无功功率补偿谐波治理等技术的应用

1、无功功率补偿、谐波治理等技术的应用众所周知，利用无功功率补偿技术来挖掘现有电力资源的潜力，是种能够迅速见效的、切实可 行的措施之一，同时也能够节约大量的电力能源。1. 无功功率补偿技术应用方案的确定1.1无功功率补偿的概念1.1.1无功功率和有功功率样是输配电网中不可缺少的组成部分，无功功率对供电系统负载系 统的正常运行是十分重要的、也是必需的。1.1.2由于电网中存在人虽的感性负载，所以就需要供电部门提供足够的无功功率。如果这些无 功功率都有发电机（厂）发出并通过长距离的输电线路传送到所需的地方，这显然是不合理、不经 济的，实际上也是不可能的。而合理的也是最有效的方法就是在需要无功功率的地方

2、或附近产生 （发出）无功功率，即无功功率补偿。1.2无功功率补偿的作用1.2.1由于无功功率的存在，对电网也会带来不利的影响，主要农现在以下方面：（1）无功功率的增加，导致电流的增大和视在功率的增加，从而使发电机、变压器、起动及控制 设备和导线等电气设备容量的增加。 供电设备及线路损耗增加。变压器及线路的电压降增人，使供电网电压产生波动。在电网中，有功功率的波动般对电 网电压的影响较小，电网电压的波动主要是无功功率的波动引起的。如果是冲击性无功功率负载, 还会使电网产生剧烈的波动，甚至发生事故。1.2.2无功功率补偿的作用就是要尽虽减少无功功率对电网的影响。其作用主要有：（1）提高供电系统及负

3、载的功率因数，降低输电线路及用电设备的容量和负荷，减少功率消耗。稳定用电端及电网的电压，捉高供电质量，增加输电系统的稳定性，扌是高输电能力。（3）平衡三相负荷，减少无功功率对电网的冲击。1.3无功功率补偿的方法随着电力电了控制技术和计算机应用技术的逐步成熟，用于无功功率补偿的方法日益增多，且 补偿效果也越来越明显，其带来的经济效益和社会效益也是巨大的。1.3.1同步调相机同步调和机是早期的无功功率补偿方法，已实际应用数十年，在电压和无功功率控制中发挥了 非常重要的作用，同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，对变化的无功功率也能进行动态的连 续的补偿，而且对于容性、感性无功功率均能起到补偿的作用。

4、但由于其自身的诸多缺点，使其 应用越来越少，目前已基本上遭淘汰，被新的补偿方式所取代。1.3.2并联电容器及其装置在各种无功功率补偿方法中，并联电容器由于其简单的结构，方便、灵活的安装方法，较已使 其成为当今无功功率补偿技术中使用，低的运行费用和低廉的产品价格等方面的特点. 的主导产品。尤其是随着电容器制造技术的日益成熟，其质量水平、寿命等级、安全运行可靠性 等指标得以大大提高;品种、规格也越来越齐全，为补偿装置的设计和制作带来了极人的便利。故 由其为主体制作的各种电容器补偿和滤波成套装置的应用领域也越来越广泛。已逐步取代了传统 的同步调和机。但是并联电容器也有其不足之处:例如，只能分级补偿固

5、定的无功功率（其补偿精度决定于电容 器组中单台电容器的电容量），而不能实现连续、线性的补偿。另外，在系统中存在谐波时，还可 能与系统中的固有电抗产生并联谐振，使谐波电流放人（可达额定电流的几倍甚至几十倍），导致 电容器及相关元器件和线路严重过载而烧毁。1.4无功功率补偿的方式共补、分补相结合;三相分别补偿按补偿装置的工作方式可分为1）三相共同补偿的综合 补偿。1.5无功功率补偿方案的确定，决定采取并联电容器进行无功功率补偿时根据供、用电系统的无功功率实际需求情况，在确定最终方案时需要考虑多方设计、确认。耍对所采用装置的类型及配置方案进行策划、， 还耍吸収现有各种装置运行的经验和教训。面的影响因

