無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

《無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識》通用電氣有限公司5/8/20241無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)什么是無功功率電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，僅在負(fù)荷與電源之間往復(fù)交換，在三相之間流動，由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。5/8/20242無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)什么是無功功率從物理概念來解釋感性無功功率：由于電感線圈是貯藏磁場能量的元件，當(dāng)線圈加上交流電壓后，電壓交變時，相應(yīng)的磁場能量也隨著變化。當(dāng)電壓增大，電流及磁場能量也就相應(yīng)加強(qiáng)，此時線圈的磁場能量就將外電源供給的能量以磁場能量形式貯藏起來；當(dāng)電流減小和磁場能量減弱時，線圈把磁場能量釋放并輸回到外面電路中。交流電感電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與磁場能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換。5/8/20243無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)什么是無功功率從物理概念來解釋容性無功功率：由于電容器是貯藏電場能量的元件，當(dāng)電容器加上交流電壓后，電壓交變時，相應(yīng)的電場能量也隨著變化。當(dāng)電壓增大，電流及電場能量也就相應(yīng)加強(qiáng)，此時電容器的電場能量就將外電源供給的能量以電場能量形式貯藏起來；當(dāng)電壓減小和電場能量減弱時，電容器把電場能量釋放并輸回到外面電路中。交流電容電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換。5/8/20244無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功分類感性無功：電流矢量滯后于電壓矢量90°如電動機(jī)、變壓器、晶閘管變流設(shè)備等容性無功：電流矢量超前于電壓矢量90° 如電容器、電纜輸配電線路等基波無功：與電源頻率相等的無功（50HZ）諧波無功：與電源頻率不相等的無功5/8/20245無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)什么是功率因數(shù)

實(shí)際供用電系統(tǒng)中的電力負(fù)荷并不是純感性或純?nèi)菪缘模羌扔须姼谢螂娙?、又有電阻的?fù)載。這種負(fù)載的電壓和電流的相量之間存在著一定的相位差，相位角的余弦cosφ稱為功率因數(shù)，又稱力率。它是有功功率與視在功率之比。三相功率因數(shù)的計算公式為：

5/8/20246無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)什么是功率因數(shù)式中：cosφ—功率因數(shù)P—有功功率，KWQ—無功功率，KvarS—視在功率，KVA功率因數(shù)通常分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)三種。在三相對稱電路中，各相電壓、電流為對稱，功率因數(shù)也相同。那么三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。5/8/20247無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)什么是功率因數(shù)非正弦電路的功率因數(shù)：P=UI1cosφ1Q=UI1sinφ1S=UI此時非正弦電路功率因數(shù)為：

式中：cosφ1—基波功率因數(shù) I1—基波電流 I—總電流由上式可以看出：功率因數(shù)是由基波電流相移和電流波形畸變兩個因素決定的?？傠娏骺梢钥闯捎扇齻€分量，基波有功電流、基波無功電流和諧波電流組成。5/8/20248無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)什么是無功補(bǔ)償

電力系統(tǒng)中，不但有功功率要平衡，無功功率也要平衡。有功功率、無功功率、視在功率之間的相量關(guān)系如圖一由式cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因數(shù)cosφ越小，所需的無功功率越大。為滿足用電的要求，供電線路和變壓器的容量就需要增加。這樣，不僅要增加供電投資、降低設(shè)備利用率，也將增加線路損耗。為了提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，根據(jù)電網(wǎng)中的無功類型，人為的補(bǔ)償容性無功或感性無功來抵消線路的無功功率。

5/8/20249無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償?shù)淖饔脽o功補(bǔ)償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，可限制無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應(yīng)減少了線路的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。5/8/202410無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償?shù)淖饔?．提高電壓質(zhì)量把線路中電流分為有功電流Ia和無功電流Ir，則線路中的電壓損失:

式中：P—有功功率，KW Q—無功功率，Kvar U—額定電壓，KVR—線路總電阻，Ω Xl—線路感抗，Ω因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若保持有功功率不變，而R、Xl均為定值，無功功率Q越小，電壓損失越小，從而提高了電壓質(zhì)量。5/8/202411無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償?shù)淖饔?．提高變壓器的利用率，減少投資功率因數(shù)由cosφ1提高到cosφ2提高變壓器利用率為：由此可見，補(bǔ)償后變壓器的利用率比補(bǔ)償前提高ΔS%，可以帶更多的負(fù)荷，減少了輸變電設(shè)備的投資。5/8/202412無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償?shù)淖饔?．減少用戶電費(fèi)支出（1）可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。（2）可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，電費(fèi)可相應(yīng)降低。5/8/202413無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償?shù)淖饔?提高電力網(wǎng)傳輸能力有功功率與視在功率的關(guān)系式為：P=Scosφ可見，在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫　?/8/202414無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償?shù)陌才欧绞?/p>

