无功功率人工补偿

第三节无功功率人工补偿一、电容器补偿无功功率原理工矿企业的用电设备大部分是电感性的，这使得线路电流滞后于线路电压一个角度φ,如图6-2所示。以电压相量为基准，建立直角坐标系统。线路总电流可以分解为有功电流和无功电流两个分量，分别平行和垂直于电压相量，其中是滞后于电压为90°的感性电流。若将一电容器连接进电网，则在电压的作用下，产生超前电压为90°的容性电流。容性电流与感性电流的相位差刚好是180°，于是容性电流抵消了一部分感性电流,或者说一部分感性无功电流（无功功率)得到了补偿。由图6-2可以看到，接入电容器后，新的线路电流和电压的相位角φ'较补偿前小，从而功率因数得到提高(cosφ'>cosφ)。如果补偿的容性电流等于感性电流，功率因数将等于1,这时无功功率全部由并联电容器供给，而电网只传输有功功率，效率最高。二、电容器补偿容量确定用电容器改善功率因数可获得显著的经济效益。但是，电容性负荷过大，会引起电压的升高，并带来不良影响。所以，应适当选择电容器的安装容量，通常电容器的补偿容量可按下式确定（6-4）式中Qc——所需的补偿容量，kvar;

——一年中最大负荷月份的平均有功负荷，kW;——补偿前、后平均功率因数的正切值;

——补偿率，kvar/kW,可从表6-2直接查得。

0.80.820.840.860.880.900.920.940.960.981.000.401.541.601.651.701.751.871.871.932.002.092.090.421.411.471.521.571.621.681.741.801.871.962.160.441.291.341.391.441.501.551.611.681.751.842.040.461.181.231.281.341.391.441.501.571.641.731.930.481.081.121.181.231.291.341.401.461.541.621.830.500.981.041.091.141.191.251.311.371.441.521.730.520.890.941.001.051.101.161.211.281.351.441.640.540.810.860.910.971.021.071.131.201.271.361.560.560.730.780.830.890.940.991.051.121.191.281.480.580.660.710.760.810.870.920.981.041.121.201.410.600.580.640.690.740.790.850.910.971.041.131.330.620.520.570.620.670.730.780.840.900.981.061.270.640.450.500.560.610.660.720.770.840.911.001.200.660.390.440.490.550.600.650.710.780.850.941.140.680.330.380.430.480.540.590.650.710.790.881.080.700.270.320.380.430.480.540.590.660.730.821.020.720.210.270.320.370.420.480.540.600.670.760.960.740.160.210.260.310.370.420.480.540.620.710.910.760.100.160.210.260.310.370.430.490.560.650.850.780.050.110.160.210.260.320.380.440.510.600.800.80-0.050.100.160.210.270.320.390.460.550.730.82--0.050.100.160.210.270.340.410.490.700.84---0.050.110.160.220.280.350.440.650.86----0.050.110.170.230.300.390.590.88-----0.060.110.180.250.340.540.90------0.060.120.190.280.49表6-2补偿率()

单位:kvar/kW在电容器技术数据中，额定容量是指额定电压下的无功容量，当计算补偿电容器容量时，应考虑实际运行电压可能与电容器的额定电压不同，这时电容器能补偿的实际容量不同于计算补偿容量。此时，电容器容量应按下式进行换算

(6-5)式中

——电容器在实际运行电压时的容量，kvar;——电容器的额定容量，kvar;——电容器的额定容量,kV；U——电容器的实际运行电压，kV。对于电动机等用电设备进行个别补偿时，应以空载时（补偿后）功率因数接近于1为宜，以免因过补偿引起过电压而损坏电气绝缘。对于个别补偿的电动机，其补偿容量可用下式确定式中

——电动机所需补偿容量，kvar;U——电动机的电压，kV;——电动机的空载电流，A。

三、无功功率补偿原则与电容器补偿方式为了提高企业无功功率补偿装置的经济效益，减少无功功率的流动，应尽量采用就地补偿、就地平衡，以满足需要。并联电容器的补偿方式-般分为个别补偿、分组补偿和集中补偿三种。(一)个别补偿法个别补偿法广泛用于低压网络，将电容器直接接在用电设备附近，一般和用电设备合用一套开关，

如图6-3(a)所示。个别补偿的优点是补偿效果好，缺点是电容器利用率低。对连续运行的用电设备所需补偿的无功功率容量较大时，采用个别补偿最为合适。（二）分组补偿法

分组补偿法是将电容器组分别安装在各车间配电盘的母线上，如图63(b)所示。这样配电变压器和变电所至车间的线路都可以收到补偿效果。分组补偿的电容器组利用率比个别补偿时高，所需容量也比个别补偿少。(三)集中补偿法

集中补偿法是将电容器组接在变电所（或配电所）的高压或低压母线上，如图6-3（c）所示。这种补偿方式的电容器组，利用率较高，但不能减少用户内部配电网络的元功负荷所引起的损耗。四、并联电容器的接线方式

并联电容器组的接线方式通常分为三角形接线和星形接线两种(还有双三角形和双星形接线方式)。采用何种接线方式，一般应根据并联电容器组的电压等级、容量大小和保护方式等的不同来决定。根据国家标准GB

50053((l0kV及以下变电所设计规范》规定:高压电容器宜接成中性点不接地星形;当容量较小时(指400kvar及以下)宜接成三角形;低压电容器组应接成三角形。(一)三角形接线

