無功補償基礎(chǔ)知識詳解【基礎(chǔ)】

【關(guān)鍵字】基礎(chǔ)

無功補償基礎(chǔ)知識詳解

一、功率的概念

1、視在功率：視在功率是指發(fā)電機發(fā)出的總功率，其中可以分為有功部分和無功部分。

2、有功功率：有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他

形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。

3、無功功率：是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電

功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣

設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。無功功率不做功，但是要保證有功

功率的傳導(dǎo)必須先滿足電網(wǎng)的無功功率。

二、需要無功補償?shù)脑?/p>

在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。

如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，這

些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備

的正常運行。

但是從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網(wǎng)中

要設(shè)置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才

能在額定電壓下工作。

無功補償是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩

種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

三、無功補償?shù)囊话惴椒?/p>

無功補償通常采用的方法主要有3種：高壓個別補償、高壓集中補償、。下面簡單介紹

這3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。

(1)高壓個別補償

高壓個別補償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺高壓器組分散地與

用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機

補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行(如大中型異步電動機)的無功消耗，以補勵磁無功為

主。高壓個別補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備

也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡

單、事故率低等優(yōu)點。

(2)高壓集中補償

高壓集中補償是指將高壓電容器通過高壓開關(guān)接在配電變壓器高壓母線側(cè)，以無功補償

投切裝置作為控制保護裝置，根據(jù)高壓母線上的而直接控制電容器的投切。電容器的投切是

整組進行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。高壓補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就

地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功補償中常用的手

段之一。

(3)高壓集中補償

高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6~10kV高壓母線上的補償方

式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減

少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切，

從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費的增加。同時便于運行維護，

補償效益高。

四、無功補償裝置的分類

無功補償有很多種類：從補償?shù)姆秶鷦澐挚梢苑譃樨摵裳a償與線路補償，從補償?shù)男再|(zhì)

劃分可以分為感性補償與容性補償。下面將并聯(lián)容性補償?shù)姆椒ù笾铝信e：

1、同步調(diào)相機

調(diào)相機的基本原理與同步發(fā)電機沒有區(qū)別，它只輸出無功電流。因為不發(fā)電，因此不需要

原動機拖動，沒有啟動電機的調(diào)相機也沒有軸伸，實質(zhì)就是相當(dāng)于一臺在電網(wǎng)中空轉(zhuǎn)的同步

發(fā)電機。

調(diào)相機是電網(wǎng)中最早使用的無功補償裝置。當(dāng)增加激磁電流時，其輸出的容性無功電流增

大。當(dāng)減少激磁電流時，其輸出的容性無功電流減少。當(dāng)激磁電流減少到一定程度時，輸出

無功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補調(diào)相機的損耗。當(dāng)激磁電流進一步減少時，輸

出感性無功電流。

調(diào)相機容量大、對諧波不敏感，并且具有當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點，

因此調(diào)相機對于電網(wǎng)的無功安全具有不可替代的作用。

由于調(diào)相機的價格高，效率低，運行成本高，因此已經(jīng)逐漸被并聯(lián)電容器所替代。但是近

年來出于對電網(wǎng)無功安全的重視，一些人主張重新啟用調(diào)相機。

2、并聯(lián)電容器

并聯(lián)電容器是目前最主要的無功補償方法。其主要特點是價格低，效率高，運行成本低，

在保護完善的情況下可靠性也很高。

在高壓及中壓系統(tǒng)中主要使用固定連接的并聯(lián)電容器組，而在高壓配電系統(tǒng)中則主要使用

自動控制電容器投切的自動無功補償裝置。自動無功補償裝置的結(jié)構(gòu)則多種多樣形形色色，

適用于各種不同的負荷情況。對于高壓自動無功補償裝置將另文詳細介紹。

并聯(lián)電容器的最主要缺點是其對諧波的敏感性。當(dāng)電網(wǎng)中含有諧波時，電容器的電流會急

劇增大，還會與電網(wǎng)中的感性元件諧振使諧波放大。另外，并聯(lián)電容器屬于恒阻抗元件，在

電網(wǎng)電壓下降時其輸出的無功電流也下降，因此不利于電網(wǎng)的無功安全。

3、SVC

SVC的全稱是靜止式無功補償裝置，靜止兩個字是與同步調(diào)相機的旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的。