6、素而负栽的性质以及供、耍达到的预期目 标有所区别，因需要进行无功功率补偿的位置不同，所以要从实际情况出发对各种去考虑,（投资成本）用电质量也不样，同时也耍从经济角度从中 选择岀合适的方案来。方案进行综合的评定，分析和评估。，在有条件的情况下或必需时，要对拟补偿系统的电能质虽进行测试1.5.1 对于个完，这项工作需要专用的测试仪器并由专业技术人员来完成。这点是非常重要的而以 前乃至现在有效的解决方案以及整套装置的设计和制作可以说是不可缺少的环节。整、或者说有 不少的生产企业根，人多数的补偿装置在设计制作之前都没有认真进行此项工作在制作装置之 前仅凭以往的经验或参考同行厂的样机。，本就没有技术和能

7、力进行此项工作而且经常,，达不到 设计的功能这是目前在运行的人多数无功功率补偿装置补偿效果不理想在装，乃至发生火灾事 故的主要原因之一。另外不能正常工作（有些已弃之不用），出现故障，所选元器件的质量以及各种元器件之间参数的匹配是否合理或组装工艺等也是置设计时，很重要的原因。抑制或吸收）1.5.2补偿装置是否需要配置谐波治理功能（在人量消耗无功功率的同，主妥是非线性负载）的安装使用随着各种新型电了设备/装置（已对 电。由于谐波的产生和存在，”时还会产生人虽的谐波，对公用电网造成了很人的“污染而由于 谐波原因造成的电力事故和经济网的安全运行及用电设备的安全带来很大的危害，一这电网的公害，现己引起相

8、关部门越来越多的关注。“损失也是有目共睹的。谐波”必须 对各种非线性负载注入电，电能质量公用电网谐波根据GB/T14549-1993的要求 则需当负载产生谐波或供电系统中存在谐波且超标时，网的谐波电压和谐波电流加以限制。 则不需要。，要设置滤波无功补偿装置。反之在有些场合，虽然谐波未超过标准的规定，但已影响到系统的正常工作时，也需要设置滤波 无功补偿装置。（滤波无功补偿指调谐为主，滤波为辅。专用滤波以滤波为主，补偿为辅。）在些特殊场合，例如:医院、宾馆、写字楼、智能小区、民航、军事、科研、精密测量、矿 山、码头、冶金等，都应该设置滤波无功补偿装置，甚至需要配置专用的滤波装置。（4）在同供电系统

9、（同变压器）中，当非线性负戦（整流/变频、中/高频等设备，般情况下是谐 波源）容量占总容量的25%以上时，就应该配置滤波无功补偿装置或APF有源滤波装置。随着科学技术的不断发展，我国工业化程度的逐步提高，传统的无功功率补偿装置（这种方 案纯由并联电容器组构成），在越来越多的场合将不能正常的使用，将逐步彼具有滤波功能的补 偿装置以及不断出现的新型装置所取代。1.5.3补偿装置需要采用何种控制类型（1）当需耍无功功率补偿位置的供电质量较好；负载的无功功率变化不人（负荷和对稳定）； 系统中无谐波或谐波含量较少；可考虑采用相对固定的控制方法（固定分组、循环投切）一静态无 功补偿装置。（2）对于负载无功

10、功率变化较人（快）而且频繁的场合;系统中无谐波或谐波含量较少；则需要进 行动态控制（非固定分组、快速编码投切）一动态无功补偿装置。对于谐波含量较人的场合，如冶 金、炼钢、石化、油田、造船、造纸、汽车制造等行业，需要大容量的动态无功补偿兼滤波装置， 可选择 TSC、SVC、SVG、APF 等。（3）对于单台的人功率平衡性负载或相对集中的小型设备，则可考虑采用静止的就地补偿装置。2. 补偿装置所需元器件的选取补偿方案确定后，就耍对制作装置所需用的元器件进行功能、质量、价格等方血的分析和 选取。此项工作对制作套性能优良，运行安全可靠的装置来讲是至关重要的，是不能忽视的- 个环节。因为同类元器件的生产

11、厂家不计其数，功能不尽相同，价格也有很大的差别， 而产品质量或寿命之间的差异就更大了。所以，当面对五花八门的同类产品时，有关人员就不知 如何选取了，再由于所掌握的资料不全，更有甚者只关注产品的价格因素，而忽略了质量水平、 性能指标，以及产品功能等内在的因素，故往往不能选择到最合适的元器件，甚至错谋地选用了 不符合使用功能要求的元器件，为装置的安全运行埋下了隐患。2.1控制器的选取控制器是无功功率补偿装置中很重要的器件，是成套装置的指挥系统，它的质量优劣， 功能配置，抗干扰能力等指标，决定了整套装置运行的质量水平。而在无人值守的运行条件下（例 如:箱式变电站等），就显得尤其重耍，在选型时更要慎重

