無功補償基本原理介紹

無功補償基本原理

電網輸出的功率包括兩部分 [1]  ：一是有功功率：直接消耗電能，把電能轉變為機械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；二是無功功率：消耗電能，但只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網中與電能進行周期性轉換，這部分功率稱為無功功率（如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能）。

意義

⑴ 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。

⑵ 減少發、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節省設備容量0.52KW；反之，增加0.52KW對原有設備而言，相當于增大了發、供電設備容量。因此，對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。

⑶ 降低線損，由公式ΔΡ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ為補償后的功率因數，cosθ為補償前的功率因數則：

cosΦ>cosθ，所以提高功率因數后，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。

電網中常用的無功補償方式包括：

① 集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組；

② 分組補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器；

③ 單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯電容器等。

加裝無功補償設備，不僅可使功率消耗小，功率因數提高，還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。

確定無功補償容量時，應注意以下兩點：

① 在輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的。

② 功率因數越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償。

無功就地補償容量可以根據以下經驗公式確定：Q≤UΙ0式中：Q---無功補償容量（kvar）；U---電動機的額定電壓（V）；Ι0---電動機空載電流（A）；但是無功就地補償也有其缺點：⑴不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償；眾所周之，無功補償按其安裝位置和接線方法可分為：高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。其中就地補償區域最大，效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。為此，這三種補償方式各有應用范圍，應結合實際確定使用場合，各司其職分類。

不同裝置

投切介紹

延時投切方式即俗稱的"靜態"補償方式。延時投切的目的在于防止過于頻繁的動作使電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導致供電系統振蕩，這是很危險的 [1]  。

延時投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復合開關或者同步開關（又名選相開關）。

投切電容器專用接觸器有一組輔助接點串聯電阻后與主接點并聯。在投入過程中輔助接點先閉合，與輔助接點串聯的電阻使電容器預充電，然后主接點再閉合，于是就限制了電容器投入時的涌流。

復合開關就是將晶閘管與繼電器接點并聯使用，但是復合開關既使用晶閘管又使用繼電器，于是結構就變得比較復雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對過流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實際應用中，復合開關故障多半是由晶閘管損壞所引起的

同步開關是近年來最新發展的技術，顧名思義，就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對于控制電容器的同步開關就是要在接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現電容器的無涌流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現開關接點的無電弧分斷。由于同步開關省略了晶閘管，因此不僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關是傳統機械開關與現代電子技術完美結合的產物，使機械開關在具有獨特技術性能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。

當電網的負荷呈感性時，如電動機、電焊機等負載，這時電網的電流滯帶后電壓一個角度，當負荷呈容性時，如過補償狀態，這時電網的電流超前于電壓的一個角度，功率因數超前或滯后是指電流與電壓的相位關系。通過補償裝置的控制器檢測供電系統的物理量，來決定電容器的投切，這個物理量可以是功率因數或無功電流或無功功率。

下面就功率因數型舉例說明。當這個物理量滿足要求時，如cosΦ超前且>0.98，滯后且>0.95，在這個范圍內，此時控制器沒有控制信號發出，這時已投入的電容器組不退出，沒投入的電容器組也不投入。當檢測到cosΦ不滿足要求時，如cosΦ滯后且<0.95，那么將一組電容器投入，并繼續監測cosΦ如還不滿足要求，控制器則延時一段時間（延時時間可整定），再投入一組電容器，直到全部投入為止。當檢測到超前信號如cosΦ<0.98,即呈容性載荷時，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時就要先切除。如果把延時時間整定為300s，而這套補償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時間就為5分鐘，切除也這樣。在這段時間內無功損失補只能是逐步到位。如果將延時時間整定的很短，或沒有設定延時時間，就可能會出現這樣的情況。當控制器監測到cosΦ〈0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投入期間，此時電網可能已是容性負載即過補償了，控制器則控制電容器組逐一切除，周而復始，形成震蕩，導致系統崩潰。是否能形成振蕩與負載的性質有密切關系，所以說這個參數需要根據現場情況整定，要在保證系統安全的情況下，再考慮補償效果。