1．集中補(bǔ)償：裝設(shè)在企業(yè)或地方總變電所6~35KV母線上，可減少高壓線路的無功損耗，而且能提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。2．分散補(bǔ)償：裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或村鎮(zhèn)終端變、配電所的高壓或低壓母線上。這種方式與集中補(bǔ)償有相同的優(yōu)點(diǎn)，但無功容量較小，效果較明顯。5/8/202415無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償?shù)陌才欧绞?．就地補(bǔ)償：裝設(shè)在異步電動機(jī)或電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行補(bǔ)償。這種方式既能提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改變用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。

*無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能只是降低了補(bǔ)償點(diǎn)至發(fā)電機(jī)之間的供電損耗，所以高壓側(cè)的無功補(bǔ)償不能減少低壓網(wǎng)側(cè)的損耗，也不能使低壓供電變壓器的利用率提高。根據(jù)最佳補(bǔ)償理論，就地補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果最為顯著。5/8/202416無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)補(bǔ)償方式的選擇

集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主；調(diào)節(jié)補(bǔ)償與固定補(bǔ)償相結(jié)合，以固定補(bǔ)償為主；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主。5/8/202417無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)電能損耗

線損是電流在輸變電設(shè)備和線路中流動產(chǎn)生的，因而它由線路損耗和變壓器損耗兩部分組成。按損耗的變化情況可劃分為可變損耗和固定損耗。前者指當(dāng)電流通過導(dǎo)體和變壓器所產(chǎn)生的損耗，包括變壓器的銅損和電力線路上的銅損，它與負(fù)荷率、電網(wǎng)電壓等因素有關(guān)，約占電網(wǎng)總損耗的80%~85%。后者指只要接通電源電力網(wǎng)就存在的損耗，包括變壓器的鐵損，電纜線路、電容器及其他電器上的介質(zhì)損耗及各種計量儀表、互感器線圈上的鐵損，它與電網(wǎng)運(yùn)行電壓和頻率有關(guān)，占總損耗15%~20%。5/8/202418無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)電能損耗我國與發(fā)達(dá)國家相比，線損較大。發(fā)達(dá)國家的線損約為2%~3%，而我國在2006年的線損統(tǒng)計為7.1%，所以線損的解決顯得越來越重要。從前面的論述可知，線損與電力用戶的功率因數(shù)的平方成反比，故提高功率因數(shù)是降低損耗的有效措施。裝設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償電容器可減少電網(wǎng)無功輸出量。在用戶或靠近用戶的變電站裝設(shè)自動投入的并聯(lián)電容器，以平衡無功功率，限制無功功率在電網(wǎng)中傳送，可減少電網(wǎng)的無功損耗，同時還可提高有功功率的輸送量。5/8/202419無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)功率因數(shù)指標(biāo)我國對功率因數(shù)的要求：對供電公司的要求：110KV站，功率因數(shù)在0.95~0.98之間。220KV站，功率因數(shù)在0.95以上。對用戶的要求：100KVA以上的變壓器，功率因數(shù)大于0.9。對農(nóng)灌的要求：100KVA以上的變壓器，功率因數(shù)大于0.8。5/8/202420無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)電容器無功補(bǔ)償原理電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是感性的，需要容性無功來補(bǔ)償感性無功。5/8/202421無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)電容器無功補(bǔ)償原理將電容并入RL電路之后，電路如圖（a）所示。該電路電流方程為

由圖（b）的向量圖可知，并聯(lián)電容后U與I的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了。此時供電電流的相位滯后于電壓，這種情況稱為欠補(bǔ)償。若電容C的容量過大，使得供電電流的相位超前于電壓，這種情況稱為過補(bǔ)償。其向量圖如（c）所示。通常不希望出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@樣會：（1）引起變壓器二次側(cè)電壓的升高（2）容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會增加電能損耗（3）如果供電線路電壓因而升高，還會增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，影響電容器使用壽命。5/8/202422無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償容量的確定

電容器的補(bǔ)償容量與采用的補(bǔ)償方式、未補(bǔ)償時的負(fù)載情況、電容器的接法有關(guān)。 1．集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償電容器容量計算 QC=Pav(tgφ1-tgφ2)或QC=Pav×qc 式中：Pav—最大負(fù)荷的日平均功率 φ1—補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，可取最大負(fù)載時的值 φ2—補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，一般取0.90~0.95 qc—電容器補(bǔ)償率，qc=tgφ1-tgφ2，查表可知5/8/202423無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償容量的確定(1)電容器組為星形接法時

式中：UL—裝設(shè)地點(diǎn)的電網(wǎng)線電壓V IC—電容器組的線電流A Cφ—電容器組每相的電容量則 (2)電容器組為三角形接法時則 5/8/202424無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償容量的確定2．就地補(bǔ)償電容器容量計算

其中 電動機(jī)空載電流 式中：—電動機(jī)的額定電流A—電動機(jī)的自然功率因數(shù)5/8/202425無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)無功補(bǔ)償容量的確定

