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摘    要：無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個*的重要位置，在供電系統(tǒng)中起到提高電網(wǎng)功率因數(shù)的作用，提高供電效率，改善供電環(huán)境。我司動態(tài)無功補(bǔ)償裝置適用于頻率50Hz電壓0.4kV電網(wǎng)的無功功率自動補(bǔ)償；它采用了國內(nèi)一系列*的技術(shù)和xin的元器件，集無功補(bǔ)償、電網(wǎng)監(jiān)測于一體，不但可以通過投切電容器組來補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功損耗，提高功率因數(shù)，降低線損，從而提高電網(wǎng)的負(fù)載能力和供電質(zhì)量；同時還能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)的三相電壓、電流、功率因數(shù)等運(yùn)行數(shù)據(jù)。無功功率補(bǔ)償裝置無功功率補(bǔ)償裝置無功功率補(bǔ)償裝置無功功率補(bǔ)償裝置

關(guān)鍵詞：低壓無功補(bǔ)償,電容器組,功率因數(shù) 

引言：本文從電網(wǎng)無功的產(chǎn)生、功率因數(shù)偏低危害，以及無功補(bǔ)償?shù)脑?、方式等相關(guān)概念出發(fā)，結(jié)合某廠實(shí)際情況淺談安科瑞無功功率補(bǔ)償裝置在0.4kV低壓配電系統(tǒng)中的重要性及應(yīng)用。

1 無功功率的產(chǎn)生

在交流電路中，由于感性和容性負(fù)載的存在，建立電感的磁場和電容的電場都需要電源提供一部分不做機(jī)械功的功率，稱之為無功功率。它將電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量，不直接消耗電能，這也是各種電氣設(shè)備能夠做功的必要條件，并且使這種能量在電網(wǎng)中進(jìn)行周期性的轉(zhuǎn)換。電流在容性元件中做功時，電流超前電壓90°，在同一并聯(lián)電路中，電容電流與電感電流的方向相反，相位差為180°。

2 功率因數(shù)偏低的危害

在供電系統(tǒng)中，由于感性電力負(fù)荷的存在，使得系統(tǒng)的自然功率因數(shù)較低，如不采用人工補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)功率因數(shù)，將造成如下不良影響：

（1）降低了發(fā)電機(jī)的輸出功率，當(dāng)發(fā)電機(jī)需提高無功輸出，低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時，將使發(fā)電機(jī)有功輸出降低。

（2）降低了變電、輸電設(shè)施的供電能力。

（3）設(shè)備及線路損耗增加。設(shè)線路電阻為，則線路損耗為：

這部分損耗就是由無功功率引起的，所以功率因數(shù)偏低，導(dǎo)致無功功率增加，自然就增加了線路損耗。如果用戶的功率因數(shù)從0.7提高到0.95，功率損失可減少46%，如果功率因數(shù)從0.7提高到0.90，則功率損失可減少40%，效果是很明顯的，因此，提高用戶功率因數(shù)是節(jié)約電能的重大措施。 

（4）功率因數(shù)愈低，還會使線路及變壓器的電壓降增大。如果是沖擊性無功負(fù)載，還會使電網(wǎng)產(chǎn)生劇烈波動，使得用電設(shè)備的運(yùn)行條件惡化，以及供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。

可見，提高功率因數(shù)不僅對電力系統(tǒng)，而且對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重大意義。工業(yè)企業(yè)在考慮提高功率因數(shù)時，應(yīng)采用人工無功補(bǔ)償裝置，以提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善供電質(zhì)量。

3 無功補(bǔ)償?shù)脑?/span>

3.1 并聯(lián)電容器補(bǔ)償

在實(shí)際電力系統(tǒng)中，大部分的負(fù)載為異步電動機(jī)。包括異步電動機(jī)在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻和電感的串聯(lián)電路。

