无功补偿问答及电容柜维护等总结

总结交流电：电流的方向、大小会随时间改变。此种电源就称为"交流电源"。如：家用电源。我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹。直流电：电流流向始终不变。电流是由正极，经导线、负载，回到负极，通路中，电流的方向始终不变，所以我们将输出这固定电流方向的电源，称为"直流电源"。如：铅蓄电池。为什么要进行无功补偿？绝大多数电力设备运行时，需要消耗无功电流，这些无功电流如果都从电网侧输送过来，电网是提供不了的，因为发电厂发出的无功功率有限。所以需要在离负荷较近的地方，如变电站、配电室、台变等处，安装无功补偿装置。另外，从电网侧输送无功，会造成变压器、线路的电能损耗增加，电压压降加大等问题的出现。有效的无功补偿，能使输电损耗下降3〜5%，是一项有效的减排降损措施。为什么要选择无功补偿装置？用电负荷的波动可能使固定的补偿设备不是出现很大的欠补偿，就是出现过补偿（过补偿是不允许的，会增加用电损耗，并可能诱发谐振）。自动无功补偿装置可以跟随用电负荷的波动，随时改变无功补偿量，达到理想的补偿效果。投切电容为什么有很大冲击电流？电容是容性负荷，容性负荷的特点是电压不能突变，电流和电压的关系是I=CdU/dt，即电流与电压的上升率成正比。在投切瞬间如果有大电压加在其上时，就会产生一个很大的冲击电流。实际测量表明，冲击电流最大可达额定电流的40倍。补偿行业推荐的过零投切的开关，如智能复合开关，就是要解决电流冲击问题。异步电机运行为什么需要无功电流？无功电流的存在，使异步电机能够建立一个切割磁力线的旋转磁场，将电能转化为机械能。谐波与电容的相互关系如何?电容在谐波情况下，会表现出更小的阻抗，所以谐波电流更容易流经电容上，造成电容因为过流过压而损坏；另一个角度讲，系统的谐波不是严格意义上的谐波电流源，还有谐波电压源的成分，所以当谐波电流流经电容后，会造成谐波放大。就地补偿是最好的补偿方式吗？理论上，如果每个设备能够就地无功补偿，是最好的，系统中流经的无功电流最小。但是现实中，这是比较难于实现的，因为很多负荷是波动的，固定补偿效果有限，自动补偿相对造价会很高。所以，相对集中的补偿手段还是目前最主要的方式。电机怎样补偿？电机补偿，一般是通过一个开关联到一个固定电容上。电机起动，开关同时闭合，投上电容；当电机停车后，开关也随之断开，保证电机上的过电压不加到电容上，否则会影响电容寿命。开关可以选择复合开关，对电容无冲击。如何考虑分相补偿？三相不平衡严重的场合，其三相无功也会严重不平衡，这种情况在农网中特别常见。在城网中，三相不平衡也会存在，但一般不严重。分相补偿就是针对上述场合的补偿方式。在农网中，变压器容量偏小，单相负荷居多，乱扯线现象严重，所以变压器安装一段时间后，不平衡现象就很普遍。设计补偿箱时，往往需要设置一组分相补偿。但根据经验看，很多情况下，补偿效果还是不如意，所以有些地区采取完全分相方式，如补偿箱选择三组或四组分相补偿，取得了比较好的补偿效果。分相补偿的缺点是设备造价会高一些，单相电容占的空间也偏大。在城网中，柱上补偿箱通常会设置一组分相补偿，效果明显。对于大型的补偿柜，一般不需要考虑分相补偿。首先是因为三相负荷一般会比较均衡，其次是因为总的补偿容量大，分不分相对总的补偿效果影响不大了。自动补偿箱设计中的注意事项自动补偿装置不同于一般低压开关柜的显著特点有三。其一，电容是频繁自动投切的，比电机启动柜频率还要高，而一般开关柜开关动作频率很低；其二，不加有效措施，电容投切的冲击电流会很大；其三，户外运行方式，环境条件更严酷。针对上述情况，结合使用经验，提出如下注意事项。开关元件，如接触器、智能复合开关等要求有很高质量，能够承受较高动作频率和较长寿命次数的要求；需要选择有限流措施的开关元件，如带限流电阻的接触器、复合开关或品闸管。从限制冲击电流角度，复合开关和品闸管一般都能限流在1.5倍内，效果比较好，带限流电阻的接触器的限流效果比较差。但品闸管的发热量太大，不适合户外使用。比较而言，复合开关的发热量很小，是最佳选择。户外使用要特别注意散热和除湿问题。这不仅要求控制器等电气元件发热量小，还要求电气元件有较好的适应高温或潮湿环境的能力，同时箱体要有合理的风道设计。温度很高的场合可以考虑加装风扇，可由温度继电器或补偿控制器来控制风扇启动。功能强的补偿控制器有温度控制功能。防雨设计大家都会注意，需要强调的是门的防雨设计常常不够理想，防雨胶条容易老化脱落，门锁容易生锈而无法使用。所以需要选择质量较好的门锁和胶条，设计公差要争取小一些。在条件允许情况下，应选择不锈钢箱体。补偿装置由于动作频繁，电气元件容易损害，所以除了注意选择质量过关的元件外，设计中还要注意一个问题，就是元件要方便拆卸。要多选择导轨安装方式的元件，其拆卸方便。重视防雷工作。雷击是补偿设备损坏的重要原因。条件允许，最好选择高压侧有避雷器的地点安装补偿箱。补偿箱内也要在进线开关的二次侧三相对地加装避雷器。低压避雷器的质量良锈不齐，要选择专业避雷器厂家的产品，否则可能形同虚设。针对一些电压波动大或电压偏高的场合，可适当考虑提高电容额定电压的水平，否则电容容易损坏。电容应选择专业电容器厂家的产品，非专业厂家，产品质量一般都不理想。指示灯是易损件，价格低，所以很容易被忽视，要选择过硬产品。对于其他小部件，也是这样的建议。否则因为小部件的原因，爬到杆上去维修，得不偿失。