电源质量综合治理

电源质量综合治理第一页，共三十一页，2022年，8月28日目录无功补偿基础无功补偿无功补偿原理无功补偿的具体实现方式无功补偿的意义无功补偿的投切器件投切方式无功功率补偿装置的选择HTEQ系列动态消谐无功补偿器概述HTEQ系列动态消谐无功补偿装置工作原理简介HTEQ产品主要特点规格系列和命名方法HTEQ系列产品技术优势简介无功补偿相关知识简介第二页，共三十一页，2022年，8月28日无功补偿无功功率补偿，简称无功补偿，在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

目录第三页，共三十一页，2022年，8月28日无功补偿原理无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分;一是有功功率：直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;二是无功功率：不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90度.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90度.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180度.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小

目录第四页，共三十一页，2022年，8月28日无功补偿的具体实现方式把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

目录第五页，共三十一页，2022年，8月28日无功补偿的意义：

⑴补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。⑵减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。⑶降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosΦ为补偿前的功率因数则：cosΦ>cosΦ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。

目录第六页，共三十一页，2022年，8月28日无功补偿的投切器件

交流接触器控制投入型补偿装置晶闸管控制投入型补偿装置复合开关控制投入型补偿装置同步开关（又名选相开关）投入型补偿装置

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第七页，共三十一页，2022年，8月28日交流接触器控制投入型补偿装置

由于电容器是电压不能瞬变的器件，因此电容器投入时会形成很大的涌流，涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流。涌流会对电网产生不利的干扰，也会降低电容器的使用寿命。为了降低涌流，现在大部分补偿装置使用电容器投切专用接触器，这种接触器有1组串联限流电阻与主触头并联的辅助触头，在接触器吸合的过程中，辅助触头首先接通，使电容器通过限流电阻接入电路进行预充电，然后主触头接通将电容器正常接入电路，通过这种方式可以将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下。此类补偿装置价格低廉，可靠性较高，应用最为普遍。由于交流接触器的触头寿命有限，不适合频繁投切，因此这类补偿装置不适用频繁变化的负荷情况。

目录第八页，共三十一页，2022年，8月28日晶闸管控制投入型补偿装置

这类补偿装置就是SVC分类中的TSC子类。由于晶闸管很容易受涌流的冲击而损坏，因此晶闸管必须过零触发，就是当晶闸管两端电压为零的瞬间发出触发信号。过零触发技术可以实现无涌流投入电容器，另外由于晶闸管的触发次数没有限制，可以实现准动态补偿（响应时间在毫秒级），因此适用于电容器的频繁投切，非常适用于频繁变化的负荷情况。晶闸管导通电压降约为1V左右，损耗很大（以额定容量100Kvar的补偿装置为例，每相额定电流约为145A，则晶闸管额定导通损耗为145×1×3=435W），必须使用大面积的散热片并使用通风扇。晶闸管对电压变化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作过电压及雷击等电压突变的情况很容易误导通而被涌流损坏，即使安装避雷器也无济于事，因为避雷器只能限制电压的峰值，并不能降低电压变化率。此类补偿装置结构复杂，价格高，可靠性差，损耗大，除了负荷频繁变化的场合，在其余场合几乎没有使用价值。

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第九页，共三十一页，2022年，8月28日复合开关控制投入型补偿装置

复合开关技术就是将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继电器接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。但是复合开关技术既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得相当复杂，并且由于晶闸管对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。

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第十页，共三十一页，2022年，8月28日同步开关（又名选相开关）投入型补偿装置

同步开关技术是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关，就是要在开关接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。同步开关技术中拒绝使用可控硅，因此仍然不适用于频繁投切。但由于同步开关相比复合开关和交流接触器更节能、更安全可靠、更节约资源，且选相开关应用了单片机技术，不仅能通过RS485通讯控制方式对多至64路电容器进行控制，还具备通讯功能，可将基层单位的电测量信息实时发送到上级电网，为目前国家正在发展的智能化电网无缝对接等诸多因素，可以预见：采用单片机控制磁保持继电器的LXK系列同步开关（或选相开关）必将替代复合开关和交流接触器成为无功补偿电容器投切开关的主流。

