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关于无功补偿的浅谈1.1浅谈电容器无功随着电力负荷的增加，必然要求电网系统利用率的提高。因为无功电流占用部分有效电力传输容量，增加电力传输的损耗，所以尽可能地缩短无功的产生和无功用户之间的距离就十分重要，这样可以增加输送有功电力的能力，减少能量损耗，提高输送电力的质量。连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率，电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。1.2何为无功补偿在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：（1）降低发电机有功功率的输出。（2）降低输、变压设备的供电能力。（3）造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。（4）造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。1.3低压系统电容作为无功补偿是用什么原理把具有容性负荷的装置与感性负荷并联接在同一电路,当容性负荷释放能量时,感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时,容性负荷却在吸收能量,能量在两种负荷之间互相交换。这样,感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿,这就是他的补偿原理。无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分；一是有功功率；二是无功功率。直接消耗电能,把电能转变为机械能，热能，化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率；不消耗电能；只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能，电容器建立电场所占的电能。电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90℃。而电流在电容元件中作功时，电流超前电压90℃。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反,互差180℃。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小。1.4电力电容器的补偿功能电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。将它连接到需要无功的。补偿装置或设备上，变压器和输出线的负荷降低，从而输出有功能力增加。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的最简便、最经济的方法。因此，电容器作为电力系统的无功补偿势在必行。1.5低压电容器无功补偿的技术与经济性无功功率是维持电力系统正常运行最主要的一个因素。搞好电力系统的无功平衡，提高负荷的功率因数，可以减少线路和变压器中的有功功率损耗和其他电能损耗，从而提高电能质量，降低电能损耗，并保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量。1.5.1无功补偿的作用1提高变配电设备利用率，减少投资费用。对低功率因数的负荷进行无功补偿，接入并联电容器,由于无功电流得到补偿，使得负荷电流减少。由于功率因数提高而使变配电设备减少的容量（kVA）可用公式1计算：ΔS＝P/COSφ1－P/COSφ2＝P×（COSφ2－COSφ1）/（COSφ2×COSφ1）（1）式中：S—为减少的设备容量P—为负荷有功功率。COSφ1—为补偿前负荷功率因数，COSφ2—为补偿后负荷功率因数。如1000kW的负荷容量，补偿前功率因数为0.7，从公式1中可计算出当功率因数补偿到0.95时，为该负荷输电的变配电设备容量可减少376kVA，对于新建项目可以减少投资费用（变配电设备容量减少376kVA，可减少基本电费的支出），经济效益明显。1.5.2降低电网中的功率损耗当负荷的功率因数从1降到COSφ时，电网中的功率损耗将增加的百分数约为2计算：δp（%）=（1/COS2φ-1）×100%1.5.3减少了线路的压降由于功率因数的提高，线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于改善末端的电能质量。1.5.4提高功率因数及相应地减少电费根据国家水利电力部国家物价局1983年颁布的《功率因数调整电费办法》规定三种功率因数标准值，相应地减少电费：①功率因数标准0.90，适用于160千伏安以上的高压供电工业用户、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压供电电力排灌站。②功率因数标准0.85，适用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工业用户，100千伏安（千瓦）及以上的非工业用户和100千伏安（千瓦）及以上的电力排灌站。③功率因数标准0.80，适用于100千伏安（千瓦）及以上的农业用户和趸(dun)售用户。1.6低压并联电容器无功补偿的种类1.6.1集中补偿在低压配电所内配置若干组电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率1.6.2就地补偿将补偿电容器安装于用电负荷附近，或直接并联于用电设备上就地补偿分为两种：一是分散就地补偿，电容器接在低压配电装置或动力箱的母线上，对附近的用电设备进行无功补偿。