無功補償原理

基本資訊

中文名稱

簡介在大系統中，無功補償還用於調整電網的電壓，提高電網的穩定性；小系統中，通過恰當的無功補償方法還可以調整三相不平衡電流。

原理一是有功功率;二是無功功率

裝置特點

高壓動態無功補償裝置主要由輸人開關櫃、變壓器框、功率櫃、控制框等組成。

產品特點

安裝、設定、除錯簡便

在小系統中，通過恰當的無功補償方法還可以調整三相不平衡電流。按照wangs定理:在相與相之間跨接的電感或者電容可以在相間轉移有功電流。

因此，對於三相電流不平衡的系統，只要恰當地在各相與相之間以及各相與零線之間接入不同容量的電容器，不但可以將各相的功率因數均補償至接近1，而且可以使各相的有功電流達到平衡狀態。

電網輸出的功率包括兩部分;一是有功功率;二是無功功率.直接消耗電能,把電能轉變為機械能,熱能,化學能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱為有功功率;不消耗電能,只是把電能轉換為另一種形式的能,這種能作為電氣裝置能夠作功的必備條件,並且,這種能是在電網中與電能進行週期性轉換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電容器建立電場所佔的電能.電流在電感元件中作功時,電流滯後於電壓90°.

而電流在電容元件中作功時,電流超前電壓90°.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180°.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的向量與電壓向量之間的夾角縮小,

把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷並聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

⑴補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。

⑵減少發、供電裝置的設計容量，減少投資，例如當功率因數cosφ=0.8增加到cosφ=0.95時，裝1kvar電容器可節省裝置容量0.

52kw;反之，增加0.52kw對原有裝置而言，相當於增大了發、供電裝置容量。因此，對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。

⑶降低線損，由公式δρ%=(1-cosφ/cosφ)×100%得出其中cosφ為補償後的功率因數，cosφ為補償前的功率因數則:

cosφ>cosφ，所以提高功率因數後，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。

① 集中補償:在高低壓配電線路中安裝併聯電容器組;

② 分組補償:在配電變壓器低壓側和使用者車間配電屏安裝併聯補償電容器;

③ 單台電動機就地補償:在單台電動機處安裝併聯電容器等。

加裝無功補償裝置，不僅可使功率消耗小，功率因數提高，還可以充分挖掘裝置輸送功率的潛力。

確定無功補償容量時，應注意以下兩點:

① 在輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的。

② 功率因數越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償

就三種補償方式而言，無功就地補償克服了集中補償和分組補償的缺點，是一種較為完善的補償方式:

⑴因電容器與電動機直接併聯，同時投入或停用，可使無功不倒流，保證使用者功率因數始終處於滯後狀態，既有利於使用者，也有利於電網。

⑵有利於降低電動機起動電流，減少接觸器的火花，提高控制電器工作的可靠性，延長電動機與控制裝置的使用壽命。

無功就地補償容量可以根據以下經驗公式確定:q≤uι0式中:q---無功補償容量(kvar);u---電動機的額定電壓(v);ι0---電動機空載電流(a);但是無功就地補償也有其缺點:

⑴不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償;眾所周之，無功補償按其安裝位置和接線方法可分為:高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。其中就地補償區域最大，效果也好。

但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。為此，這三種補償方式各有應用範圍，應結合實際確定使用場合，各司其職。

控制電容器投切的器件主要有投切電容器專用接觸器、復合開關、同步開關和閘流體。

投切電容器專用接觸器有一組輔助接點串聯電阻後與主接點併聯。在投入過程中輔助接點先閉合，

與輔助接點串聯的電阻使電容器預充電，然後主接點再閉合，於是就限制了電容器投入時的湧流。

復合開關就是將閘流體與繼電器接點併聯使用，由閘流體實現電壓過零投入與電流過零切除，由繼

電器接點來通過連續電流，這樣就避免了閘流體的導通損耗問題，也避免了電容器投入時的湧流。但是

復合開關既使用閘流體又使用繼電器，於是結構就變得比較複雜，成本也比較高，並且由於閘流體對過

流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實際應用中，復合開關故障多半是由閘流體損壞所引起

的同步開關是近年來最新發展的技術，顧名思義，就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或

斷開。對於控制電容器的同步開關，就是要在接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現電容器的無湧流

投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現開關接點的無電弧分斷。由於同步開關省略了閘流體，因此不

僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關是傳統機械開關與現代電子技術完美結合的產物，使機械開關