圖3-1 等效電路

圖3-2 功率因數(shù)得到提高                                        圖3-3 過補(bǔ)償 

其功率因數(shù)為：

cos =, 式中

給、電路并聯(lián)接入之后，電路圖如圖3-1所示，電路的電流方程為：

由圖3-2的相量圖可知，并入電容后，電壓和電流的相位差減小了，即供電回路的功率因數(shù)得到了提高。

若并入電容的容量過大，使得供電電流的相位超前電壓的相位，這種情況稱之為過補(bǔ)償，其相量圖如圖3-3所示。通常不希望出線過補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@會引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無功在電力線路上傳輸同樣會增加電能損耗。還有如果供電線路電壓因此升高，會增大電容器本身的功率損耗，溫升增大，影響電容器的使用壽命。 

3.2 諧波對并聯(lián)電容器影響以及串抗的必要性

(1)諧波對并聯(lián)電容器的直接影響

諧波電流疊加在電容器的基波電流上，使電容器電流的有效值增大，溫升增大，甚至引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器直接損壞。

諧波電壓疊加在電容器的基波電壓上，不僅使電容器電壓有效值增大，并可能使電壓峰值大大增大，這往往是使電容器損壞的一個主要原因。

(2)并聯(lián)電容器對諧波的放大

電容器將諧波電流放大，不僅危害電容器本身，而且會危及電網(wǎng)中的電氣設(shè)備，嚴(yán)重時會造成損壞，甚至?xí)茐碾娋W(wǎng)的正常運(yùn)行。

(3)并聯(lián)電容器串入諧波抑制電抗器的必要性

無功補(bǔ)償裝置在存在諧波的情況下做無功補(bǔ)償時，并聯(lián)電容器可以串聯(lián)諧波抑制電抗器，使其在基波頻率下做無功補(bǔ)償時，在諧波頻率下表現(xiàn)感性，偏移諧振點(diǎn)，避免發(fā)生諧振，防止諧波放大。

4 并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的方式

4.1 高壓集中補(bǔ)償

電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)或地方總壓降變電所的6~10kV母線上， 用來提高整個變電所的功率因數(shù)，使該變電所的供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡，可減少高壓線的無功損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。

4.2 分組補(bǔ)償

將電容器組分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或廠區(qū)等終端變配電所高壓或低壓母線上。這種補(bǔ)償方式具有集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，僅無功補(bǔ)償?shù)娜萘亢头秶鄬π⌒?，但是分組補(bǔ)償?shù)男Ч鄬γ黠@，采用的也較為普遍。

4.3 就地補(bǔ)償

將電容器或電容器組設(shè)在異步電動機(jī)或電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無功補(bǔ)償，也稱單獨(dú)補(bǔ)償。這種方式既能提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，對中、小型設(shè)備十分適用。

5 安科瑞無功功率補(bǔ)償裝置方案

5.1 分立元件方案

圖5-1 安科瑞無功補(bǔ)償裝置分立元件方案

圖5-2 分立元件模塊 

該方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，模塊化設(shè)計(jì)，不嫌整齊大方，維護(hù)方便，整潔美觀，耐老化，抗腐蝕，高壽命。

具有多種補(bǔ)償方式：三相共補(bǔ)、三相分補(bǔ)、共補(bǔ)+分補(bǔ)三種形式?？筛鶕?jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況，兼顧補(bǔ)償效果和成本，選擇合理的補(bǔ)償形式。

此外還具有數(shù)據(jù)采集和標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理。

5.2 智能電容方案

圖5-3 安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案

圖5-4 AZC和AZCL智能電容模塊

AZC和AZCL系列智能電容器是0.4KV、50Hz 低壓配電系統(tǒng)中用于節(jié)能、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元、投切開關(guān)、線路保護(hù)單元、低壓電力電容器等構(gòu)成。改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式。具有補(bǔ)償效果更好，體積更小，功耗更低，價(jià)格更廉，節(jié)約成本更多，使用更加靈活，維護(hù)更方便，使用壽命更長，可靠性更高等特點(diǎn)，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

該系列智能電容器采用LCD液晶顯示器，可實(shí)時顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等電參量。        