二是单独就地补偿，将电容器直接接在用电设备端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备。1.7电容补偿在技术上应注意的问题①防止涌流。在电容器投入时，一般情况下伴随着很大的涌流，在IEC出版物831电容器篇中电容器投入涌流的3计算公式：Is＝In×√2S/Q式中：Is—为电容器投入时的涌流（A）In—为电容器额定电流（A）S—为安装电容器处的短路功率（MVA）Q—为电容器容量（Mvar）在低压电容器回路中，可采用以下方法限制：一是串联电抗器；二是加大投切电容器的容量；三是采用专用电容器投切的接触器。②防止系统谐波的影响。由于电容器回路是一个LC电路，对于某些谐波容易产生谐振，造成谐波放大，使电流增加和电压升高。为此可采用串联一定感抗值的电抗器以避免谐振，如以电抗器的百分比为K，当电网中5次谐波较高，而3次谐波不太高时，K宜采用4.5％；如中3次谐波较高时，K宜采用12％，当电网中谐波不高时，K宜采用0.5％。③防止产生自励。采用电容器就地补偿电动机无功功率，电容器直接并联在电动机上，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流。如果补偿电容器的容量过大，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压，电动机即运行于发电状态，所以补偿容量小于电动机空载容量就可以避免，一般取0.9倍就没关系。4公式计算QC=0.9×3UI0式中：Qc—为补偿电容器容量U—为系统电压I0—为电动机空载电流1.8电容补偿控制的选择及补偿容量的确定1.8.1电容器组投切方式的选择电容器组投切方式分手动和自动两种。对于补偿低压基本无功及常年稳定的高压电容器组，宜采用手动投切；为避免过补偿或轻载时电压过高，易造成设备损坏的，宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。1.8.2电容器补偿容量的确定先进行负荷计算，确定有功功率P和无功功率Q，补偿前自然功率因数为cosφ1，要补偿到的功率因数为cosφ2。则5公式计算：QC=P(tgφ1－tgφ2)式中：Qc—为补偿电容器容量P—为负荷有功功率COSφ1—为补偿前负荷功率因数COSφ2—为补偿后负荷功率因数。确定无功补偿容量时，还应注意以下三点：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，每千乏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。③就地补偿电容器容量选择的主要参数是励磁电流，因为不使电容器造成自励是选用电容器容量的必要条件，可用公式4计算。1.9低压无功补偿装置发展现状在10KV以上的电网中，出于注重安全的原因，很少使用自动无功补偿装置。另外，由于无功尽量就地补偿的原则，低压自动无功补偿装置（以下简称补偿装置）获得了广泛的应用，并不断的有新技术涌现出来，是一个百花齐放的局面。鉴于这样的局面，本文不可能面面俱到，只能略述梗概。除了极少数试验型的STATCOM装置外，补偿装置绝大部分都是使用并联电容器进行补偿的。因此，本文只讨论使用并联电容器的补偿装置。1.9.1以电容器连接方式为出发点的补偿装置分类三相电容器同时投切型补偿装置。这类补偿装置中使用三相电力电容器，通过检测某一相的电流来进行计算并控制电容器的投入数量来达到补偿目的。由于电容器对三相提供的无功电流相等，因此这类补偿装置只适用于三相电流基本平衡的负荷情况。当负荷的三相电流不平衡时，不能够使三相均得到良好的补偿，可能有某一相过补偿，有某一相欠补偿。此类补偿装置由于结构简单价格低廉而用量最大。1单相电容器分相投切型补偿装置。这类补偿装置中使用单相电力电容器，通过检测三相电流来进行分别计算并控制各相电容器的投入数量来达到补偿目的，相当于3台单相补偿装置。这类补偿装置可以使各相的无功电流均获得良好的补偿，但是对不平衡有功电流无能为力。用于三相电流不平衡的负荷情况时，比三相电容器同时投切型补偿装置的效果好。此类补偿装置由于结构比较复杂，价格较高，使用量较少。2调整不平衡电流型补偿装置。这类装置中使用单相电力电容器，通过检测三相电流来进行综合计算并控制各相电容器的投入方式和数量来达到补偿和调整不平衡电流的目的。与分相补偿装置本质不同的是，这类补偿装置利用了在相间跨接的电容器可以在相间转移有功电流的原理，通过在各相与相之间及各相与零线之间接入不同数量电容器的方法，不但可以使各相的无功电流均获得良好的补偿，还可以将三相间的不平衡有功电流调整至平衡。这类补偿装置用于三相电流不平衡的负荷情况时，具有无与伦比的使用效果。此类补偿装置结构比较复杂，价格较高，由于是新技术所以使用量较少，但是必然会替代单相电容器分相投切型补偿装置。1.9.2以电容器的控制投入方式为出发点的补偿装置分类1交流接触器控制投入型补偿装置。由于电容器是电压不能瞬变的器件，因此电容器投入时会形成很大的涌流，涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流。涌流会对电网产生不利的干扰，也会降低电容器的使用寿命。为了降低涌流，现在大部分补偿装置使用电容器投切专用接触器，这种接触器有1组串联限流电阻与主触头并联的辅助触头，在接触器吸合的过程中，辅助触头首先接通，使电容器通过限流电阻接入电路进行预充电，然后主触头接通将电容器正常接入电路，通过这种方式可以将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下。此类补偿装置价格低廉，可靠性较高，应用最为普遍。由于交流接触器的触头寿命有限，不适合频繁投切，因此这类补偿装置不适用频繁变化的负荷情况。2晶闸管控制投入型补偿装置。这类补偿装置就是SVC分类中的TSC子类。由于晶闸管很容易受涌流的冲击而损坏，