12、。时更要慎重。更要慎重。目前市场上控制器的品种很参，型号不统功能、价格的差别是很大的，耍在众多品牌的控 制器中选择种合适的，首先要结合装置的具体情况从控制器所具有的各种功能以及关于控制 器的型号及控制物理量在有关同时也要关注价格因素。，控制物理量等方面来考虑.行业标准DL/T597-1996中已有明确规定，多数企业的产品是按此标准来命名的，也有部分企业的 产品是按自己的企业标准来命名的。无论产品型号如何命名，关键是要视其展本功能和具体装置 的配置方案来选取，否则不是功能过剩（采购成本提高）就是功能不够而影响使用效果。关于控制器的种类如何选择，在有关标准DL/T842-2003中有和关的闸述。自

13、动控制物理功率因数限+；（2）无功电流控制量可优先选择下列方式1）无功功率控制+功率因数限制，电 压限制。制;（3）无功功率或无功电流控制,:经对已投入运行的补偿装置中控制器使用情况的调査 发现凡是低价格的控制器另外，有的已故障率有些高，几乎都把功率因数作为控制物理量。在使用此类型控制器的装置中， 同时由于采用功率因数这是因为此类控制器的抗干扰能力较差，弃之不用而改用手动控制。致使 接触器、电容器等元器件的损坏。尽管此类产品容易发生振荡投切，作为控制物理量， 但功能相对单如增加低功率因数和轻载闭锁，增加电容器延时放电保护等，做r 些改进，, 不推荐大家使用。控制器的三种采样介绍：控制器均采用了

14、单片机控制，根据控制器测试环节的工作原理，（形成 功率因数方波信号，”，类是采用电压和电流波形过零点时的波形相“异或可分为三类：第二类 是在采样电压波形由正趋负过再将此方波信号的脉冲宽度转化为相应的功率因数值；零点时，测 量电流的瞬时值，得到无功电流；第三类是采用电压、电流真有效值采样技术，也有称交流采样。 这三类控制器相比较，第类控制器容易受到电压频率变化的影响，JKF8即死机，属第类， 第二类要求有较高的刷新频率，否则会显示停滞，NWK1-G与NWKL1）主芯片，为多功能产品。属第二类，第三类为四象限控制，需选择DSP 2.2投切器的选取对 整套装置的安全运行是,，选择何种电容器投切执行机

15、构对于无功功率补偿装置来说归纳起来主要有：，至关重要的，目前用于电容器投切的执行元件有多种普通接触器（1）目前已 基本淘汰不用。此种产品属早期的方案，（2）电容器专用接触器此种产品是在普通接触器的基础上增加限流电阻或限流线圈的方案来 限制合闸涌流的。是目前市场上的主导产品。但此类产品，由于此产品安装接线方便、运行费用低且价格低廉系统 故仅适用于负载无功功率变化不人且不频繁、仍然会产生投切涌流和关断时的过电压， 请价格和差很人，名称、型号繁杂，质量、，工作较平稳的场合。另外此类产品生产厂家重多，在选用时注意。（3）无触点电子开关及过零触发、吸收保护等电路组成的投切器。随若动态无）此种产品是由晶闸

16、管（可控硅 ,功功率补偿装置的推广应用制作技术的不断捉烏同时晶闸管模块的价格也人幅度下降使得 该种投切器的应用量正逐步增加。但此类产品的组装工艺复杂、体积较人、功耗较高、. 发热严重（需配置专用散热器及排风扇）、价格偏高。而且在运行时会产生谐波，对系统会产生- 定的干扰和影响。（4）机电-体化复合开关此种产品是近年来发展起来的种电容器投切器，有分体组合式和体化两种结构形式， 其投切原理是样的。该产品综合了电容器专用接触器和无触点电f开关的优点并克服了两种产 品的缺点。由于其独特的性能，故发展很快。另外其产品系列逐步增加，质量水平人幅捉高，制 作成本也在下降，大有取代电容器专用接触器和无触点电子