需要注意的是：若電容器的實(shí)際運(yùn)行電壓與電容器的額定電壓不一致，則電容器的實(shí)際補(bǔ)償容量QC1為 式中：UW—電容器的實(shí)際運(yùn)行電壓 UNC—電容器的額定電壓 QNC—電容器的額定容量5/8/202426無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)電容器直接補(bǔ)償?shù)奈：胺婪洞胧╇S著電力電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，我國的工礦企業(yè)中大量的使用以晶閘管為主要開關(guān)器件的整流及變頻設(shè)備，這些設(shè)備都是產(chǎn)生大量諧波的發(fā)源地。我們在許多工礦企業(yè)中，經(jīng)常遇到這樣的情況，無功功率補(bǔ)償裝置（電容器直接補(bǔ)償）投入后，供電設(shè)備中的電器件（包括變壓器、電抗器、電容器、自動開關(guān)、接觸器、繼電器）經(jīng)常損壞，這就是諧波電流被電容器直接補(bǔ)償引起的諧波放大后而造成的。電網(wǎng)諧波與并聯(lián)電容器的運(yùn)行有較大的關(guān)系，因?yàn)殡娙萜骺赡苁闺娋W(wǎng)中的諧波電流放大，有時甚至在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧振，使電器設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p壞，破壞5/8/202427無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)電容器直接補(bǔ)償?shù)奈：胺婪洞胧╇娋W(wǎng)的正常運(yùn)行。在供電系統(tǒng)中作為無功補(bǔ)償用的并聯(lián)電容器，對于某次諧波若與呈感性的系統(tǒng)電抗發(fā)生并聯(lián)諧振，則可能出現(xiàn)過電壓而造成危害。過大的諧波電流可能使電容器壽命縮短、鼓肚、熔絲群爆甚至燒損。對配電網(wǎng)來說，抑制諧波是很必要的。對于并聯(lián)電容器組，我們抑制諧波的方法主要是使用串聯(lián)電抗器，相當(dāng)于在電容旁邊串聯(lián)一個電抗，使得補(bǔ)償回路的阻抗在某次諧波相對于感性負(fù)載來說呈感性，從而消除由于電路呈容性而帶來的諧波震蕩。5/8/202428無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)諧波的放大和電抗率的關(guān)系在同一條母線上，有非線性負(fù)荷形成的諧波電流源時（略去電阻），并聯(lián)電容器裝置的簡化模型如圖所示：

并聯(lián)諧波阻抗為：5/8/202429無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)諧波的放大和電抗率的關(guān)系當(dāng)上式中諧波阻抗的分子數(shù)值為零時，即從諧波源看入的阻抗為零，表示電容器裝置與電網(wǎng)在第n次諧波發(fā)生串聯(lián)諧振，可得電容支路的串聯(lián)諧振點(diǎn):（K為電抗率）當(dāng)電網(wǎng)中的諧波不可忽視時，則應(yīng)考慮使用電抗率較大的電抗器，使電容支路對于各次有威脅性諧波的最低次諧波阻抗呈感性。根據(jù)上式可得：5/8/202430無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)諧波的放大和電抗率的關(guān)系可以看出：對于諧波次數(shù)為5次的，應(yīng)有K>4%，這就是說選擇電抗率為4.5%～6%的電抗器，不僅可以限制電容器投入時的合閘涌流，而且能夠有效地防止電容器投入引起的對5次及以上諧波的放大。同理，對于諧波次數(shù)為3次的，應(yīng)有K>11%，一般取12%～13%。 等值電路阻抗：5/8/202431無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇舉例說明：某礦35KV站，低壓側(cè)6KV，根據(jù)實(shí)際情況計算需補(bǔ)償7600Kvar的電容器組，運(yùn)行電壓為6.2KV。我們暫且選擇額定電壓為6.6/√3KV電容器，及電抗率為4.5%的電抗器，這樣的配置方式是否合理？首先，式中：K—串聯(lián)電抗器的電抗率 XC—并聯(lián)電容器組的每相容抗Ω5/8/202432無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇已知：U運(yùn)行=6.2KVK=4.5%

所以

可見，電容器的輸出容量與運(yùn)行電壓的平方成正比，當(dāng)電容器運(yùn)行在額定電壓時，輸出額定容量；當(dāng)電容器運(yùn)行在額定電壓以下時，則達(dá)不到額定輸出容量，尤其是電容器的額定電壓取過大的安全裕度時，將會出現(xiàn)較大的無功容量虧損。5/8/202433無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇那么我們再來討論解決無功容量虧損問題的方法：1．增加電容器組的容量

根據(jù)

可得

則5/8/202434無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇以上計算說明，在實(shí)際運(yùn)行電壓為6.2KV的情況下，要得到7600Kvar的補(bǔ)償容量，需6.6/√3-7850Kvar的并聯(lián)電容器組。2．提高串聯(lián)電抗器的電抗率

根據(jù)

