无功补偿的工作原理Word文件下载.docx

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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晶闸管，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晶闸管导通，相应的电容器组也就并人线路运行。

需要强调的是晶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，晶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.　　元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管，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。

　　3。

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。

　　4.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.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。

　　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-—集成线路—-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。

功率因数型控制器　　功率因数用cosΦ表示,它表示有功功率在线路中所占的比例.当cosΦ=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；

cosΦ=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cosΦ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cosΦ、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cosΦ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.　　3.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，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维护成本高、造成设备整体投资费用高。

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.　　无功动态补偿装置工作原理与结构特点　　无功动态补偿装置由控制器、晶闸管、并联电容器、电抗器、过零触发模块、放电保护器件等组成。

装置实时跟踪测量负荷的电压、电流、无功功率和功率因数，通过微机进行分析,计算出无功功率并与预先设定的数值进行比较，自动选择能达到最佳补偿效果的补偿容量并发出指令，由过零触发模块判断双向可控硅的导通时刻，实现快速、无冲击地投入并联电容器组。

　　例子：

　　一、SLTF型低压无功动态补偿装置：

适用于交流50Hz、额定电压在660V以下,负载功率变化较大，对电压波动和功率因数有较高要求的电力、汽车、石油、化工、冶金、铁路、港口、煤矿、油田等行业。

　　基本技术参数及工作环境：

　　环境温度：

—25oC～+40oC（户外型）;

-5oC~+40oC（户内型）,最大日平均温度30oC　　海拔高度：

1000m　　相对湿度：

&

lt;

85％（+25oC）　　最大降雨：

50mm/10min　　安装环境：

周围介质无爆炸及易燃危险、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘埃。

无剧烈震动和颠簸，安装倾斜度&

5%。

　　技术指标：

额定电压：

220V、380V（50Hz）　　判断依据：

无功功率、电压　　响应时间：

＆lt；

20ms　　补偿容量：

90kvar～900kvar　　允许误差：

0~10％　　二、SHFC型高压无功自动补偿装置:

适用于6kV～10kV变电站,可在I段和II段母线上任意配置1～4组电容器，适应变电站的各种运行方式.　　基本技术参数及工作环境：

　　正常工作温度:

-15~+50oC,相对湿度&

85％,海拔高度：

2000m　　技术指标：

6kV~10kV　　交流电压取样：

100V（PT二次线电压）　　交流电流取样：

0~5A（若PT取10kV侧二次A、C线电压时,CT应取B相电流）　　电压整定值:

6~6。

6kV10～11kV可调　　电流互感器变比：

200~5000/5A可调　　动作间隔时间；

1~60min可调　　动作需系统稳定时间：

2~10min可调　　功率因数整定:

0。

8~0.99可调　　技术特征:

电压优先:

按电压质量要求自动投切电容器，使母线电压始终处于规定范围.　　自动补偿：

依据无功大小自动投切电容器组，使系统不过压、不过补、无功损耗始终处于最小的状态.　　记录监测：

可自动或随时调出监测数据、运行记录、电压合格率统计表等（选配）。

　　智能控制：

在自动发出各动作控制指令之前，首先探询动作后可能出现的所有超限定值，减少动作次数。

　　异常报警闭锁：

当电容器控制回路继保动作、拒动和控制器失电时发出声光报警，显示故障部位和闭锁出口.　　安全防护：

手动可退出任一电容器组的自投状态，控制器自动闭锁并退出控制.　　模糊控制：

当系统处于电压合格范围的高端且在特定环境时如何实施综控原则是该系列产品设计的难点。

由于现场诸多因素，如配置环境、受电状况、动作时间、用户对动作次数的限制等而引起频繁动作是用户最为担扰的。

应用模糊控制正是考虑了以上诸多因素而使这一“盲区”得到合理解决。

　　　　无功补偿方式　　配电网无功补偿的主要方式有五种：

变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

　　变电站补偿:

