無功功率人工補償

第三節(jié)無功功率人工補償一、電容器補償無功功率原理工礦企業(yè)的用電設(shè)備大部分是電感性的，這使得線路電流滯后于線路電壓一個角度φ,如圖6-2所示。以電壓相量為基準(zhǔn)，建立直角坐標(biāo)系統(tǒng)。線路總電流可以分解為有功電流和無功電流兩個分量，分別平行和垂直于電壓相量，其中是滯后于電壓為90°的感性電流。若將一電容器連接進電網(wǎng)，則在電壓的作用下，產(chǎn)生超前電壓為90°的容性電流。容性電流與感性電流的相位差剛好是180°，于是容性電流抵消了一部分感性電流,或者說一部分感性無功電流（無功功率)得到了補償。由圖6-2可以看到，接入電容器后，新的線路電流和電壓的相位角φ'較補償前小，從而功率因數(shù)得到提高(cosφ'>cosφ)。如果補償?shù)娜菪噪娏鞯扔诟行噪娏?，功率因?shù)將等于1,這時無功功率全部由并聯(lián)電容器供給，而電網(wǎng)只傳輸有功功率，效率最高。二、電容器補償容量確定用電容器改善功率因數(shù)可獲得顯著的經(jīng)濟效益。但是，電容性負(fù)荷過大，會引起電壓的升高，并帶來不良影響。所以，應(yīng)適當(dāng)選擇電容器的安裝容量，通常電容器的補償容量可按下式確定（6-4）式中Qc——所需的補償容量，kvar;

——一年中最大負(fù)荷月份的平均有功負(fù)荷，kW;——補償前、后平均功率因數(shù)的正切值;

——補償率，kvar/kW,可從表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補償率()

單位:kvar/kW在電容器技術(shù)數(shù)據(jù)中，額定容量是指額定電壓下的無功容量，當(dāng)計算補償電容器容量時，應(yīng)考慮實際運行電壓可能與電容器的額定電壓不同，這時電容器能補償?shù)膶嶋H容量不同于計算補償容量。此時，電容器容量應(yīng)按下式進行換算

(6-5)式中

——電容器在實際運行電壓時的容量，kvar;——電容器的額定容量，kvar;——電容器的額定容量,kV；U——電容器的實際運行電壓，kV。對于電動機等用電設(shè)備進行個別補償時，應(yīng)以空載時（補償后）功率因數(shù)接近于1為宜，以免因過補償引起過電壓而損壞電氣絕緣。對于個別補償?shù)碾妱訖C，其補償容量可用下式確定式中

——電動機所需補償容量，kvar;U——電動機的電壓，kV;——電動機的空載電流，A。

三、無功功率補償原則與電容器補償方式為了提高企業(yè)無功功率補償裝置的經(jīng)濟效益，減少無功功率的流動，應(yīng)盡量采用就地補償、就地平衡，以滿足需要。并聯(lián)電容器的補償方式-般分為個別補償、分組補償和集中補償三種。(一)個別補償法個別補償法廣泛用于低壓網(wǎng)絡(luò)，將電容器直接接在用電設(shè)備附近，一般和用電設(shè)備合用一套開關(guān)，

如圖6-3(a)所示。個別補償?shù)膬?yōu)點是補償效果好，缺點是電容器利用率低。對連續(xù)運行的用電設(shè)備所需補償?shù)臒o功功率容量較大時，采用個別補償最為合適。（二）分組補償法

分組補償法是將電容器組分別安裝在各車間配電盤的母線上，如圖63(b)所示。這樣配電變壓器和變電所至車間的線路都可以收到補償效果。分組補償?shù)碾娙萜鹘M利用率比個別補償時高，所需容量也比個別補償少。(三)集中補償法

集中補償法是將電容器組接在變電所（或配電所）的高壓或低壓母線上，如圖6-3（c）所示。這種補償方式的電容器組，利用率較高，但不能減少用戶內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的元功負(fù)荷所引起的損耗。四、并聯(lián)電容器的接線方式