國際大電網(wǎng)會議將SVC定義為7個子類：

①機械投切電容器(MSC)

②機械投切電抗器(MSR)

③自飽和電抗器(SR)

④晶閘管控制電抗器(TCR)

⑤晶閘管投切電容器(TSC)

⑥晶閘管投

⑦自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器(SCC/LCC)

根據(jù)以上這些子類，我們可以看出：除調(diào)相機之外，用電感或電容進行無功補償?shù)难b置幾

乎均被定義為SVC。因此，目前一些資料或者廣告中大量出現(xiàn)“SVC，字樣，其原因不外乎兩

條：其一是作者自己并不明白SVC的定義，其二就是以普通人不懂的字母組合故弄玄虛。

目前國內(nèi)市場上被宣傳為SVC的產(chǎn)品主要是晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電

容器(TSC)o對于TSC我們另文敘述，這里只簡要介紹一下晶閘管控制電抗器(TCR)o

TCR的基本結(jié)構(gòu)包括一組固定并聯(lián)連接在線路中的電容器和一組并聯(lián)連接在線路中用

晶閘管控制的電抗器，通常將電抗器的容量設(shè)計成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控

制的，其感性無功電流可以變化。當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，電抗器沒有電流，而電容器固定連接，

因此整套裝置的補償量最大。當(dāng)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角時，電抗器的感性電流就會抵消一部分

電容器電流，因此補償量減少，導(dǎo)通角越大，電抗器的電流越大，補償量就越小。當(dāng)晶閘管

全通時，電抗器電流就會將電容器電流全部抵消，此時補償量為0。

在TCR中，當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通角小于90。時，電抗器的電流非正弦含有諧波成分，因此必

須將固定電容器組設(shè)計成濾波器形式或者配備另外的濾波器。

綜上所述，可以看出TCR的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，損耗大。但其具有補償量連續(xù)可調(diào)的特點，在

高壓系統(tǒng)中還有應(yīng)用。

4、STATCOM

STATCOM是一種使用IGBT、GTO、或者SIT等全控型高速電力電子器件作為開關(guān)控制

電流的裝置。其基本工作原理是：

通過對系統(tǒng)電參數(shù)的檢測，預(yù)測出一個與電源電壓同相位的幅度適當(dāng)?shù)恼译娏鞑ㄐ?。?dāng)

系統(tǒng)瞬時電流大于預(yù)測電流的時候，STATCOM將大于預(yù)測電流的部分吸收進來，儲存在內(nèi)

部的儲能電容器中。當(dāng)系統(tǒng)瞬時電流小于預(yù)測電流的時候，STATCOM將儲存在電容器中的

能量釋放出來，填補小于預(yù)測電流的部分，從而使得補償后的電流變成與電壓同相位的正弦

波。

根據(jù)STATCOM的工作原理，理論上STATCOM可以實現(xiàn)真正的動態(tài)補償，不僅可以應(yīng)

用在感性負荷場合，還可以應(yīng)用在容性負荷的場合。并且可以進行諧波濾除，起到濾波器的

作用。但切是實際的STATCOM由于技術(shù)的原因不可能達到理論要求，而且由于開關(guān)操作

頻率不夠高等原因，還會向電網(wǎng)輸出諧波。

STATCOM的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，價格昂貴，可靠性差，損耗大，目前仍處于研究試用階

段，沒有實際應(yīng)用價值。電抗器（TSR）償，從補償?shù)姆绞絼澐挚梢苑譃榇?lián)補償與并聯(lián)補

償。

五、采用無功補償?shù)膬?yōu)點

1、根據(jù)用電設(shè)備的功率因數(shù)，可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術(shù)改造，可使低于

標(biāo)準(zhǔn)要求的功率因數(shù)達標(biāo)，實現(xiàn)節(jié)電目的。

2、采用無功補償技術(shù)，提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)，是節(jié)電工作的一項重要措施。

3、無功補償，它就是借助于無功補償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，

降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，穩(wěn)定設(shè)備運行。

4、減少電力損失，一般工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負載情況，其電力損耗約2%-3%