重视端子紧固问题。要多采用镀锌端子或镀锌的线鼻子，少采用多股铜线直接压接方式，其容易松动。注意谐波问题。谐波超过国标的场合，普通补偿装置不能投运，需要有抗谐波或滤波器设计。上述很多问题也是设计室内无功补偿屏、柜需要注意的。复合开关投切的频率要求？接触器或继电器对开关的动作频率都有范围要求。通讯继电器可以高频动作，但其开断或导通的电流很小。通断电气的接触器或继电器的允许动作频率要低得多，譬如1000次每小时。因为通断过程，有大电流冲击和燃弧问题，触点需要一定时间来恢复，如果动作过于频繁，可能导致触点烧蚀。复合开关采用的是可控硅与继电器并联的方式，虽然避免了投切大电流，但仍有较大转移电流通过继电器，还有发热问题，所以过于频繁，也会影响到开关触点的寿命。在实际应用中，复合开关的允许动作频率可以高于接触器，但不建议太高，因为开关本身还有寿命次数的限制。频率过高意味着开关寿命年限会缩短。站在系统应用角度，如果不存在类似电焊机这样的瞬时负荷，负荷变化不会很剧烈，也没有必要频繁投切电容器。从实际补偿效果来看，无功补偿主要要跟踪跨度时间较长的无功变化，将这块无功缺额补偿掉。所以我们建议复合开关的动作频率要低于10秒每次，推荐动作间隔大于20秒，这个间隔是指从切除到再次投入的间隔。针对电焊机这样的瞬时负载，推荐采用品闸管投切的方式，这样更合理。谐波情况下如何补偿无功？谐波情况下一般会出现两个问题，一个是滤波问题，另一个是补偿问题。如果用户和供电局对谐波问题不是很重视，或者谐波对企业的生产活动影响还不大，可以只考虑补偿问题。在这种情况下，补偿的目的通常是要避免供电局的力率罚款。有谐波和面临力率罚款的用户一般是大用户，其无功缺额也大，补偿柜可以采用简捷的等容量循环投切方式。每一补偿支路串联有电抗器，电抗器容量要与电容容量相匹配，使之在系统出现的各次谐波情况下呈现感性。具体步骤如下：测量并计算出各次谐波电流的含量和需要的无功补偿量；确定每一支路补偿容量，再确定对应的电抗器容量；效验流过补偿支路的最大电流量是否超标，效验理论的补偿效果；对大多数情况而言，谐波是不可忽视的，它会造成设备损耗增大、保护误动、系统谐振、产品不合格等很多问题，所以滤波常常是必须的选择。设计滤波柜的步骤大致如上，不同的是滤波柜是根据谐波含量设计各次滤波器，并需要对各种运行工况进行谐振效验，避免出现谐波放大情况。如何计算无功补偿的容量和选择投切方式？设补偿前电压为U，电流为I，功率因数为COS中1，目标功率因数为COS中2。计算得到需要补偿的无功功率为：AQ=P（Tg中1—Tg中2）；其中有功功率：P=UICOS中1；上面的公式是计算补偿容量的一般算法，值得注意的是应该由精确的功率因数表测量得到功率因数，否则功率因数会有比较大的误差；有的情况下，是按照变压器容量来匹配补偿电容的容量，补偿容量推荐选择为变压器容量的1/3到1/2。有电力公司的文件提出，补偿容量按变压器容量的15%考虑，从实际使用来看，补偿效果较差。因为目前绝大多数变压器的负载率是比较高的，无功缺额比较大，15%的补偿容量根本不够。确定了无功补偿容量后，进行分组。如何分组，可以参考以下几个意见：单级容量在10〜30kvar间选择，如果总补偿容量很大，可以考虑增加单级容量；不主张过大的单级容量主要是考虑减小其投切时对系统电压的冲击。补偿级数在3〜12之间选择。控制回路超过12级的无功补偿控制器比较少。投切方式中最常见的是等容量循环投切，这种方式的好处是每个支路投入时间基本相当，寿命周期一致，不至于过早造成某支路损坏。

还有类似1224...这样的不等容量投切方式。这种方式的好处是能将电容分得更细致一些，理论上补偿效果会更佳；不足之处是部分支路投切可能过于频繁而寿命缩短，另外还有投切电容可能造成系统电压振荡过大的问题。所以，这种方式比较适合负荷变化缓慢，但希望进一步优化补偿效果的场合。感性负载通常情况下，一般把负载带电感参数的负载，即符合电流超前电压特性的负载，称为感性负载。通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品，如电动机、压缩机、继电器、日光灯等等。这类产品在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多（大约在3-7倍）的启动电流。例如，一台在正常运转时耗电150瓦左右的电冰箱，其启动功率可高达1000瓦以上。此外，由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，这种电压的峰值远远大于车载交流供电器所能承受的电压值，很容易引起车用逆变器的瞬时超载，影响逆变器的使用寿命。因此，这类电器对供电波形的要求较高。无功补偿控制器的原理：通过集成电路板采样，对线路的电压电流进行采样，然后用电压电流数据计算线路中的无功功率，判断是否要补偿无功，要则输出投入信号，过补则输出切除信号，退出电容，使功率达标。电流互感器：如500/10则要用电度表度数乘以电流变比电流与导线截面的关系导线截面1.0导线截面1.01.52.54610162535507095120铜线电流192432425575105138170215265320375150430如何选择低压无功补偿装置一、按投切方式分类：延时投切方式延时投切方式即人们熟称的〃静态〃补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器的动作，当然用于投切电容的接触器专用的，它具有抑制电容的涌流作用，延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，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。