在10kV的配电网中，当并联电容器的额定电压为10.5kV或11kV时，应采用三角形接线和并联在配电网上，使并联电容器得到充分利用。并联电容器的三角形接线方式如图6-4所示。

在这种接线方式中，并联电容器的容量为星形接线中容量的三倍，这是由于，即，而三角形接线时加在电容器C上的电压为星形接线时的倍，即，因此

=3Qcy。这就是说，相同的三个并联电容器，采用三角形接线的补偿容量为采用星形接线的补偿容量的3倍，充分发挥了它的补偿效果，是最为经济合理的(此时并联电容器的额定电压与配电网的额定电压相同)。所以，额定电压在10kV及以下的电网，应采用三角形接线;另外当三角形接线中的任一相并联电容器断线时，三相配电线路仍能得到元功补偿。

但三角形接线方式也存在不足，即并联电容器直接承受配电网的线电压，当任何一台并联电容器因故障被击穿发生短路故障时，就形成两相短路，通过故障点的电流为相间短路电流，短路电流非常大，可能会导致并联电容器油箱爆炸，威胁配电网的安全运行。所以，三角形接线多用于短路容量较小的工矿企业用户的变电所和配电线路中。(二)星形接线

在10kV配电网中，如并联电容器的额定电压为6.3kV时，宜采用星形接线，其星形接线方式如图6-5所示。由于星形接线的并联电容器承受的是相电压，当一台电容器被击穿而短路时，通过故障点的电流是额定相电流的3倍;如果采用

每相两段串联的星形接线时，一台被击穿，则通过故障点的短路电流仅为1.5倍，因此运行就安全多了，所以星形接线能较好地防止并联电容器爆炸。另外，当星形接线的一相被击穿时，又有单台保护熔丝致使故障电容器断开，因此不易造成相间短路，便使其余并联电容器继续运行，进行无功补偿。

星形接线方式的不足是，当一相并联电容器断线时，会造成该相失去补偿，引起三相不平衡。五、电容器组投切控制(一)电容器补偿的固定投切与自动投切比较

不能根据功率因数变化而自动控制并联电容器投切容量的固定式补偿装置，在企业无功功率补偿中存在不少弊病，这种补偿装置不可避免地造成欠补偿或过补偿现象。往往为了克服高峰负荷时的欠补偿，就必须多装设补偿容量，这不仅投资增加，而且由于增大了补偿容量，在低谷负荷时必将产生过补偿，结果造成企业用电户向配电系统倒送无功功率，使系统电压升高，产生过电压，破坏供电质量，也威胁并联电容器和用电设备的安全。若将补偿容量装设得在低谷负荷时合适，则到高峰负荷时就会出现补偿的无功功率不足，即欠补偿，又会达不到补偿的效果。对于供用电部门来说，由于在欠补偿时元功电能表正转，过补偿时电能表反转，这样就会使得无功电能表累计总数值很小，它不仅掩盖了企业用户功率因数的真实性，而且对企业的经济核算不合理，也达不到国家对功率因数调整电费奖罚效果。

采用无功功率自动补偿，就可以根据配电系统中元功负荷的大小，自动及时地投切无功功率补偿容量，克服了上述欠补偿或过补偿所引起的不良后果，可使无功功率分布合理，充分发挥供配电设备的供电能力，提高功率因数，降低线损，保障电能质量。因此，无功功率的自动投切补偿得到越来越广泛的应用。(二)并联电容器投切的自动控制方式1.高压并联电容器的自动控制方式(1)电压型自动控制方式。根据配电系统电压的变化规律，确定适当的电压整定值，自动投切并联电容器组的容量，以改善配电系统的电压质量。(2)电流型自动控制方式。根据配电系统负荷电流的大小，自动投切一定数量的并联电容器组的容量。(3)程序控制方式。根据一定的生产规律编制出并联电容器的投切程序，用时间切换器按固定程序进行投切并联电容器组的容量。这主要是由于企业变电所或企业负荷的变化有一定的规律性的原因。(4)无功功率自动控制方式。根据配电系统元功功率或元功电流的大小，技切并联电容器组的容量。(5)功率因数自动控制方式。根据功率因数的高低，利用功率因数继电器控制投切的井联电容器组的容量。对于与配电系统相连接的变电所或实行功率因数奖罚的企业，宜采用技功率因数控制并联电容器组的投切，以保证在最佳的功率因数下运行。不足之处是当所需补偿容量小于一组电容器容量时，可能会出现反复投切。(6)综合型自动控制方式。这是采用功率因数型与电压型相结合的综合型自动控制方式。它既能满足在功率因数或电压低于下限时自动技入并联电容器组的容量，又能在功率因数或电压超过上限时自动切除并联电容器组。前三种自动控制方式的特点是结构简单，控制方便，但补偿的效果较差;后三种方式的结构虽然复杂，但补偿准确、经济、效果好，因而在企业中较广泛应用。2.低压并联电容器的自动控制方式(1)时间型自动控制方式。对于一班制或两班制生产的企业，宜采用时间型的自动控制方式，按时间投入并联电容器组的容量，在非生产时间全部切除并联电容器组。(2)功率因数型自动控制方式。一般企业均以提高功率因数、降损节电、减少电费开支和提高经济效益为目标，宜采用此种自动控制方式。六、并联电容器的型号表示及含义并联电容器的型号含义如下:复习思考题1.试述功率因数的含义及分类。2.影响企业功率因数的因素有哪些?3