kV

I发 = 367 A (发电机额定电流)

3.4 中变二次输出电压及电流：

U中 = 197.36 kV

I中 = 79A (中变二次额定电流)

3.5两台200kVAr电容器串联接成Y时的补偿电流:

I容 = 31.5 x 19.36/22 = 27.72 A U容 = 19.36 kV

3.6 电容器并联组数:取7

3.7 电容器补偿的电流:27.72 x 7 = 194 A

3.8中变二次实际输出的电流：

238 - 194 = 44 A ＜ 79 A

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3.9发电机实际输出电流：

44 x 22/3 = 322.6 A ＜ 367 A

4 17分接时:（中变22kV，电容器接成两串，Y接，22kV，）

4.1 施加电压 99 X 16％ =15.84 kV

4.2 施加电流291 A

4.3 发电机输出电压及电流：

U发 = 3.15 x 15.84／22 = 2.268 kV

I发 = 367 A (发电机额定电流)

4.4 中变二次输出电压及电流：

U中 = 15.84 kV

I中 = 79A (中变二次额定电流)

4.5两台200kVAr电容器串联接成Y时的补偿电流:

I容 = 31.5 x 15.84/22 = 22.68 A

U容 = 15.84 kV

4.6 电容器并联组数:取10

4.7 电容器补偿的电流:22.68 x 11= 249.48 A

4.8中变二次实际输出的电流：

291 – 249.48 = 41.52 A ＜ 79 A

4.9发电机实际输出电流：

41.52 x 22/3 = 304.48 A ＜ 367 A

注: 1分接,17分接的计算值,是按9分接(主分接)的短路阻抗:16％计算的,只作参考值.

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