针对电网的无功平衡,在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡电网的无功功率，改善电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗.这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，缺点是这种补偿方式对10kV配电网的降损不起作用。

　　配电线路补偿：

线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。

线路补偿点不宜过多;

控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；

补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；

保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。

线路补偿方式主要提供线路和公用变压器需要的无功，该种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。

缺点是存在适应能力差，重载情况下补偿不足等问题.　　随机补偿：

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式.县级配电网中有很大一部分的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。

随机补偿的优点是用电设备运行时，无功补偿装置投入；

用电设备停运时,补偿装置退出。

更具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低的特点.适用于补偿电动机的无功消耗,以补励磁无功为主,可较好的限制配电网无功峰荷。

年运行小时数在1000h以上的电动机采用随机补偿较其他补偿方式更经济。

　　随器补偿:

随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配电变压器空载无功是农网无功负荷的主要部分。

随器补偿的优点是接线简单，维护管理方便,能有效地补偿配电变压器空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量，具有较高的经济性，是目前无功补偿最有效的手段之一。

缺点是由于配电变压器的数量多、安装地点分散，因此补偿工作的投资比较大，运行维护工作量大。

　　跟踪补偿:

是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在用户配电变压器低压侧的补偿方式.这种补偿方式，部分相当于随器补偿的作用,主要适用与100kVA及以上的专用配电变压器用户。

跟踪补偿的优点是可较好地跟踪无功负荷的变化，运行方式灵活，补偿效果好，但是费用高，且自动投切装置较随机或随器补偿的控制保护装置复杂,如有任一元件损坏，则可导致电容器不能投切。

其主要适于大容量大负荷的配变。

　　无功补偿常出现的问题　　1、电容器损坏频繁。

　　2、电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。

　　3、电容器组经常投入使用率低。

　　针对以上问题，我们认为有必要进行专题研究，对无功补偿设备进行综合整治，以达到无功补偿设备使用化运行，提高电网电压无功质量和电能合格率.针对上述情况我们分析可能存在的原因如下：

　　1、电容器损坏主要原因由于在选择电压等级时没有考虑谐波背景的影响，造成所选择的电压等级偏低,长期运行电容器将容易损坏。

　　2、电容器外熔断器经常发生熔断，主要是合闸涌流对熔断器的冲击或者熔断器额定电流的选择偏小造成的，或是不同电抗率组别的电容器组投切顺序不当所致。

　　电容器投入使用率低主要是由于在电容器容量选择及分配不当造成的。

　　以上所述为6-10KV以上的高压补偿方案，对于低压电力系统的无功补偿因考虑以下因素：

　　低压配电网中常用的无功补偿方式包括:

　　①集中补偿：

在低压配电线路中安装并联电容器组；

　　②分组补偿:

在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；

　　③单台电动机就地补偿：

在单台电动机处安装并联电容器等。

　　加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高,还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

　　确定无功补偿容量时，应注意以下两点：

　　①在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。

　　②功率因数越高,每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下,将功率因数提高到0。

95就是合理补偿　　就三种补偿方式而言,无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点,是一种较为完善的补偿方式：

　　⑴因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。

　　⑵有利于降低电动机起动电流,减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。

　　无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：

Q≤UΙ0式中：

Q---无功补偿容量（kvar）；

U---电动机的额定电压（V）；

Ι0—-—电动机空载电流（A）；

但是无功就地补偿也有其缺点：

⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；

众所周之,无功补偿按其安装位置和接线方法可分为:

高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。

其中就地补偿区域最大,效果也好.但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。

高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小,利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。

为此，这三种补偿方式各有应用范围,应结合实际确定使用场合，各司其职。

　　美国斯威尔智能电容器能灵活的应用于高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。

　　就地（分散）补偿应用　　不需要设置专用的无功补偿箱或者无功补偿柜,实现对各种场合的小容量就地补偿。

　　■在用电设备旁放置智能电容器　　■在壁挂式配电箱内放置智能电容器　　■在工程车间配电设备内（旁）放置智能电容器　　■在用户配变小于100kvar的计量柜、配电柜内放置智能电容器　　优点：