17、开关的趋势。2.3并联电容器的选取并联电容器是无功功率补偿装置的主体，其质量的好坏，运行的可靠性，将庖接影响整套装 置的使用效果和寿命。要选择种优质的电容器应从以下几个方面考虑：电容器额定电压的确定由于并联电容器需要长期、全额在电网中工作，而电容器的实际丄作电压与其使用寿命又有 直接的关系，根据可靠性试验理论可知:当电容器的工作电压每捉高10%,其寿命将减少半。所 以，确定电容器的额定电压是非常重要的。电容器额定电压的选取由下列因素决定a供电网的 电压水平;b.谐波背景，当电容器在含有谐波的环境下工作时，谐波电压将叠加到电容器的基波 电压上，会使电容器的实际匸作电压升高（Uc=U+SUi）;c

18、.是否加装串联电抗器，为限制投切电容器 时的合闸涌流，为抑制谐波避免谐振或为消除（吸收）谐波，都需要在电容器支路中串联电抗器。 当电容器与电抗器组成串联回路接入电网时，电容器两端的电压将高于电网电压，其升高幅度由 所串联电抗器的电抗率（P）来决定:Uc=U/（l-P）o综合以上因素，认为在低压0.4kV电网中（变压器实际输出电压会高于0.4RV）设置的无功功率 补偿装置中安装的电容器，在般情况下应选择额定电压为0.45RV系列的产品。而用于谐波抑 制或滤波装置中的电容器，根据串联电抗器的电抗率不同，其额定电压应选择0.48RV或O.525kV 系列的产品。（57%111抗率，建议0.48KV：

19、 1214%电抗率，建议选择0.5KV或0.525KV）（2）电容器额定温度等级的确定电容器工作时其周围的温度（略高于环境温度），对电容器使用寿命的影响是很人的，因为，根 据绝缘材料的寿命理论:当电容器的工作温度每升高7-10C时，其寿命将缩短半。但由于温度 对电容器寿命的影响是缓慢的，所以经常被忽视。在电容器产品国家及行业标准中仅列出A、B、C、D四个温度等级，而实际应用中，有许多场 合（如箱变、高温地区等）的环境温度已高于D级（+55°C）。这就耍求设计人员在选择电容器时与和 关制造厂进行沟通，要求捉供更高温度等级的产品或适当捉高产品额定电压降额使用。（3）电容器额定容量及内部连

20、接方式及结构的确定当补偿装置的总容量及投切方式和组数确定后，还需对单台电容器的电容量、外形结构尺寸、 安装方式陲直、水平）、以及内部连接形式（D、Y、Yn、III）和填充料种类（干式、油浸等参数进 行选择。）式并联电容器输出的无功功率与其工作电压的平方成正比，当实际工作电压与额定电压不 致时，其实际输岀的无功功率与其额定值是不相等的，实际输出无功功率可用下式衣述.，实际 运行电流比额定电流小。c=（Uc/Un）2.Qn电容器内部，需要电容器内部连接的方式有所不同，根据需要由于采用补偿方式不同，易然、易爆环，如:在地下供、用电设施、Y、Yn、II等形式。而由于装置安装位置（可接成D有时 需要干式

21、、无油化的电容器。关于低压电容器，境中安装使用的电容器）安全等级的要求的要” （JGJ/T16） “民用建筑电气设计规范:的选用，在国家相关行业规范中已有明确的规定根据设置在民 用主体建筑中的低压电容器应采用非可燃性油浸式或干式电容器。在特殊情况，求，且能够进行 水平方向安装。下还会因为柜体尺寸的限制，电容器体积需要小型化已经越来越多地被多种成 套,）外壳电容器能够极大限度地满足以上要求圆柱形金属（铝的补偿柜中及小体积就地补偿柜300kvar）（比如补偿容量人于装置所选用，尤其是在大容量而 被越来越多的人们所认识和接受中，则是唯选择。圆柱形电容器因其具有诸多的优点“不久将 会逐步取代采用传统结

22、构电容器组装的补偿柜而用圆柱形电容器组装制作的补偿柜等系列是电 容器公司的、NWC7NWC5、NWC6必将成为无功补偿领域的主导产品。（因此，发展规划。）串 联电抗器的选取 2.4随着电网污染程度的加重，为保证补偿装置安全可靠的运行，需要加装串联电抗器以抑制或滤除谐波，同时也限制了电容器投切时产生的涌流。如果电抗器的质量，电抗器与电容器组成串联回路后，也需要长期承受不断增加的负荷 将可能，就会在运行中过度发热，尤其是工作在谐波环境下的电抗器发热将更加严重不好， 导致发生火灾事故。（必须考虑电抗器散热以及过温度保护）尤其是在,，现在许多人的认识是 不够的关于电抗器的质量对补偿装置安全运行的影响价格便,，