電容器無功補償是什么？

 

電網輸出的功率包括兩部分：有功功率和無功功率。有功功率是指直接消耗電能，把電能轉變?yōu)闄C械能、熱能或化學能，利用這部分能量作功。而無功功率則是指為建立交變磁場所需要的電功率，這部分電能并不做功。

 

電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備以后，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是電容器無功補償。

 

 

無功補償的有什么作用？

 

在正常情況下，用電設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。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

 

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，所以在電網中要設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。

 

采用無功補償的優(yōu)點：

 

1）根據用電設備的功率因數，可測算輸電線路的電能損失。通過現場技術改造，可使低于標準要求的功率因數達標，實現節(jié)電目的。

 

2）采用無功補償技術，提高低壓電網和用電設備的功率因數，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備提花必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量，穩(wěn)定設備運行。

 

4）減少電力損失，一般工廠動力配線依據不同的線路及負載情況，其電力損耗約20%-30%左右，使用電容提高功率因數后，總電波降低，可降低供電流與用電端的電力損失。

 

5）改善供電品質，提高功率因數，減少負載總電流及電壓降，于變壓器二次側加裝電容可改善功率因數提高二次側電壓。

 

6）延長設備壽命，改善功率因數后線路總電流減少，使接近中已經飽和的變壓器、開關等機器設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攝氏度，壽命可延長1倍）。

 

7）最終滿足電力系統(tǒng)對無功補償的監(jiān)測要求，消除因為功率因數過低而產生的罰款。

 

8）無功補償可以改善電能質量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設備潛力、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）無功補償技術對和電單位的低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益，確定無功功率的補償容量，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節(jié)約電能的目的。

 

無功補償方法有哪些？

 

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

 

低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器，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接運行（如大中型異步電動機）的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優(yōu)點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停動時，補償設備也退出，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）低壓集中補償

 

低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切，電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節(jié)。低壓補償的優(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，降低網損，具有較高的經濟性，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；補償裝置根據負荷的大小自動投切，補償效益高。

 

無功補償裝置有哪些種類？

 

從補償的范圍劃分可以分為負荷補償與線路補償，從補償的性質劃分可以分為感性與容性補償。下面將并聯容性補償的方法大致列舉：

 

1）同步調相機

 

調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，沒有啟動電機的調相機沒有軸伸，實質就是相當于一臺在電網中空轉的同步發(fā)電機。

 

調相機是電網中最早使用的無功補償裝置，當增加激磁電流時，其輸出的容性無功電流增大。當減少激磁電流時，其輸出的容性無功電流減少。當激磁電場減少到一定程度時，輸出無功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補調相機的損耗，當激磁電流進一步減少時，輸出感性無功電流。

 

調相機容量大、對諧波不敏感，并且具有當電網電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點，因此調相機對于電網的無功安全具有不可替代的作用。

 

由于調相機的價格高、效率低，運行成本高，因此已經逐漸被并聯電容器所替代。但是近年來出于對電網無功安全的重視，一些人主張重新啟用調相機。

 

2）并聯電容器

 

并聯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電容器組，而在低壓配電系統(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構則多種多樣形形色色，適用于各種不同的負荷呢況。對于低壓自動無功補償裝置將另文詳細介紹。

 

并聯電容器的最主要缺點是其對諧波的敏感性。當電網中含有諧波時，電容器的電流會急劇增大，還會與電網中的感性元件諧振使諧波放大，另外，并聯電容器屬于恒阻抗元件，在電網電壓下降時其輸出的無功電出下降，因此不利于電網的無功安全。

 

3）SVC

 

SVC的全稱是靜止式無功補償裝置，靜止兩個字是同步調相機的旋轉相對應的。

 

國際大電網會議將SVC定義為7個子類：

 

a、機械投切電容器（MSC）

 

b、機械投切電抗器（MSR）

 

c、自飽和電抗器（SR）

 

d、晶閘管控制電抗器（TCR）

 

e、晶閘管投切電容器（TCR）

 

f、晶閘管投（TSC）

 

g、自換向或電網換向轉換器（SCC/LCC）

 

根據以上這些子類，我們可以看出：除調相機之外，用電感或電容進行無功補償的裝置幾乎均被定義為SVC。因此，目前一些資料或者廣告中大量出現"SVC"字樣，其原因不外乎兩條：其一是作者自已并不明白SVC的定義，其二就是以普通人不懂的字母組合故弄玄虛。