并聯(lián)電容器組的接線方式通常分為三角形接線和星形接線兩種(還有雙三角形和雙星形接線方式)。采用何種接線方式，一般應(yīng)根據(jù)并聯(lián)電容器組的電壓等級、容量大小和保護方式等的不同來決定。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB

50053((l0kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:高壓電容器宜接成中性點不接地星形;當(dāng)容量較小時(指400kvar及以下)宜接成三角形;低壓電容器組應(yīng)接成三角形。(一)三角形接線

在10kV的配電網(wǎng)中，當(dāng)并聯(lián)電容器的額定電壓為10.5kV或11kV時，應(yīng)采用三角形接線和并聯(lián)在配電網(wǎng)上，使并聯(lián)電容器得到充分利用。并聯(lián)電容器的三角形接線方式如圖6-4所示。

在這種接線方式中，并聯(lián)電容器的容量為星形接線中容量的三倍，這是由于，即，而三角形接線時加在電容器C上的電壓為星形接線時的倍，即，因此

=3Qcy。這就是說，相同的三個并聯(lián)電容器，采用三角形接線的補償容量為采用星形接線的補償容量的3倍，充分發(fā)揮了它的補償效果，是最為經(jīng)濟合理的(此時并聯(lián)電容器的額定電壓與配電網(wǎng)的額定電壓相同)。所以，額定電壓在10kV及以下的電網(wǎng)，應(yīng)采用三角形接線;另外當(dāng)三角形接線中的任一相并聯(lián)電容器斷線時，三相配電線路仍能得到元功補償。

但三角形接線方式也存在不足，即并聯(lián)電容器直接承受配電網(wǎng)的線電壓，當(dāng)任何一臺并聯(lián)電容器因故障被擊穿發(fā)生短路故障時，就形成兩相短路，通過故障點的電流為相間短路電流，短路電流非常大，可能會導(dǎo)致并聯(lián)電容器油箱爆炸，威脅配電網(wǎng)的安全運行。所以，三角形接線多用于短路容量較小的工礦企業(yè)用戶的變電所和配電線路中。(二)星形接線

在10kV配電網(wǎng)中，如并聯(lián)電容器的額定電壓為6.3kV時，宜采用星形接線，其星形接線方式如圖6-5所示。由于星形接線的并聯(lián)電容器承受的是相電壓，當(dāng)一臺電容器被擊穿而短路時，通過故障點的電流是額定相電流的3倍;如果采用

每相兩段串聯(lián)的星形接線時，一臺被擊穿，則通過故障點的短路電流僅為1.5倍，因此運行就安全多了，所以星形接線能較好地防止并聯(lián)電容器爆炸。另外，當(dāng)星形接線的一相被擊穿時，又有單臺保護熔絲致使故障電容器斷開，因此不易造成相間短路，便使其余并聯(lián)電容器繼續(xù)運行，進行無功補償。

星形接線方式的不足是，當(dāng)一相并聯(lián)電容器斷線時，會造成該相失去補償，引起三相不平衡。五、電容器組投切控制(一)電容器補償?shù)墓潭ㄍ肚信c自動投切比較

不能根據(jù)功率因數(shù)變化而自動控制并聯(lián)電容器投切容量的固定式補償裝置，在企業(yè)無功功率補償中存在不少弊病，這種補償裝置不可避免地造成欠補償或過補償現(xiàn)象。往往為了克服高峰負(fù)荷時的欠補償，就必須多裝設(shè)補償容量，這不僅投資增加，而且由于增大了補償容量，在低谷負(fù)荷時必將產(chǎn)生過補償，結(jié)果造成企業(yè)用電戶向配電系統(tǒng)倒送無功功率，使系統(tǒng)電壓升高，產(chǎn)生過電壓，破壞供電質(zhì)量，也威脅并聯(lián)電容器和用電設(shè)備的安全。若將補償容量裝設(shè)得在低谷負(fù)荷時合適，則到高峰負(fù)荷時就會出現(xiàn)補償?shù)臒o功功率不足，即欠補償，又會達(dá)不到補償?shù)男Ч?。對于供用電部門來說，由于在欠補償時元功電能表正轉(zhuǎn)，過補償時電能表反轉(zhuǎn)，這樣就會使得無功電能表累計總數(shù)值很小，它不僅掩蓋了企業(yè)用戶功率因數(shù)的真實性，而且對企業(yè)的經(jīng)濟核算不合理，也達(dá)不到國家對功率因數(shù)調(diào)整電費獎罰效果。

