【導(dǎo)讀】電容器無功補(bǔ)償又稱為電容補(bǔ)償、無功補(bǔ)償或者功率因數(shù)補(bǔ)償。無功補(bǔ)償裝置是電力供電系統(tǒng)不可缺少的組成，合理選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)、諧波增大等諸多因素。那什么是電容器無功補(bǔ)償？無功補(bǔ)償?shù)挠惺裁醋饔茫繜o功補(bǔ)償方法有哪些？無功補(bǔ)償裝置有哪些種類？怎么合理配置？下面小編就這幾個(gè)問題，給您一一講解。
電容器無功補(bǔ)償是什么？
電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分：有功功率和無功功率。有功功率是指直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、熱能或化學(xué)能，利用這部分能量作功。而無功功率則是指為建立交變磁場所需要的電功率，這部分電能并不做功。
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是電容器無功補(bǔ)償。
無功補(bǔ)償?shù)挠惺裁醋饔茫?/div>
在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。
但是從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。無功補(bǔ)償是把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換，這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。
采用無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：
1）根據(jù)用電設(shè)備的功率因數(shù)，可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術(shù)改造，可使低于標(biāo)準(zhǔn)要求的功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)節(jié)電目的。
2）采用無功補(bǔ)償技術(shù)，提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)，是節(jié)電工作的一項(xiàng)重要措施。
3）無功補(bǔ)償，它就是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提花必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行。
4）減少電力損失，一般工廠動(dòng)力配線依據(jù)不同的線路及負(fù)載情況，其電力損耗約20%-30%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電波降低，可降低供電流與用電端的電力損失。
5）改善供電品質(zhì)，提高功率因數(shù)，減少負(fù)載總電流及電壓降，于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。
6）延長設(shè)備壽命，改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近中已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)等機(jī)器設(shè)備和線路容量負(fù)荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10攝氏度，壽命可延長1倍）。
7）最終滿足電力系統(tǒng)對無功補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)測要求，消除因?yàn)楣β室驍?shù)過低而產(chǎn)生的罰款。
8）無功補(bǔ)償可以改善電能質(zhì)量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力、無功補(bǔ)償減少用戶電費(fèi)支出，是一項(xiàng)投資少、收效快的節(jié)能措施。
9）無功補(bǔ)償技術(shù)對和電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，確定無功功率的補(bǔ)償容量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠，達(dá)到節(jié)約電能的目的。
無功補(bǔ)償方法有哪些？
無功補(bǔ)償通常采用的方法主要有3種：低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。下面簡單介紹3種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。
1）低壓個(gè)別補(bǔ)償
低壓個(gè)別補(bǔ)償就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連接運(yùn)行（如大中型異步電動(dòng)機(jī)）的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主。低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停動(dòng)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會(huì)造成無功倒送，具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。
2）低壓集中補(bǔ)償
低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷而直接控制電容器的投切，電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。
3）高壓集中補(bǔ)償
高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6——10KV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，補(bǔ)償效益高。