可得K=5.8%取電抗率為6%的電抗器5/8/202435無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇1．《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》（GB50227-1995）中電容器額定電壓的選擇主要原則如下：1）應(yīng)計入電容器接入電網(wǎng)處的運(yùn)行電壓2）電容器運(yùn)行中承受的長期工頻過電壓，應(yīng)不大于電容器額定電壓的1.1倍3）應(yīng)計入接入串聯(lián)電抗器引起的電容器運(yùn)行電壓的升高，其中電壓升高值按下式計算： 式中：UC—電容器端子運(yùn)行電壓（KV） US—并聯(lián)電容器裝置的母線電壓（KV） S—電容器組每相的串聯(lián)數(shù)4)應(yīng)充分利用電容器的容量，并確保安全5/8/202436無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇2．運(yùn)行電壓高于電容器額定電壓的危害 眾所周知，電容器的輸出容量與運(yùn)行電壓的平方成正比，當(dāng)電容器運(yùn)行在額定電壓時則輸出額定容量；當(dāng)電容器運(yùn)行在額定電壓以下時，則達(dá)不到額定額定容量。如果電容器的額定電壓取過大的安全裕度就會出現(xiàn)過大的容量虧損。但電容器的額定電壓取過小，運(yùn)行電壓高于額定電壓，如超過1.1倍，將導(dǎo)致電容器的過載，電容器的內(nèi)部介質(zhì)將局部放電，其對絕緣介質(zhì)的危害極大。由于電子和離子直接撞擊介質(zhì)，固體和液體介質(zhì)就會分解產(chǎn)生臭氧和氮的氧化物等氣體，使介損受到化學(xué)腐蝕并使介損增大，局部過熱，可能會發(fā)展成絕緣擊穿。所以，額定電壓是電容器的一項(xiàng)重要參數(shù)。5/8/202437無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇3．電容器額定電壓的合理選擇 在分析電容器端子上的預(yù)期電壓時，應(yīng)考慮以下五點(diǎn)：1)并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)后引起的電網(wǎng)電壓升高2)諧波引起電網(wǎng)電壓升高3)裝設(shè)串聯(lián)電抗器引起的電容端電壓升高4)相間和串聯(lián)段間的容差，將形成電壓分布不均，使部分電容器電壓升高5)輕負(fù)荷引起的電網(wǎng)電壓升高5/8/202438無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇根據(jù)以上五點(diǎn)，電容器的額定電壓可先由下式求出計算值，再從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中選取，計算公式如下： 式中：UCN—單臺電容器額定電壓（KV） USN—并聯(lián)電容器接入點(diǎn)電網(wǎng)標(biāo)稱電壓（KV） S—電容器組每相的串聯(lián)數(shù) K—電抗率 式中1.05的取值依據(jù)是電網(wǎng)最高運(yùn)行電壓，一般不超過標(biāo)稱電壓的1.07倍，最高為1.1倍。運(yùn)行平均電壓約為標(biāo)稱電壓的1.05倍。5/8/202439無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇*電網(wǎng)標(biāo)稱電壓為6KV、10KV、35KV 在上述具體工程中，USN=6KV，S=1，K=6%，則電容器額定電壓：

然后根據(jù)算出的電容器額定電壓值，從電容器額定電壓的標(biāo)準(zhǔn)系列中即可選取靠近計算值的額定電壓6.6/√3KV。最后再校驗(yàn)電容器運(yùn)行中承受的長期工頻過電壓，是否不大于電容器額定電壓的1.1倍。 上例中，長期工頻過電壓6～6.3

KV，不會超過額定電壓的1.1倍，6.6/√3X1.1=7.2/√3KV。5/8/202440無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇4．串聯(lián)電抗器額定電壓、額定容量的選擇 串聯(lián)電抗器額定電壓=并聯(lián)電容器額定電壓X電抗率（一相中僅一個串聯(lián)段時）。 串聯(lián)電抗器額定容量=并聯(lián)電容器額定容量X電抗率（單相和三相均按此核算） 在上例中，串聯(lián)電抗器的額定電壓： 每相串聯(lián)電抗器額定容量 QLN=6%X7600/3=152KVAR5/8/202441無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器額定電壓的選擇結(jié)論：串聯(lián)電抗器額定端電壓、額定容量均與并聯(lián)電容器的額定電壓、額定容量及電抗率有關(guān)。 如果為了提高并聯(lián)電容器裝置運(yùn)行的安全可靠性，提高所選擇并聯(lián)電容器的額定電壓，則必須通過計算重新確定串聯(lián)電抗器的參數(shù)，保持電抗率不變。5/8/202442無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

異步電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償

在選用配套電動機(jī)時，不少企業(yè)往往采用小負(fù)載選用大功率電動機(jī)的做法，即習(xí)慣上稱“大馬拉小車”，造成電動機(jī)輕載運(yùn)行，使效率和功率因數(shù)降低。*在電動機(jī)或變壓器空載或輕載運(yùn)行時，由于電壓不變，所以磁通不會降低，而負(fù)載比額定負(fù)載小得多，所以無功功率沒減少，有功功率要小得多，這樣功率因數(shù)就降低了。5/8/202443無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)異步電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償異步電動機(jī)的效率η和功率因數(shù)cosφ與負(fù)載率β的關(guān)系如下式：

式中：β—電動機(jī)的負(fù)載率β=P2/PNX100% P1—電動機(jī)的實(shí)際輸入功率（KW） P2—電動機(jī)的實(shí)際輸出功率（KW） PN—電動機(jī)的額定功率（KW） P0—電動機(jī)的空載損耗，是固定值。查有關(guān)表格可得或詢電動機(jī)制造商（KW） ηN—電動機(jī)的額定效率