无功补偿距离短，节能降损效果显著，设备接线简单、维护方便。

　　配置参考：

对于小容量负载，按照负载总功率的25％~40%配置智能电容器容量。

　　例：

一台电动机就地补偿方案　　电动机额定功率:

50kW　　无功补偿容量：

15kvar（10kvar+5kvar）　　智能电容器数量：

1台SWL—8MZS/450—10。

5　　无功补偿级数:

0、5、10、15kvar　　低压分组补偿的应用　　对户外配电变进行就地无功补偿，直接将设备安装于柱挂式户外设备箱内。

　　优点：

体积小、接线简、维护方便；

投资小、节能降损效果显著。

　　配置参考:

配变无功补偿容量一般为配变容量的25%～40％。

户外配电变压器应用方案　　配变容量：

200kVA　　无功补偿容量：

60kvar2×

30kvar（20kvar+10kvar）　　智能电容器数量：

2台SWL-8MZS/450—20.10　　无功补偿级数：

0、10、20、30、40、50、60　　安装在箱变低压室，根据配电变压器容量进行补偿，选用若干台智能电容器联机使用.　　优点：

接线简单、维护方便、成本低、节约空间的显著特点。

箱变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。

　　例:

箱式变集中补偿应用方案　　箱变容量：

500kVA　　无功补偿容量:

190kvar4×

40kvar（20kvar+20kvar）+1×

30kvar（20kvar+10kvar）　　智能电容器数量：

4台SWL-8MZS/450-20.201台SWL-8MZS/450-20.10　　高压集中补偿的应用　　低压无功补偿智能电容器实现在柜体内组装，构成无功自动补偿装置，接线简单、维护方便、节约成本。

　　优点:

补偿效果好，容量可调整性好，接线简单、故障少、运行维护方便。

根据成套柜补偿容量的要求进行配置.　　低压成套柜配置容量参考:

　　GGD柜型　　柜体尺寸：

1000mm（宽）×

600mm（深）×

2230（高）mm　　可安装智能电容器数量：

20台40kvar（20kvar+20kvar）　　无功补偿总容量：

800kvar（40kvar×

20）　　MNS柜型　　柜体尺寸：

600mm（宽）×

800mm（深）×

2200（高）mm　　可安装智能电容器数量：

12台40kvar（20kvar+20kvar）　　无功补偿总容量：

480kvar（40kvar×

12）　　⑵大容量电力电子装置，普通电容器就地补偿不恰当：

随着大型电力电子装置的广泛应用,尤其是采用大容量晶闸管电源供电后，致使电网波形畸变,谐波分量增大，功率因数降低。

更由于此类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危及供电质量，对通讯设备影响也很大，所以此类负载采用就地补偿是不安全，不恰当的。

因为①电力电子装置会产生高次谐波,在负载电感上有部分被抑制。

但当负载并联电容器后，高次谐波可顺利通过电容器，这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。

②由于谐波电流的存在,会增加电容器的负担，容易造成电容器的过流、过热，甚至损坏。

③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有冲击性无功负载，这要求无功补偿的响应速度要快，但并联电容器的补偿方法是难以奏效.　　美国斯威尔智能电容器成套设备能满足恶劣环境下的电容补偿要求.美国斯威尔专业开发的功率因数控制器结合智能电容器组，能快速响应电网功率因数突变的问题,毫秒级的捕捉谐波突变。

防止过度补偿引起的设备损坏.同时美国斯威尔智能电容器成套设备具有谐波抑制能力,破坏电容与系统的并联谐振,部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波。

　　⑶电动机起动频繁或经常正反转的场合,不宜采用普通电容器就地补偿：

异步电动机直接起动时，起动电流约为额定电流的4-7倍，即使采用降压起动措施,其起动电流也是额定电流的2—3倍。

因此在电动机起动瞬间，与电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电