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，如过量的补偿装置的控制器，这是电网的电流超前于电压的一个角度，即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。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品，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。通过脉冲信号使品闸管导通，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。动态补偿的线路方式(1)LC串接法原理如图1所示这种方式采用电感与电容的串联接法，调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节，使无功损耗降为零。从元件的选择上来说，根据补偿量选择1组电容器即可，不需要再分成多路。既然有这么多的优点，应该是非常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再加一些技术的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。(2)采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关，较常采用的接线方式如图2。图中BK为半导体器件，C1为电容器组。这种接线方式采用2组开关，另一相直接接电网省去一组开关，有很多优越性。作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用品闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很经济。其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才能达到最佳的补偿效果。当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令（投入一组或多组电容器的指令），此时由触发脉冲去触发品闸管导通，相应的电容器组也就并人线路运行。需要强调的是品闸管导通的条件必须满足其所在相的电容器的端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，半导体器件应该是无涌流投切。当控制指令撤消时，触发脉冲随即消失，品闸管零电流自然关断。关断后的电容器电压为线路电压交流峰值，必须由放电电阻尽快放电，以备电容器再次投入。元器件可以选单项品闸管反并联或是双向品闸管，也可选适合容性负载的固态接触器，这样可以省去过零触发的脉冲电路，从而简化线路，元件的耐压及电流要合理选择，散热器及冷却方式也要考虑周全。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。在无功功率补偿装置的应用方面，选择那一种补偿方式，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。对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式，尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿的。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。如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能量又有较大的变化，我们把它称为瞬变或闪变，采用动态补偿就要出问题并可能引发事故。二、无功功率补偿控制器无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。十几年来经历了由分立元件一集成线路一单片机--DSP芯片一个快速发展的过程，其功能也愈加完善。就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差异很大，很多产品名不符实，在选用时需认真对待。在选用时需要注意的另一个问题就是国内生产的控制器其名称均为〃XXX无功功率补偿控制器〃，名称里出现的〃无功功率〃的含义不是这台控制器的采样物理量。采样物理量取决于产品的型号，而不是产品的名称。1.功率因数型控制器功率因数用cose表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cose=1时，线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。〃延时〃整定，投切的延时时间，应在10s-120s范围内调节〃灵敏度〃整定，电流灵敏度，不大于0-2A。