式中：Q0—電動機(jī)的空載無功功率Q0=√3UNI0KVAR I0—電動機(jī)的空載電流，是固定值（A） tgφN—電動機(jī)的額定功率因數(shù)角φN的正切值5/8/202444無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)異步電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償一、無功就地補(bǔ)償原理在國家技術(shù)監(jiān)督局GB12497-95《三相異步電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》標(biāo)準(zhǔn)中要求電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償，并在宣貫材料中提出11KW及以上電動機(jī)應(yīng)進(jìn)行無功功率就地補(bǔ)償。 異步電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償前后的有功功率、無功功率及相應(yīng)電流向量如圖：5/8/202445無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)異步電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償補(bǔ)償前的電動機(jī)有功功率為P，無功功率為Q，有功電流為，無功電流為，合成后的線路電流為，功率因數(shù)為cosφ1，現(xiàn)異步電動機(jī)無功就地補(bǔ)償容量為Qc，電容電流為，則補(bǔ)償后的無功電流為，補(bǔ)償后的無功功率Q2=Q1-Qc，合成后的電流為，功率因數(shù)為cosφ2。從圖中可以看出，補(bǔ)償后的線路電流減小了，線路損耗就相應(yīng)減小了，達(dá)到了節(jié)電目的，同時功率因數(shù)cosφ2也比補(bǔ)償前提高了，其值為：5/8/202446無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)異步電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償二、無功補(bǔ)償容量的確定1．用電能平衡測試儀測取運(yùn)行中三相異步電動機(jī)的輸入功率和功率因數(shù)，如要提高到cosφ2，則無功功率補(bǔ)償容量為：Qc=P1(tgφ1-tgφ2)Kvar P1為異步電動機(jī)的輸入功率KW2.按異步電動機(jī)空載電流的計算方法確定異步電動機(jī)在無功補(bǔ)償后，如切斷電源，電動機(jī)由于慣性要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間，此時電容器放電電流就成為電動機(jī)的勵磁電流，如補(bǔ)償容量過大，就會使電動機(jī)產(chǎn)生自激勵，電動機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，會產(chǎn)生過高的勵磁電壓，對電容器產(chǎn)生破壞作用。所以為避免電動機(jī)自激，電容器補(bǔ)償容量還應(yīng)滿足下式：

Kvar式中：UN—異步電動機(jī)的額定電壓KV I0—異步電動機(jī)的空載電流，A 對于某些異步電動機(jī)，其空載電流I0 查不到，則用推薦公式計算：A

式中：IN—異步電動機(jī)的額定電流A cosФN—異步電動機(jī)的額定功率因數(shù)5/8/202447無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)補(bǔ)償裝置保護(hù)定值說明

以下內(nèi)容是以一電容器保護(hù)整定為實(shí)例進(jìn)行說明，已知條件：6KV、1500KVAR電力電容器組的保護(hù)。電容器組為單星形接線，電容器組額定電流A、C相電流互感器變比n1=200/5，1．電流I、II段保護(hù) 1.1電流I段保護(hù)(電流速斷保護(hù))(Idz.j)按躲過電容器充電電流計算，即保護(hù)的一次動作電流：

動作時限可選速斷0S或0.2S延時。5/8/202448無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)補(bǔ)償裝置保護(hù)定值說明1.2電流II段保護(hù)(過電流保護(hù))(Idz.jT) 過電流保護(hù)按可靠躲過電容器組額定電流整定，其保護(hù)動作電流： 式中：Kbw—電容器波紋系數(shù)，取1.25 Kw—可靠系數(shù)，取1.25 Kf—返回系數(shù)，取0.9 保護(hù)的一次動作電流：過電流保護(hù)動作的時限T一般整定在0.3秒。5/8/202449無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)補(bǔ)償裝置保護(hù)定值說明2.過電壓保護(hù) 過電壓保護(hù)按電容器端電壓不長時間超過1.1倍電容器額定電壓的原則整定，其動作電壓過電壓保護(hù)動作的時限T一般整定在30秒。 3.低電壓保護(hù)低電壓保護(hù)定值應(yīng)能在電容器所接母線失壓后可靠動作，而在母線電壓恢復(fù)正常后可靠返回，其動作電壓：低電壓保護(hù)動作的時限要求與本側(cè)出線后備保護(hù)時間配合，一般取2S。5/8/202450無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)補(bǔ)償裝置保護(hù)定值說明4.不平衡電壓保護(hù) 單星形接線需要不平衡電壓保護(hù) 上例中，每串段中元件的并聯(lián)數(shù)：m=51 單元的串聯(lián)段數(shù)： n=3 一段中切除元件數(shù)： K 完好元件允許過電壓倍數(shù)：KV=1.3 電容器組額定電壓：UEX=(6.6/√3)·1000V 放電線圈變比：ny=UEX/100=38.1055/8/202451無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)補(bǔ)償裝置保護(hù)定值說明計算：K1=15.132 K=ceil(K1-1)K=15(K取整數(shù)) 一次不平衡電壓：ΔU1C=484.387V