左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。

5、改善供電品質(zhì)，提高功率因數(shù)，減少負載總電流及電壓降。于變壓器二次側(cè)加裝電容可

改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。

6、延長設(shè)備壽命。改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)

等機器設(shè)備和線路容量負荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10℃,壽命

可延長1倍）

7、最終滿足電力系統(tǒng)對無功補償?shù)谋O(jiān)測要求，消除因為功率因數(shù)過低而產(chǎn)生的罰款。

8、無功補償可以改善電能質(zhì)量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力、無功補償減少用戶

電費支出，是一項投資少，收效快的節(jié)能措施。

9、無功補償技術(shù)對用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社

會效益，確定無功功率的補償容量，確保補償技術(shù)經(jīng)濟、合理、安全可靠，達到節(jié)約電

能的目的。

六、無功補償?shù)膽?yīng)用例子

例1：

某供電企業(yè)給某淀粉廠加裝470kvar低壓動態(tài)補償電容柜，設(shè)定補償限值cos。為

0.95,小于限值則動態(tài)順序投入電容器組。如功率因數(shù)超前，向線路反送無功功率，則開始

順序切除電容器，使功率因數(shù)在一個相對穩(wěn)定的區(qū)域保持動態(tài)平衡。試機時一次電流1050A,

cos6=0.7,裝置動態(tài)投入400kvar后，功率因數(shù)接近到1,一次電流變?yōu)?50A,電流是

補償前的電流的70%,即減少線路電流30%左右。

表1列出了補償前后參數(shù)的變化

表1補償前后參數(shù)的變化

計算值/A

功率因數(shù)負荷電流/A

有功電流無功電流

補償前0.71050735746

補償后1.07507350

注：按現(xiàn)場控制盤儀表指示

例2：

某供電企業(yè)給某造紙廠加裝500kvar低壓動態(tài)補償柜，補償前功率因數(shù)W0.75,線路

電流1300A,動態(tài)補償?shù)焦β室驍?shù)為0.96后一次電流是1000A,直觀減少線路電流25%左

右。

根據(jù)電路原理，線路的損耗與負荷電流的平方成正比，線路電流大則損耗大，線路電流

減小則線損減少，例1中，補償前電流為I,補償后電流大約為0.7XI,根據(jù)DP=3I2R,

所以補償后的線路損耗為補償前線路損耗值的49%,線路損耗降低了大約51%左右。例2

中線路補償后電流大約是補償前電流的0.77,所以補償后的線路損耗大概是補償前線路損

耗的59%。

推算出補償前后功率因數(shù)的變化與線路損耗變化的關(guān)系:

表2補償前后線路損耗之比

補償后功率因數(shù)

補償前功率因數(shù)

0.850.900.951.00

0.8510.800.800.72

0.800.880.790.700.64

0.750.780.690.630.56

0.700.680.600.540.49

按表2所示：例1功率因數(shù)從0.7提高到1,補償后的線路損耗為補償前線路損耗的

49%；線路功率因數(shù)從0.75提高到0.95后，線路損耗為補償前的63%,降低線損效果明顯。

例3：

某市能源監(jiān)測中心于2006年4月24、29、30日對某氨綸股份有限公司B區(qū)制冷機、

空壓機電機進行了電機補償裝置的安裝調(diào)試，從安裝后測試結(jié)果看，平均降低電流22-51

(A),電機功率因數(shù)提高到0.98,(見測試結(jié)果對比表)，減少了公司內(nèi)部低壓電網(wǎng)的消

耗，從而達到了節(jié)電的目的。

表3測試結(jié)果對比表

設(shè)備容量補前功率因數(shù)補后功率因數(shù)電流下降4

設(shè)備名稱

(kW)COS61COS@2(A)

制冷壓縮機

1100.840.9822

B4

制冷壓縮機

2200.890.9841

LMl-200M>B2

制冷壓縮機

2500.860.9851

LM1-250MA1C1

制冷壓縮機

2500.890.98649

2DLGS-K2、D2

制冷壓縮機

2500.890.9848

2DLGS-K2、D5

空氣壓縮機

1500.870.9838

20S-200A、D1

空氣壓縮機

1500.860.97836

20S-200A、D2

空氣壓縮機

1500.870.98240

20S-200A、D3