采用無功功率自動補償，就可以根據(jù)配電系統(tǒng)中元功負(fù)荷的大小，自動及時地投切無功功率補償容量，克服了上述欠補償或過補償所引起的不良后果，可使無功功率分布合理，充分發(fā)揮供配電設(shè)備的供電能力，提高功率因數(shù)，降低線損，保障電能質(zhì)量。因此，無功功率的自動投切補償?shù)玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用。(二)并聯(lián)電容器投切的自動控制方式1.高壓并聯(lián)電容器的自動控制方式(1)電壓型自動控制方式。根據(jù)配電系統(tǒng)電壓的變化規(guī)律，確定適當(dāng)?shù)碾妷赫ㄖ?，自動投切并?lián)電容器組的容量，以改善配電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。(2)電流型自動控制方式。根據(jù)配電系統(tǒng)負(fù)荷電流的大小，自動投切一定數(shù)量的并聯(lián)電容器組的容量。(3)程序控制方式。根據(jù)一定的生產(chǎn)規(guī)律編制出并聯(lián)電容器的投切程序，用時間切換器按固定程序進行投切并聯(lián)電容器組的容量。這主要是由于企業(yè)變電所或企業(yè)負(fù)荷的變化有一定的規(guī)律性的原因。(4)無功功率自動控制方式。根據(jù)配電系統(tǒng)元功功率或元功電流的大小，技切并聯(lián)電容器組的容量。(5)功率因數(shù)自動控制方式。根據(jù)功率因數(shù)的高低，利用功率因數(shù)繼電器控制投切的井聯(lián)電容器組的容量。對于與配電系統(tǒng)相連接的變電所或?qū)嵭泄β室驍?shù)獎罰的企業(yè)，宜采用技功率因數(shù)控制并聯(lián)電容器組的投切，以保證在最佳的功率因數(shù)下運行。不足之處是當(dāng)所需補償容量小于一組電容器容量時，可能會出現(xiàn)反復(fù)投切。(6)綜合型自動控制方式。這是采用功率因數(shù)型與電壓型相結(jié)合的綜合型自動控制方式。它既能滿足在功率因數(shù)或電壓低于下限時自動技入并聯(lián)電容器組的容量，又能在功率因數(shù)或電壓超過上限時自動切除并聯(lián)電容器組。前三種自動控制方式的特點是結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但補償?shù)男Ч^差;后三種方式的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但補償準(zhǔn)確、經(jīng)濟、效果好，因而在企業(yè)中較廣泛應(yīng)用。2.低壓并聯(lián)電容器的自動控制方式(1)時間型自動控制方式。對于一班制或兩班制生產(chǎn)的企業(yè)，宜采用時間型的自動控制方式，按時間投入并聯(lián)電容器組的容量，在非生產(chǎn)時間全部切除并聯(lián)電容器組。(2)功率因數(shù)型自動控制方式。一般企業(yè)均以提高功率因數(shù)、降損節(jié)電、減少電費開支和提高經(jīng)濟效益為目標(biāo)，宜采用此種自動控制方式。六、并聯(lián)電容器的型號表示及含義并聯(lián)電容器的型號含義如下:復(fù)習(xí)思考題1.試述功率因數(shù)的含義及分類。2.影響企業(yè)功率因數(shù)的因素有哪些?3