二次不平衡電壓： ΔU2C=12.712V 取保護(hù)靈敏度：KLm=1.3保護(hù)定值：建議?。篣DZ=9.778V5/8/202452無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)補(bǔ)償裝置保護(hù)定值說明(2)固有不平衡值計算 初始不平衡電壓計算：β=0.01β—三相電容的最大值與最小值偏差。

取安全系數(shù)=1.5時 小于，保護(hù)可以整定。5/8/202453無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)WBB礦用隔爆型

無功自動補(bǔ)償裝置5/8/202454無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)概述

WBB礦用隔爆型無功自動補(bǔ)償裝置是煤礦井下配電網(wǎng)線路用于改善功率因數(shù)、提高用電質(zhì)量的自動補(bǔ)償裝置，該產(chǎn)品能把功率因數(shù)提高到0.95-0.98，節(jié)能效果明顯。它采用控制器分組循環(huán)投切電容器改變補(bǔ)償容量的方式，解決固定電容器補(bǔ)償不能隨負(fù)荷變化造成過補(bǔ)償?shù)娜毕荨Ｔ谙到y(tǒng)中串接電抗器解決了過電壓和涌流等技術(shù)問題。全部電器元件放置在用厚鋼板加工成的防爆外殼內(nèi)與外部易燃易爆氣體隔絕，避免因電氣故障造成的井下燃爆事故，確保安全生產(chǎn)。防爆結(jié)構(gòu)經(jīng)國家煤炭工業(yè)安全標(biāo)志辦公室、國家安全生產(chǎn)上海礦用設(shè)備檢測檢驗(yàn)中心確認(rèn)備案。該產(chǎn)品也適用于冶金、石油、化工等其它具有爆炸性氣體的環(huán)境中。5/8/202455無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)使用條件

（1）海拔不超過1000m；（2）環(huán)境溫度：-20oC—+40oC； （3）空氣相對濕度：≤95％(25oC時)；（4）在無強(qiáng)烈顛簸震動以及垂直傾斜度不超過15度的地方；（5）在無足以腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體與蒸汽的環(huán)境中；（6）可用于甲烷和煤塵爆炸危險的礦井中；（7）在無滴水及其它液體浸入的地方；（8）安裝類別：Ⅲ類；污染等級：3級；5/8/202456無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)技術(shù)特征和主要參數(shù)3.1型號意義執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB3836.1-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備通用要求GB3836.2-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備隔爆型“d”GB/T22582-2008電力電容器低壓功率因數(shù)補(bǔ)償裝置Q/HSGE02-2009礦用隔爆型無功功率自動補(bǔ)償裝置5/8/202457無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)防爆類型：礦用隔爆型防爆標(biāo)志：ExdⅠ

主要性能

WBB礦用隔爆型無功自動補(bǔ)償裝置是由單片機(jī)為核心的控制器通過實(shí)時檢測電力系統(tǒng)無功功率和電壓、電流，分組投切電容器，實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償。裝置可實(shí)時顯示功率因數(shù)、系統(tǒng)電壓、負(fù)載電流、無功功率、溫度、諧波百分比及電容器投切狀態(tài)。還可以實(shí)時在線設(shè)置變比、投入門限、切除門限、過電壓、欠電壓、諧波百分比上限、無功功率上下限等參數(shù)。5/8/202458無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

裝置所有元器件組裝完成后放置在由厚鋼板加工成的防爆外殼內(nèi)，所有電源進(jìn)線、輸出引線，都通過特殊防護(hù)的腔室，隔絕了內(nèi)部電氣線路及元件與外部易燃易爆氣體的接觸，具有很好的隔爆性能。裝置還充分考慮了內(nèi)部電器元件發(fā)熱及外殼散熱的影響，確保運(yùn)行的安全性。主要技術(shù)參數(shù)1）裝置工作電壓：1140V；2）補(bǔ)償容量；最大640kvar,360kvar5/8/202459無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)結(jié)構(gòu)特征裝置外形為長方體形，長2250mm,寬900mm,高1550mm(見附圖1)。防爆外殼采用厚度為20mm鋼板焊制而成，進(jìn)出線腔室在上部，正面兩面門可開啟，門與殼體采用螺栓緊固方式密封固定。兩面門的中間安裝控制器、手動轉(zhuǎn)換開關(guān)及開門保險裝置。5/8/202460無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部電器元件包含電容器、電抗器、接觸器、熔斷器、電源變壓器、控制器及轉(zhuǎn)換開關(guān)。電容器、電抗器、接觸器、熔斷器共八組，每組容量為80kvar。電器元件分兩大組分別裝配在有輪子的支架上。防爆箱體底部按有導(dǎo)軌，開門后，電器元件可拉出，便于維修。溫升防爆外殼的設(shè)計制造充分考慮了內(nèi)部元器件發(fā)熱及外殼散熱，以最惡劣情況為條件，通過科學(xué)計算，確保整個裝置在運(yùn)行中溫升滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。5/8/202461無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)工作原理WBB礦用隔爆型無功自動補(bǔ)償裝置采用以單片機(jī)為核心的控制器，實(shí)時檢測電力系統(tǒng)無功功和電流、電壓。根據(jù)用戶設(shè)定的功率因數(shù)目標(biāo)參數(shù)循環(huán)投切電容器組，實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償。（見工作原理圖）5/8/202462無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