目录第十一页，共三十一页，2022年，8月28日投切方式

延时投切方式

瞬时投切方式混合投切方式

目录第十二页，共三十一页，2022年，8月28日延时投切方式

延时投切方式即俗称的"静态"补偿方式。延时投切的目的在于防止过于频繁的动作使电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡，这是很危险的。延时投切方式用于控制电容器投切的器件可以是投切电容器专用接触器、复合开关或者同步开关（又名选相开关）。投切电容器专用接触器有一组辅助接点串联电阻后与主接点并联。在投入过程中辅助接点先闭合，与辅助接点串联的电阻使电容器预充电，然后主接点再闭合，于是就限制了电容器投入时的涌流。复合开关就是将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继电器接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。但是复合开关既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得比较复杂，成本也比较高，并且由于晶闸管对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。在实际应用中，复合开关故障多半是由晶闸管损坏所引起的同步开关是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关，就是要在接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。由于同步开关省略了晶闸管，因此不仅成本降低，而且可靠性提高。同步开关是传统机械开关与现代电子技术完美结合的产物，使机械开关在具有独特技术性能的同时，其高可靠性以及低损耗的特点得以充分显示出来。当电网的负荷呈感性时，如电动机、电焊机等负载，这时电网的电流滞带后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过补偿状态，这时电网的电流超前于电压的一个角度，功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。

目录第十三页，共三十一页，2022年，8月28日瞬时投切方式

瞬时投切方式即人们熟称的“动态”补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。

目录第十四页，共三十一页，2022年，8月28日混合投切方式实际上就是静态与动态补偿的混合，一部分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补，但就其控制技术，目前还见到完善的控制软件，该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造，比起单一的投切方式拓宽了应用范围，节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组，这种方式补偿效果更加细致，更为理想。还可采用分相补偿方式，可以解决由于线路三相不平行造成的损失

目录第十五页，共三十一页，2022年，8月28日无功功率补偿装置的选择选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。一般电焊工作时间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按40毫秒考虑则从40毫秒到5秒钟之内是一个相对的稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程。

目录第十六页，共三十一页，2022年，8月28日HTEQ系列动态消谐无功补偿器

概述各种电气设备运行时都需要一定的无功功率来建立设备正常运行所需的电磁场等工作环境。无功功率使线路总电流增加，增大了输配电线路的有功损耗，并导致受端电压下降、电力设备利用率降低等问题。对电力用户所需无功功率就近跟踪补偿，可有效降低线路损耗、改善电压质量、充分发挥供电设备的潜力，并可为用户节约电费支出，具有非常显著的经济效益和社会效益。随着电力电子装置的应用日益广泛，当今许多工业设备具有谐波含量高、无功需求快速波动的特点，致使配电系统中谐波含量增加、无功功率波动加剧。传统的电容器无功补偿设备因无谐波抑制能力、投切速度低、暂态冲击大等缺陷，不能快速跟随负荷无功变化动态补偿，还会导致高次谐波放大、共振，补偿设备过载烧坏等问题，不能正常运行。华天HTEQ系列动态消谐无功补偿器，是采用微处理器控制晶闸管投切调谐电容器组的全自动动态消谐无功补偿装置，是无功补偿设备的更新换代产品。该产品采用微处理器无功功率实时检测、晶闸管零过渡过程快速投切、谐波电流抑制等先进技术，可以在各种复杂的工业现场环境中应用，实现准确、快速、无暂态扰动的动态无功补偿，有效提高各种用电设备的功率因数，提高电力设备出力，改善用户电能质量，降低线损，实现节能降耗目的。华天HTEQ系列动态消谐无功补偿器可广泛应用于机械制造、冶金、化工、矿山、油田等各类工业企业。