無功補(bǔ)償裝置有哪些種類？
從補(bǔ)償?shù)姆秶鷦澐挚梢苑譃樨?fù)荷補(bǔ)償與線路補(bǔ)償，從補(bǔ)償?shù)男再|(zhì)劃分可以分為感性與容性補(bǔ)償。下面將并聯(lián)容性補(bǔ)償?shù)姆椒ù笾铝信e：
1）同步調(diào)相機(jī)
調(diào)相機(jī)的基本原理與同步發(fā)電機(jī)沒有區(qū)別，它只輸出無功電流。因?yàn)椴话l(fā)電，因此不需要原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，沒有啟動(dòng)電機(jī)的調(diào)相機(jī)沒有軸伸，實(shí)質(zhì)就是相當(dāng)于一臺(tái)在電網(wǎng)中空轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)。
調(diào)相機(jī)是電網(wǎng)中最早使用的無功補(bǔ)償裝置，當(dāng)增加激磁電流時(shí)，其輸出的容性無功電流增大。當(dāng)減少激磁電流時(shí)，其輸出的容性無功電流減少。當(dāng)激磁電場減少到一定程度時(shí)，輸出無功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補(bǔ)調(diào)相機(jī)的損耗，當(dāng)激磁電流進(jìn)一步減少時(shí)，輸出感性無功電流。
調(diào)相機(jī)容量大、對諧波不敏感，并且具有當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)輸出無功電流自動(dòng)增加的特點(diǎn)，因此調(diào)相機(jī)對于電網(wǎng)的無功安全具有不可替代的作用。
由于調(diào)相機(jī)的價(jià)格高、效率低，運(yùn)行成本高，因此已經(jīng)逐漸被并聯(lián)電容器所替代。但是近年來出于對電網(wǎng)無功安全的重視，一些人主張重新啟用調(diào)相機(jī)。
2）并聯(lián)電容器
并聯(lián)電容器是目前最主要的無功補(bǔ)償方法。其主要特點(diǎn)是價(jià)格低，效率高，運(yùn)行成本低，在保護(hù)完善的情況下可靠性也很高。
在高壓及中壓系統(tǒng)中主要使用固定連接的并聯(lián)電容器組，而在低壓配電系統(tǒng)中則主要使用自動(dòng)控制電容器投切的自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置。自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)則多種多樣形形色色，適用于各種不同的負(fù)荷呢況。對于低壓自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置將另文詳細(xì)介紹。
并聯(lián)電容器的最主要缺點(diǎn)是其對諧波的敏感性。當(dāng)電網(wǎng)中含有諧波時(shí)，電容器的電流會(huì)急劇增大，還會(huì)與電網(wǎng)中的感性元件諧振使諧波放大，另外，并聯(lián)電容器屬于恒阻抗元件，在電網(wǎng)電壓下降時(shí)其輸出的無功電出下降，因此不利于電網(wǎng)的無功安全。
3）SVC
SVC的全稱是靜止式無功補(bǔ)償裝置，靜止兩個(gè)字是同步調(diào)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的。
國際大電網(wǎng)會(huì)議將SVC定義為7個(gè)子類：
a、機(jī)械投切電容器（MSC）
b、機(jī)械投切電抗器（MSR）
c、自飽和電抗器（SR）
d、晶閘管控制電抗器（TCR）
e、晶閘管投切電容器（TCR）
f、晶閘管投（TSC）
g、自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器（SCC/LCC）
根據(jù)以上這些子類，我們可以看出：除調(diào)相機(jī)之外，用電感或電容進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)难b置幾乎均被定義為SVC。因此，目前一些資料或者廣告中大量出現(xiàn)"SVC"字樣，其原因不外乎兩條：其一是作者自已并不明白SVC的定義，其二就是以普通人不懂的字母組合故弄玄虛。
目前國內(nèi)市場上被宣傳 SVC的產(chǎn)品主工是晶閘管控制電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）。對于TSC我們另文敘述，這里只簡要介紹一下晶閘管控制電抗器（TCR）。
TCR的基本結(jié)構(gòu)包括一組固定并聯(lián)連接在線路中的電容器和一組并聯(lián)連接在線路中用晶閘管控制的電抗器，通常將電抗器的容量設(shè)計(jì)成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的，其感性無功電流可以變化，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，電抗器沒有電流，而電容器固定連接，因此整套裝置的補(bǔ)償量最大，當(dāng)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角時(shí)，電抗器的感性電流就會(huì)抵消一部分電容器電流，因此補(bǔ)償量減少，導(dǎo)通角越大，電抗器的電流越大，補(bǔ)償量就越小，當(dāng)晶閘管全通時(shí)，電抗器電流就會(huì)將電容器電流全部抵消，此時(shí)補(bǔ)償量為0。必須將固定電容器組設(shè)計(jì)成濾波器形式或者配備另外的濾波器。
綜上所述，可以看出TCR的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，損耗大，但其具有補(bǔ)償量連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)，在高壓系統(tǒng)中還有應(yīng)用。
4）STATCOM
STATCOM是一種使用IGBT、GTO或者SIT等全控型高速電力電子器件作為開關(guān)控制電流的裝置中，其基本工作原理是：