投入及切除门限整定，其功率因数应能在0.85（滞后）-0.95（超前）范围内整定。过压保护设量显示设置、循环投切等功能这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果，这是一对矛盾，只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。即使调整的较好，也无法祢补这种方式本身的缺陷，尤其是在线路重负荷时。举例说明：设定投入门限；cos6=0.95（滞后）此时线路重载荷，即使此时的无功损耗已很大，再投电容器组也不会出现过补偿，但cos6只要不小于0.95,控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器组投入，所以这种控制方式建议不做为推荐的方式。2.无功功率（无功电流）型控制器无功功率（无功电流）型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无功型控制器是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测，这类控制器一般都具有以下功能：*四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器功率、显示cose、U、I、S、P、Q及频率。由以上功能就可以看出其控制功能的完备，由于是无功型的控制器，也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时，那怕cose已达到0.99（滞后），只要再投一组电容器不发生过补，也还会再投入一组电容器，使补偿效果达到最佳的状态。采用DSP芯片的控制器，运算速度大幅度提高，使得富里叶变换得到实现。当然，不是所有的无功型控制器都有这么完备的功能。国内的产品相对于国外的产品还存在一定的差距。用于动态补偿的控制器对于这种控制器要求就更高了，一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能。由于这类控制器也都基于无功型，所以它具备静态无功型的特点。目前，国内用于动态补偿的控制器，与国外同类产品相比有较大的差距，一是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好。二是补偿功率不能一步到位，这些应是生产厂家要重点解决的问题。另外，相应的国家标准也尚未见到，这方面落后于发展。三、滤波补偿系统由于现代半导体器件应用愈来愈普遍，功率也更大，但它的负面影响就是产生很大的非正弦电流。使电网的谐波电压升高，畸变率增大，电网供电质量变坏。如果供电线路上有较大的谐波电压，尤其5次以上，这些谐波将被补偿装置放大。电容器组与线路串联谐振，使线路上的电压、电流畸变率增大，还有可能造成设备损坏，再这种情况下补偿装置是不可使用的。最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性，以对线路进行无功补偿，对于谐波则为感性负载，以吸收部分谐波电流，改善线路的畸变率。增加电抗器后，要考虑电容端电压升高的问题。滤波补偿装置即补偿了无功损耗又改善了线路质量，虽然成本提高较多，但对于谐波成分较大的线路还是应尽量考虑采用，不能认为装置一时不出问题就认为没有问题存在。很多情况下，采用五次、七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时，对系统中的谐波进行消除。电容补偿柜常见故障及排除新柜调试前应将所有电容器断开，并在不通电情况下测主回路相间通断，和对“N”通断；手动投切检查一切正常后再将电容接上！无涌流投切器及动补调节器不接N线，会使其直接损坏及炸毁！！！1主回路上电，控制器无显示：原因：1、电源是否引入到控制器；2、控制器坏了a、用万用表检查确认是否在主线（一次线）上有电压，本项必须带电操作，具体操作时需要特别小心和按规范操作；b、 检查取电压用保护熔丝有否接上及是否坏掉，在非带电状态下检查并接牢固；c、 控制器取电压接线端子是否接及是否接紧，在非带电状态下检查并接牢固；d、 确认控制器是否有问题，有问题立即更换。2配电房进线柜电流指示表和控制器显示电流值相差较大：原因：电流变比设错，或CT线没接好及进线柜电流指示表是否已坏。a、 检查主线上的CT变比是否和控制器上设置的一致，若不一致需要重新设置为一样；b、 检查主线上的CT引线是否和控制器的端子接牢固，并确认电流信号传输到控制器，否则检查线路。3与电容器连接的回路导线有发热严重或烧焦现象：原因：接线端末接紧，或过流。a、 用合适档位电流钳卡该路电容投上时的工作电流，是否与额定电流悬殊很大，在电压正常时，如果电流悬殊很大，有可能是电容器损坏或者是现场谐波很严重，需要借助电能质量分析仪测试后确认。b、 该电容支路的相关接头是否接紧或者压紧，需要在不带电状态下检查，必需要对接线头进行工艺处理。c、 检查导线在设计时是否按标准来设计，一般铜线按每平方毫米通5A电流来选。4电抗器噪音很大：原因：1、谐波超标，2、机柜强度不够，3、电抗器质量问题a、 用合适档位电流钳卡该路电容投上时的工作电流，是否与额定电流悬殊很大，在电压正常时，如果电流悬殊很大，电抗器噪音很大有可能是电流大或者是现场谐波很严