6 典型案例的應(yīng)用

興化市某鑄鋼有限公司，生產(chǎn)現(xiàn)場負(fù)載主要是中頻爐和生產(chǎn)電機(jī)，配電室有1#、2#、3#變壓器，容量均為1250kVA。從現(xiàn)場工作人員了解到：無功需求主要由電機(jī)產(chǎn)生，1#、2#、3#變其下電機(jī)負(fù)載基本相同，之前電容柜（補(bǔ)償形式均為共補(bǔ)）投切過，發(fā)生過補(bǔ)償電容被擊穿燒毀的事故，中頻爐處于保溫狀態(tài)使，系統(tǒng)的功率因數(shù)偏低，已經(jīng)被*罰了很多款項(xiàng)。

圖6-1 現(xiàn)場測量示意圖

后經(jīng)我司工作人員在現(xiàn)場正常工況下，對其電能質(zhì)量進(jìn)行測量，然后結(jié)合現(xiàn)場和對測得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出主要原因有兩個方面：

*，原電容柜其下補(bǔ)償電容未串抗。系統(tǒng)中主要諧波為5、7、11、13次諧波?，F(xiàn)場電容柜未串聯(lián)電抗器，純電容型無功補(bǔ)償裝置相對諧波電流為低阻抗通道，因此補(bǔ)償裝置極易放大諧波電流，嚴(yán)重時甚至可能與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，造成設(shè)備損毀，現(xiàn)場補(bǔ)償電容被燒毀的原因就在于此。

第二，1#變數(shù)據(jù)中，中頻爐剛開啟時諧波電流182A，到保溫狀態(tài)，諧波電流250A，約1.3倍；3#變測量數(shù)據(jù)，兩臺中頻爐啟動時諧波電流應(yīng)該在400A左右，而到保溫狀態(tài)會超過500A，綜合考慮治理效果和成本，建議1#變選用300A有源濾波器，3#變選用500A有源濾波器進(jìn)行諧波治理，減小電網(wǎng)諧波，這樣電網(wǎng)諧波對電容柜的沖擊也會大大降低。

現(xiàn)考慮電容補(bǔ)償這部分的整治，由于該系統(tǒng)5次及以上諧波含量較大，建議對電容柜進(jìn)線改造，串聯(lián)7%電抗率的電抗（能抑制5次及以上諧波流入電容柜）。

以3#變測量數(shù)據(jù)為例，在正常工況下（此時負(fù)載以全部開啟，電容柜未投入），負(fù)載有功總功率P約為680kW，功率因數(shù)為，若要達(dá)到目標(biāo)功率因數(shù)，則需要補(bǔ)償?shù)臒o功容量為：

由于無功的實(shí)際輸出和加在電容兩端的電壓平方成正比：，串抗之后還有一個與電抗率有關(guān)的衰減，這樣要保證360kvar的實(shí)際輸出，裝機(jī)容量則需：

考慮到電容柜工作時，電容器組能夠循環(huán)工作，避免所有電容器組滿負(fù)荷投切，故留有一定裕量，建議變壓器低壓側(cè)電容柜的裝機(jī)容量為600kvar。

（1）分立元件方案

配置方案：共補(bǔ)600kvar = 共補(bǔ)50kvar * 12

柜體尺寸：1000（W）*2200（H）*1000（D）

圖表6-1 分立元件主要器件選型表

（2）智能電容方案

配置方案：共補(bǔ)600kvar = 共補(bǔ)50kvar * 12

柜體尺寸：1200（W）*2200（H）*800（D）

圖表6-2 智能電容主要器件選型表

7 結(jié)束語

綜上所述，電網(wǎng)無功補(bǔ)償是一項(xiàng)建設(shè)性的技術(shù)措施，對電網(wǎng)安全、、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要作用。電網(wǎng)和負(fù)載的特點(diǎn)選擇合理的補(bǔ)償方式是有效補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。針對目前電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，在做無功補(bǔ)償時一定要選擇合適的裝置，避免諧振和諧波放大的現(xiàn)象,保證電容電抗的壽命和無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償效果，為客戶創(chuàng)造價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]    安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

[2]    諧波抑制和無功補(bǔ)償.王兆安.機(jī)械工業(yè)出版社