 

目前國內市場上被宣傳 SVC的產品主工是晶閘管控制電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）。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）。

 

TCR的基本結構包括一組固定并聯連接在線路中的電容器和一組并聯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，當晶閘管關斷時，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，當調節(jié)晶閘管的導通角時，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，導通角越大，電抗器的電流越大，補償量就越小，當晶閘管全通時，電抗器電流就會將電容器電流全部抵消，此時補償量為0。必須將固定電容器組設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的結構復雜，損耗大，但其具有補償量連續(xù)可調的特點，在高壓系統(tǒng)中還有應用。

 

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控制電流的裝置中，其基本工作原理是：

 

通過對系統(tǒng)電參數的檢測，預測出一個與電源電壓同相位的幅度適當的正弦電流波形。當系統(tǒng)瞬時電流大于預測電流的時候，STATCOM將大于預測電流的部分吸收進來，儲存在內部的儲能電容器中。當系統(tǒng)瞬時電流小于預測電流的時候，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STATCOM的工作原理，理論上STATCOM可以實現真正的動態(tài)補償，不僅可以應用在感性負荷場合，還可以應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由于技術的原因不可能達到理論要求，而且由于開關操作頻率不夠高等原因，還會向電網輸出諧波。

 

STATCOM的結構十分復雜，價格昂貴，可靠性差，損耗大，目前仍處于研究試用階段，沒有實際應用價值。電抗器（TSR）償，從補償的方式劃分可以分為串聯補償與并聯補償。

 

怎么合理配置？

 

從電力網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

 

1）總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。

 

2）電力部門補償與用戶補償相結合。

 

3）分散補償與集中補償相結合，以分散為主。

 

4）降損與調壓相結合，以降損為主。

 

 

功率容量與功率因數關系曲線

 

 

無功補償容量的確定

 

 

220kV及以下電網的容性無功補償設備總容量QC，可按下式計算

 

QC=1.15QDM-QF-QR-QLC

 

QDM=kPDM

 

式中QDM——最大自然無功負荷；

 

QF——本網發(fā)電機的無功功率；

 

QR——上級網和鄰網輸入的無功功率；

 

QLC——110kV及以上架空線和電纜線的充電功率；

 

PDM——電網最大有功發(fā)電負荷；

 

K——電網最大自然無功負荷系數，kvar/Kw。

 

K值與電網結構、變壓級數、負荷組成、負荷水平及負荷電壓特性等因素有關。已運行的電網可通過實測確定，規(guī)劃中的電網可參照下表中數值估算，當本網中發(fā)電機有功功率比重大時，k宜取較高值；上級網或鄰網輸入有功功率比重大時，k值取較低值。

 

 

對于中低電壓等級電網的無功補償容量考慮原則

 

1）對于變電站10kV母線，一般按主變容量的15%——20%進行補償。

 

2）對于普通負荷的公用變壓器的0.4kV低壓補償，可按配變容量的20%——30%進行補償。

 

3）對于企業(yè)專用變壓器的0.4kV低壓補償，可按配變容量的30%——60%進行補償。

 

4）當三相電壓不平衡時（單相負荷較多），需考慮一定容量的分相補償。

 

5）當補償點處有諧波時，還要考慮串聯一定比率的電抗器，以構成調諧支路，濾除線路上的高次諧波。

 

 

6）當采用固定補償方式時，補償總容量應選小些，避免線路輕載時出現過補，產生無功倒送。

 

7）當采用自動補償方式時，補償總容量應選取大些，避免高峰負荷時出現欠補，造成力率過低。

 

8）當電容器額定電壓與系統(tǒng)標稱電壓不相等時，補償容量≠安裝容量，裝機容量需進行修正。

 

電能是企業(yè)的必耗成本，與企業(yè)的效益息息相關。目前為此，進行電力電容器無功補償是降低無功功率比較經濟的方法。加裝無補償裝置，能增加電網中有功功率的比例常數，就近供給用戶或配電網所需要的滯相無功功率，減少發(fā)，供電設備的設計容量，減少投資，能少在配電網中流失的無功功率，提高發(fā)輸電設備利用率，減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，降低有功網損，效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網的電壓質量，最終提高供電企業(yè)的經濟效益。

 

 

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