工作原理圖5/8/202463無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

5/8/202464無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

5/8/202465無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

5/8/202466無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

5/8/202467無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

5/8/202468無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)DWZB變電站

電壓無功自動補(bǔ)償裝置5/8/202469無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)總體概述

DWZB變電站無功自動補(bǔ)償裝置可以穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率因數(shù)，有效降低電力系統(tǒng)損耗。隨著電力負(fù)荷的增長，供電矛盾的突出，提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，大幅度降低線損已得到國家電力系統(tǒng)、大型廠礦企業(yè)的高度重視。長期以來一直沒有實(shí)用又效的無功補(bǔ)償手段，無法適時調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率因數(shù)，保證無功就地減少，減少無功電流，降低發(fā)熱損耗。目前國內(nèi)應(yīng)用最多的是固定電容器組進(jìn)行補(bǔ)償，其缺點(diǎn)是不能自動細(xì)調(diào)節(jié)，會經(jīng)常出現(xiàn)過補(bǔ)和欠補(bǔ)現(xiàn)象。城網(wǎng)建設(shè)中許多廠家研究生產(chǎn)了以改變電容器量C為手段的補(bǔ)償裝置即VQC。由于存在著電容器不能頻繁投切及電容器投切生產(chǎn)的過電壓影響電容器運(yùn)行安全等問題，VQC一直沒被廣泛采用，事故率高，投運(yùn)率低，開關(guān)動作次數(shù)不能滿足要求，根據(jù)四川省統(tǒng)計VQC無功補(bǔ)償裝置36%以上因故障不能投入使用。另外由于電容器運(yùn)行安全等問題，電容器投切是都要求有一定的延時，根本無法實(shí)現(xiàn)適時投切。不能實(shí)現(xiàn)適時調(diào)節(jié)也就無法使電網(wǎng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，就無法有效降低損耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)約能源。5/8/202470無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

DWZB變電站無功自動補(bǔ)償裝置，采用電壓調(diào)壓器來改變電容器端部輸出電壓，從而改變無功輸出量來調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率因數(shù)，該裝置在調(diào)節(jié)中無過電壓，電容器無充放電，因此可以實(shí)現(xiàn)適時調(diào)節(jié)，而且保證電容器運(yùn)行額定電壓以下，電容器使用安全，延長使用壽命。電容器固定接入不分組，而其輸出容量可連續(xù)調(diào)節(jié)。目前生產(chǎn)的DWZB變電站無功自動補(bǔ)償裝置可以實(shí)現(xiàn)容量從（100-36）%分九級輸出。5/8/202471無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)DWZB變電站無功自動補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)它可以根據(jù)系統(tǒng)電壓無功參數(shù)，按照九區(qū)圖及模糊控制原理保證母線電壓在合格的范圍內(nèi)，保證功率因數(shù)最佳，線損最小。裝置電容器固定接入，不采用投切電容方式調(diào)節(jié)無功，而是根據(jù)Q=2πfCU2改變電容器端電壓來調(diào)節(jié)無功輸出，滿足系統(tǒng)無功出力要求。目前電容器調(diào)壓器容量為（100-36）%X額定容量輸出，如果用戶要求增大調(diào)節(jié)范圍，可特殊訂貨。電壓調(diào)壓器在調(diào)節(jié)過程中無過壓存在，可以保證電容器安全，延長去使用壽命。可采用電容器低電壓合閘，有效降低電容器合閘涌流對系統(tǒng)及電容器本身的沖擊。由于調(diào)壓過程電容器始終不脫離電網(wǎng)，無充放電現(xiàn)象，因此無調(diào)節(jié)延時，可適時調(diào)節(jié)。裝置輔助損耗小，僅為電容器容量的2‰左右。5/8/202472無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)電壓無功自動補(bǔ)償裝置功能1）適用范圍DWZB變電站電壓無功自動補(bǔ)償裝置可以廣泛用于6~220kV變電站，保證電壓合格率，保證合格率，保證功率因數(shù)在0.95-0.98之間，有效降低線損。DWZB變電站電壓無功自動補(bǔ)償裝置可以在6-35kV母線上進(jìn)行無功調(diào)節(jié)。2）型號命名

D

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額定工作電壓最大容量自動補(bǔ)償無功電壓5/8/202473無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)電壓無功自動補(bǔ)償裝置功能1）系統(tǒng)組成DWZB電壓無功自動補(bǔ)償裝置有以下部分組成：電壓調(diào)節(jié)器：功能為通過電壓調(diào)節(jié)器將電容器和母線連接起來，在保證母線電壓穩(wěn)定的前提下，改變電容器輸出端電壓，以保證電容器輸出容量滿足系統(tǒng)要求。微機(jī)控制器：根據(jù)輸入的電流電壓信號，進(jìn)行分析判斷，發(fā)出命令。調(diào)節(jié)變電站主變分接頭以調(diào)整電壓，保證母線電壓合格率。調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓以改變電容器武功輸出量。并具有相應(yīng)的顯示和信號功能。電力電容器（外購或原有）：容性無功源。系統(tǒng)一次接線圖如右：電容器組開關(guān)電壓調(diào)壓器避雷器并聯(lián)電容器放電線圈串聯(lián)電抗器ABC母線5/8/202474無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