通過對系統(tǒng)電參數(shù)的檢測，預(yù)測出一個(gè)與電源電壓同相位的幅度適當(dāng)?shù)恼译娏鞑ㄐ?。?dāng)系統(tǒng)瞬時(shí)電流大于預(yù)測電流的時(shí)候，STATCOM將大于預(yù)測電流的部分吸收進(jìn)來，儲(chǔ)存在內(nèi)部的儲(chǔ)能電容器中。當(dāng)系統(tǒng)瞬時(shí)電流小于預(yù)測電流的時(shí)候，STATCOM將儲(chǔ)存在電容器中的能量釋放出來，填補(bǔ)小于預(yù)測電流的部分，從而使得補(bǔ)償后的電流變成與電壓同相位的正弦波。
根據(jù)STATCOM的工作原理，理論上STATCOM可以實(shí)現(xiàn)真正的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，不僅可以應(yīng)用在感性負(fù)荷場合，還可以應(yīng)用在容性負(fù)荷的場合。并且可以進(jìn)行諧波濾除，起到濾波器的作用。但切是實(shí)際的STATCOM由于技術(shù)的原因不可能達(dá)到理論要求，而且由于開關(guān)操作頻率不夠高等原因，還會(huì)向電網(wǎng)輸出諧波。
STATCOM的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，價(jià)格昂貴，可靠性差，損耗大，目前仍處于研究試用階段，沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。電抗器（TSR）償，從補(bǔ)償?shù)姆绞絼澐挚梢苑譃榇?lián)補(bǔ)償與并聯(lián)補(bǔ)償。
怎么合理配置？
從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。
1）總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。
2）電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。
3）分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。
4）降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。
功率容量與功率因數(shù)關(guān)系曲線
無功補(bǔ)償容量的確定
220kV及以下電網(wǎng)的容性無功補(bǔ)償設(shè)備總?cè)萘縌C，可按下式計(jì)算
QC=1.15QDM-QF-QR-QLC
QDM=kPDM
式中QDM——最大自然無功負(fù)荷；
QF——本網(wǎng)發(fā)電機(jī)的無功功率；
QR——上級(jí)網(wǎng)和鄰網(wǎng)輸入的無功功率；
QLC——110kV及以上架空線和電纜線的充電功率；
PDM——電網(wǎng)最大有功發(fā)電負(fù)荷；
K——電網(wǎng)最大自然無功負(fù)荷系數(shù)，kvar/Kw。
K值與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變壓級(jí)數(shù)、負(fù)荷組成、負(fù)荷水平及負(fù)荷電壓特性等因素有關(guān)。已運(yùn)行的電網(wǎng)可通過實(shí)測確定，規(guī)劃中的電網(wǎng)可參照下表中數(shù)值估算，當(dāng)本網(wǎng)中發(fā)電機(jī)有功功率比重大時(shí)，k宜取較高值；上級(jí)網(wǎng)或鄰網(wǎng)輸入有功功率比重大時(shí)，k值取較低值。
對于中低電壓等級(jí)電網(wǎng)的無功補(bǔ)償容量考慮原則
1）對于變電站10kV母線，一般按主變?nèi)萘康?5%——20%進(jìn)行補(bǔ)償。
2）對于普通負(fù)荷的公用變壓器的0.4kV低壓補(bǔ)償，可按配變?nèi)萘康?0%——30%進(jìn)行補(bǔ)償。
3）對于企業(yè)專用變壓器的0.4kV低壓補(bǔ)償，可按配變?nèi)萘康?0%——60%進(jìn)行補(bǔ)償。
4）當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)（單相負(fù)荷較多），需考慮一定容量的分相補(bǔ)償。
5）當(dāng)補(bǔ)償點(diǎn)處有諧波時(shí)，還要考慮串聯(lián)一定比率的電抗器，以構(gòu)成調(diào)諧支路，濾除線路上的高次諧波。
6）當(dāng)采用固定補(bǔ)償方式時(shí)，補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)選小些，避免線路輕載時(shí)出現(xiàn)過補(bǔ)，產(chǎn)生無功倒送。
7）當(dāng)采用自動(dòng)補(bǔ)償方式時(shí)，補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)選取大些，避免高峰負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)欠補(bǔ)，造成力率過低。
8）當(dāng)電容器額定電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓不相等時(shí)，補(bǔ)償容量≠安裝容量，裝機(jī)容量需進(jìn)行修正。
電能是企業(yè)的必耗成本，與企業(yè)的效益息息相關(guān)。目前為此，進(jìn)行電力電容器無功補(bǔ)償是降低無功功率比較經(jīng)濟(jì)的方法。加裝無補(bǔ)償裝置，能增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)，就近供給用戶或配電網(wǎng)所需要的滯相無功功率，減少發(fā)，供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，能少在配電網(wǎng)中流失的無功功率，提高發(fā)輸電設(shè)備利用率，減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，降低有功網(wǎng)損，效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，最終提高供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
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