目录第十七页，共三十一页，2022年，8月28日HTEQ系列动态消谐无功补偿装置工作原理简介：

华天HTEQ系列动态消谐无功补偿器由检测单元、主控单元，投切执行单元和调谐电容器组（含电抗器）、人机界面等部分构成。检测单元通过电压、电流传感器实时检测系统电压和电流的瞬时值，并实时计算出系统所需无功功率功率、谐波成分、电压电流有效值等控制参量，由主控单元完成逻辑判断并发出相应的控制指令，控制投切执行单元投切调谐电容器组，实现对负载无功功率的动态跟踪补偿。主控单元内含有先进的零过渡过程时刻检测控制系统，确保在零过渡瞬时投入电容器，零电流时刻自然关断切除电容器，投切过程无暂态扰动，避免了涌流冲击和操作过电压，保证了动态无功补偿的实时性，同时也有效降低了投切过程对晶闸管和电容器的电应力冲击，极大地提高了设备可靠性和使用寿命。

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第十八页，共三十一页，2022年，8月28日HTEQ产品主要特点

•以微处理器为检测、控制核心，实时检测负载无功功率，快速计算补偿容量，按照预置投切逻辑实现迅速判断和控制；•采用晶闸管构成高速无触点投切开关，响应及时迅速，可靠性高，使用寿命长；•自动跟踪选择系统零过渡过程时刻投切电容器组，暂态过程极短，实现对无功功率的快速动态补偿；•电容器投切过程中无涌流冲击，无操作过电压，投切扰动极小，电容器衰变小，故障率低；•动态响应速度小于20毫秒，功率因数动态补偿至0.95以上，并可有效抑制由于无功变化导致的电压波动；•内含谐波抑制电抗器，电容器工作应力小，无谐波放大和共振危险，在谐波含量较高的配电系统中也能稳定可靠地工作；•电容器投切控制采用编码加循环工作方式，投切快速、准确，并能进一步降低电容器工作应力，充分延长电容器寿命；•可实现分相动态补偿，适用于各种不对称冲击负荷；•电容器投切阈值和响应时间可编程，并可实现手动投切和自动投切的转换，调试、检验方便，适用性更广；•采用多重软、硬件抗干扰措施,抗干扰能力强，工作可靠；•具有自检功能和过压保护、过流保护等多种硬件保护功能，确保设备的稳定可靠运行；•自动监测系统电压、电流、有功、无功和补偿前、后系统功率因数；•数字化控制和参数设置，液晶汉字显示，RS485接口，标准MODBUS通讯协议，计算机

目录第十九页，共三十一页，2022年，8月28日规格系列和命名方法：目录第二十页，共三十一页，2022年，8月28日•

基本型号：4位HTPF华天动态消谐无源滤波装置

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补偿方式：2位33：三相三线统补；

31：三相三线分补，41：三相四线分补

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控制方式：1位V：超高速型，F：高速型，N：普通型

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电压等级：2位0.4：0.4kV，0.6：0.66kV或0.69kV

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补偿容量：3~4位以千乏（kvar）为单位的补偿容量

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补偿步数：1~2位1~10步

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工厂代号：2位主要用于工厂生产识别，订货时可以不填。

其中：33、31、41等不同补偿方式的主回路结构如下图所示：

33：三相三线统补31：三相三线分补41：三相四线分补

各种补偿方式的主回路结构示意图目录第二十一页，共三十一页，2022年，8月28日主要技术指标：项目指标额定补偿容量100-2400kvar电源电压三相380V/690V±15%电源频率50/60Hz±2%每步容量10—120kvar目标功率因数0.85～1.0（可设定）响应时间20ms—30s（按需求选择）电抗率5%—14%（按需求选择）功率损耗满载＜1.5%额定补偿容量音频噪声≤60dB保护功能电压异常保护；电流异常保护；系统故障保护；系统过热保护外形尺寸mm1000×1000×2200标准MNS柜×N储存温度-40～85℃工作温度-25～55℃相对湿度≤95%，不结露海拔高度≤2000m，更高海拔可降额使用执行标准GB/T15576-1995低压无功功率静态补偿装置GB/T12747-2004自愈式低电压并联电容器JB/T9663-1999低压无功功率自动补偿控制器GB/T12325-2003电能质量供电电压允许偏差GB/T15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度GB12326－2000电能质量电压允许波动和闪变GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波