2）運(yùn)行方式說明本裝置適用于單母帶分段運(yùn)行方式下的電容器保護(hù)和電壓無功自動調(diào)節(jié)。運(yùn)行方式為：若正常運(yùn)行時，每臺主變各帶一段母線，母聯(lián)開關(guān)不合，兩臺微機(jī)控制器分別自動調(diào)節(jié)各自的主變和電容器并對各自的電容器進(jìn)行保護(hù)；若正常運(yùn)行時，母聯(lián)開關(guān)合上，兩臺主變并列運(yùn)行，這時要求兩臺主變檔位一致，兩臺微機(jī)控制器分別調(diào)節(jié)各自的電容器進(jìn)行保護(hù)，主變的調(diào)節(jié)則由一臺設(shè)定“主變并聯(lián)聯(lián)調(diào)”為”1”的微機(jī)控制器裝置完成兩臺主變的調(diào)節(jié)。5/8/202475無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

3）功能配置功能名稱補(bǔ)償功能保護(hù)功能輔助功能電容調(diào)節(jié)主變檔位調(diào)節(jié)過流保護(hù)過壓保護(hù)低電壓保護(hù)不平衡電流保護(hù)不平衡電壓保護(hù)3路非電流保護(hù)TV斷線告警遙信開入采集、裝置遙信變位、事故遙信正常電容器的斷路器遙控分合故障錄波通訊功能打印功能備注：如屬老站改造，可用原有電容器保護(hù)功能，如為新設(shè)備，可根據(jù)用戶要求使用配置電容器保護(hù)或不配置電容器保護(hù)的微機(jī)控制器。5/8/202476無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)

4）功能特點(diǎn)新型電壓無功補(bǔ)償原理電壓無功補(bǔ)償與電容器保護(hù)一體化。多種補(bǔ)償控制方案，適用于不同接線形式補(bǔ)償控制與接線和運(yùn)行方式的自適應(yīng)。控制工作的穩(wěn)定性及可靠性較高。采用圖形液晶，全中文顯示菜單式人機(jī)交互;可適時顯示各種運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)，信息詳細(xì)直觀，操作、調(diào)試方便?？瑟?dú)立整定八套定值，定值區(qū)切換安全方便。通訊規(guī)約采用IEC-60870-5-103規(guī)約或MODBUS規(guī)選，設(shè)有雙RS-485通信接口；組網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、方便，可直接與微機(jī)監(jiān)控或保護(hù)管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊。具有綠波功能，裝置記錄保護(hù)跳閘前4周波，跳閘6周波（每周波24點(diǎn)）的采樣數(shù)據(jù)，保護(hù)跳閘后上送變電站自動化主站，也可以通過故障分析軟件進(jìn)行故障分析。保護(hù)方式可以按照保護(hù)配置，出口設(shè)置方便靈活。5/8/202477無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識經(jīng)控制方案1）調(diào)節(jié)規(guī)則對于雙繞組變壓器的單變量越限，可以按照下表中給出的方法調(diào)節(jié)，由于電壓無功調(diào)節(jié)時雙變量問題，對于雙變量越限，我們可以根據(jù)表中直接比較得到調(diào)節(jié)的最佳方法。同時，為了滿足某些特殊運(yùn)行的要求，還要考慮一些特殊的控制策略?？刂撇呗缘闹贫ㄔ瓌t如下：為實(shí)現(xiàn)正確判斷，要實(shí)時取值的遙測數(shù)據(jù)為：高壓側(cè)有功、無功、電流、低壓側(cè)電壓，主要變檔位；要實(shí)時取值的遙信數(shù)據(jù)為：高低壓側(cè)斷路器狀態(tài)，低壓側(cè)母聯(lián)斷路器狀態(tài)。以低壓側(cè)是否并列來決定主變是否并列，即如果兩臺變壓器的低壓側(cè)母聯(lián)斷路器閉合則為兩臺變壓器并列運(yùn)行，對于并列運(yùn)行的變壓器，則保持二者的檔位同步調(diào)整。調(diào)節(jié)方式設(shè)定為：綜合調(diào)節(jié)：是雙變量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。綜合控制要求調(diào)節(jié)一個變量不應(yīng)該造成另外的變量越限或情況惡化，譬如不能為了調(diào)好一個變量使原來已經(jīng)越下限的另一個變量的越下限更多。對于無法保證的則不調(diào)節(jié)。無功優(yōu)先調(diào)節(jié)：在綜合調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，無功越下限（功率因數(shù)越上限），則增加電容檔位升的選擇；無功越上限（功率因數(shù)