无功功率补偿器

无功功率补偿器

一、 无功功率容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类：

单负荷就地补偿容易的选择（电动机，我厂石佛泵站采用） 多负荷补偿容易的选择（集中和局部分组补偿）

二、无功功率补偿器的使用是为了提高供配电系统功率因数（COSφ ）。提高功率因数（COSφ ）主要有以下作用：

1

、 提高供电设备的利用率。在供电设备视在功率S

一定的情况下， 越大，该供电设备可以带更多的有功负载（P=S*COSφ ）。

2、 提高输电效率。当有功负载（P）一定时，因为（P＝UI*COSφ ） ,U不变化，COSφ 越大，则I 越小，I 在线路中的损耗就越小。

3、 改善供电质量。I 越小，线路中电压损耗就越小，线路末端电压就可以得到更好的保证。

4、 提高输电安全性。I 小，线路发热降低，提高输电线路的安全性。

三、电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。 有功功率、无功功率、视在功率之间的关系 如图1所示

式中

S——视在功率，kVA

P——

有功功率，kW

Q——无功功率，kvar

φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。

无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

四、 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：

1、提高功率因数

如图2所示 图中

P——有功功率

S1——补偿前的视在功率

S2——补偿后的视在功率

Q1——补偿前的无功功率

Q2——补偿后的无功功率

φ1——补偿前的功率因数角

φ2——补偿后的功率因数角

由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。

2、降低输电线路及变压器的损耗

三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为

式中

P——有功功率，kW；

U——额定电压，kV；

R——线路总电阻，Ω。

由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。

由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。

例：某县电力公司某配电所，2005年1月～2月份按实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量152.6万kW·h，无功供电量168.42万kvar·h，售电量133.29万kW·h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW·h，线损率

12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时，

(1)可降低的线路损耗

2)减少线损率12.654%×0.5=6.333%

(3)减少损耗电量152.6×6.333%=9.6642万kW·h

(4)按购电价0.237元计算，可减少购电费

0.237×96642=22904.15元

总之，增加无功补偿后会减少无功在电网中流动，其主要目的是降低线损，其次，能很好地改善电压质量，从而提高供电企业的经济效益。

3、改善电压质量

线路中电压损失ΔU的计算公式

式中

P——有功功率，KW；

Q——无功功率，Kvar；

U——额定电压，KV；

R——线路总电阻，Ω

XL——线路感抗，Ω。

由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失ΔU也就减小了。

4、提高设备出力

如图3所示，由于有功功率P＝S·cosφ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，即功率因数角由φ1到φ2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+ΔP，可见，当增加了无功补偿装置以后在一定的范围内增加有功设备的出力而不需要增加供电设备的视在功率，从而提高了供电设备的带负载能力。

电容器容量的选择：

电容器安装容量的选择，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图(如图2)中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量Qc， 或

式中

P——最大负荷月的平均有功功率，KW；

tgφ1、tgφ2——补偿前后功率因数角的正切值；

cosφ1、cosφ2——补偿前后功率因数值。

可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。

串联电抗器的作用：

在高压无功补偿装置中，一般都装有串联电抗器，它的作用主要有两点：1）限制合闸涌流，使其不超过20倍；2）抑制供电系统的高次谐波，用来保护电容器。因此，电抗器在无功补偿装置中的作用非常重要。

然而，串抗与电容器不能随意组合，若不考虑电容装置接入处电网的实际情况，采用“一刀切”的配置方式（如电容器一律配用电抗率为5％～6％的串抗），往往适得其反，招致某次谐波的严重放大甚至发生谐振，危及装置与系统的安全。由于电力谐波存在的普遍性，复杂性和随机性，以及电容装置所在电网结构与特性的差异，使得电容装置的谐波响应及其串抗电抗率的选择成为疑难的问题，也是人们着力研究的课题。电容器组投入串抗后改变了电路的特性，串抗既有其抑制涌流和谐波的优点，又有其额外增加的电能损耗和建设投资与运行费用的缺点。所以对于新扩建的电容装置，或者已经投运的电容装置中的串抗选用方案，进行技术经济比较是很有必要的。虽然现有的成果尚不足为电容装置工程设计中串抗的选用作出量化的规定，但是随着研究工作的深入，实际运行经验的积累，业已提出许多为人共识的见解，或行之有效的措施，或可供借鉴的教训

五、电容器的接线通常分为三角形和星形两种方式。此外，还有双三角形和双星形之分。

三角形接线的电容器直接承受线间电压，任何一台电容器因故障被击穿时，就形成两相短路，故障电流很大，如果故障不能迅速切除，故障电流和电弧将使绝缘介质分解产生气体，使油箱爆炸，并波及邻近的电容器。因此这种接线已经很少

在10kV系统中使用，只是在380V配电系统中有少量使用。

星形接线的电容器组结构比较简单、清晰，建设费用经济，当应用到更高电压等级时，这种接线更为有利。

星形接线的最大优点是可以选择多种保护方式。少数电容器故障击穿短路后，单台的保护熔丝可以将故障电容器迅速切除，不致造成电容器爆炸。 由于上述优点，各电压等级的高压电容器组现已普遍采用星形接线。