目录

第二十二页，共三十一页，2022年，8月28日HTEQ系列产品技术优势简介1．串联电抗器消谐技术2．无暂态投切调谐/失谐电容器组技术3．电容器扫描工作模式4．高速实时跟踪补偿技术

目录第二十三页，共三十一页，2022年，8月28日HTEQ系列产品技术优势简介

1．串联电抗器消谐技术：HTEQ根据不同的现场状况，在电容器回路中串联5％-7％或12％-14％失谐电抗器，将电容／电网的谐振频率转移到低于主要次谐波频率（5次或3次谐波），避免电容器与电网谐波谐振导致的电容器损坏甚至电网崩溃。图中是典型的串联6％电抗器将系统的谐振频率从接近5次转移到接近3次的电容／电网放大因子图。串联电抗器转移系统谐振频率避免谐波共振放大

目录第二十四页，共三十一页，2022年，8月28日HTEQ系列产品技术优势简介目录

2．无暂态投切调谐/失谐电容器组技术

电容器组以常规方式投入系统时，会产生很大的暂态涌流冲击，对电容器、投切开关和

电力设备造成冲击，导致电容器、投切开关寿命缩短，并在配电系统中产生强烈电磁扰动，

干扰用电设备的正常运行。HTEQ采用零过度过程投切调谐电容器组技术，可彻底消除电容器

组投切时的暂态涌流和干扰，极大地提高补偿设备的跟踪速度，提高电容器与投切开关的可

靠性和使用寿命。

图一：调谐/失谐电容器组随机投入时的涌流图二：无暂态投切技术可有效避免投入涌流第二十五页，共三十一页，2022年，8月28日3．电容器扫描工作模式

HTEQ采用独特的扫描模式来保护电容器：当补偿容量需要减少时，总是首先切除已持续

工作时间最长的电容器组；当补偿容量需要增加时，总是首先投入已休息时间最长的电容器

组；当补偿容量长时间保持不变时，电子开关按设定时间间隔不断进行电容器的轮换操作，

接通一组电容器的同时关断另一组电容器，而保持补偿总容量不变。通过这样的操作，保证

能轮流投切每一组电容器，防止各电容器组运行出力不均，同时保证对外的总的补偿容量符

合补偿需求。这样，由于均衡的、较低的任务周期而使电容器的平均电流降低，降低了电容

器的工作应力，延长了电容器的使用寿命。

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第二十六页，共三十一页，2022年，8月28日4．高速实时跟踪补偿技术

HTEQ控制器采用瞬时无功理论方法，可以实时算出系统所需无功，同时采用固态电子开关，在零过度过程时刻投切调谐或失谐电容器组，避免了传统接触器投切电容器带来的浪涌电流，可以在20ms内投切全部所需要的电容器组。控制器还具有谐波分析、图形显示、历史事件记录、故障自检各通讯功能。各种电力数据、系统状态和详细的历史事件记录等信息都可以在大屏幕LCD上显示，也可以通过通讯口将数据上传到计算机系统，组成集中监控系统。快速型HTEQ对于电能质量控制是一个理想的解决方案，在配电系统中，快速型HTEQ可以达到几乎完美的功率因数控制、电网电压稳定和节能降耗的效果。在无功功率高速变化的配电系统中，快速型HTEQ是唯一合适的补偿方式，使用慢速的补偿系统或准实时补偿系统，会降低电能质量并造成电能浪费，甚至造成系统谐