在具有獨特技術效能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。

閘流體是動態無功補償裝置唯一可選的器件，閘流體的動作速度快，可以在乙個交流週期內完成電

容器的投入與切除，並且對投切次數沒有限制。但是閘流體的導通損耗大，**高，可靠性差，除非用

於動態補償，否則並沒有優勢可言。

應用不需要設定專用的無功補償箱或者無功補償櫃，實現對各種場合的小容量就地補償。

■在用電裝置旁放置智慧型電容器

■在壁掛式配電箱內放置智慧型電容器

■在工程車間配電裝置內(旁)放置智慧型電容器

■在使用者配變小於100kvar的計量櫃、配電櫃內放置智慧型電容器

優點:無功補償距離短，節能降損效果顯著，裝置接線簡單、維護方便。

配置參考:對於小容量負載，按照負載總功率的25%~40%配置智慧型電容器容量。

例:一台電動機就地補償方案

電動機額定功率:50kw

無功補償容量: 15kvar(10kvar+5kvar)

智慧型電容器數量:1臺 swl-8mzs/450-10.5

無功補償級數: 0、5、10、15kvar

低壓分組補償的應用

對戶外配電變進行就地無功補償，直接將裝置安裝於柱掛式戶外裝置箱內。

優點:體積小、接線簡、維護方便;投資小、節能降損效果顯著。

配置參考:配變無功補償容量一般為配變容量的25%~40%。

例:戶外配電變壓器應用方案

配變容量:200kva

無功補償容量:60kvar 2×30kvar(20kvar+10kvar)

智慧型電容器數量:2臺 swl-8mzs/450-20.10

無功補償級數:0、10、20、30、40、50、60

安裝在箱變低壓室，根據配電變壓器容量進行補償，選用若干臺智慧型電容器聯機使用。

優點:接線簡單、維護方便、成本低、節約空間的顯著特點。

配置參考:箱變無功補償容量一般為配變容量的25%~40%。

例:箱式變集中補償應用方案

箱變容量:500kva

無功補償容量:190kvar 4×40kvar(20kvar+20kvar)+ 1×30kvar(20kvar+10kvar)

智慧型電容器數量:4臺 swl-8mzs/450-20.20 1臺 swl-8mzs/450-20.10

高壓集中補償的應用

低壓無功補償智慧型電容器實現在櫃體內組裝，構成無功自動補償裝置，接線簡單、維護方便、節約成本。

優點:補償效果好，容量可調整性好，接線簡單、故障少、執行維護方便。

配置參考:根據成套櫃補償容量的要求進行配置。

低壓成套櫃配置容量參考:

ggd櫃型

櫃體尺寸:1000mm(寬) ×600mm(深) ×2230(高)mm

可安裝智慧型電容器數量:20臺 40kvar(20kvar+20kvar)

無功補償總容量:800kvar(40kvar×20)

mns櫃型

櫃體尺寸:600mm(寬) ×800mm(深) ×2200(高)mm

可安裝智慧型電容器數量:12臺 40kvar(20kvar+20kvar)

無功補償總容量:480kvar(40kvar×12)

⑵大容量電力電子裝置，普通電容器就地補償不恰當:隨著大型電力電子裝置的廣泛應用，尤其是採用大容量閘流體電源供電後，致使電網波形畸變，諧波分量增大，功率因數降低。更由於此類負載經常是快速變化，諧波次數增高，危及供電質量，對通訊裝置影響也很大，所以此類負載採用就地補償是不安全，不恰當的。

因為①電力電子裝置會產生高次諧波，在負載電感上有部分被抑制。但當負載併聯電容器後，高次諧波可順利通過電容器，這就等效地增加了供電網路中的諧波成分。②由於諧波電流的存在，會增加電容器的負擔，容易造成電容器的過流、過熱，甚至損壞。

③電力電子裝置供電的負載如電弧爐、軋鋼機等具有衝擊性無功負載，這要求無功補償的響應速度要快，但併聯電容器的補償方法是難以奏效。

⑶電動機起動頻繁或經常正反轉的場合，不宜採用普通電容器就地補償:非同步電動機直接起動時，起動電流約為額定電流的4-7倍，即使採用降壓起動措施，其起動電流也是額定電流的2-3倍。因此在電動機起動瞬間，與電動機併聯的電容器勢必流過浪湧衝擊電流，這對頻繁起動的場合，不僅增加線損，而且引起電容器過熱，降低使用壽命。

此外，對具有正反轉起動的場合，應把補償電容器接到接觸器頭電源進線側，這雖能使電容隨電動機的執行而投入。但當接觸器剛斷開時，電容器會向電動機繞組放電，，引起電動機自激產生高電壓，這也有不妥之處。若將補償電容器接於電源側，當電動機停運時，電網仍向電容器供給電流，造成電容器負擔加重，產生不必要的損耗。

為此，對無功補償功率較大的電容器，如需接在電源進線側，則應對電容器另外加控制開關，在電動機停運時予以切除。

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