无功功率补偿模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇无功功率补偿，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

由于现代企业采用大量的感应电动机和变压器等感性负荷，特别是近年来大功率可控硅的应用，供电系统除供给有功功率外，还需供给大量无功功率，使发电和输配电设备的能力不能充分利用，无功功率对供电系统及工厂内部配电系统都有极不良影响，从节约电能和提高电能质量出发，都必须考虑改善功率因数措施。为此，必须提高用户的功功率因数，减少对电源系统的无功需求量

1无功补偿的总原则

无功补偿的总原则：全面规划，合理布局，分散补偿，就地平衡，降低损耗提高质量，满足需求，可靠保证。无功补偿方式制定时，应全面分析本系统的无功电力需求量，以确定最优的补偿量与最优的补偿方式。

我国在《电力系统电压和无功电力技术导则)中规定质功补偿与电压调节应按以下原则进行：

1.1总体平衡与局部平衡相结合，即要满足全网的总无功平衡，又要满足分支线的无功平衡。

1.2电力补偿与用户补偿相结合，供电部门在电源点进行补偿与用户自身用电设备进行补偿，两者实现理想配合。

1.3分散补偿与集中补偿相配合，以分散补偿为主。

1.4降损与调压相结合，以降损为主。

2无功补偿装置

无功补偿装置主要有同步调相机，并联电容器，静止补偿器等。

2.1同步调相机

同步调相机也叫同步补偿机，它实际上是接在电网上不带机械负载的同步电动机，专门用来调节电网功率因数或用在长距离输电线路中提高电压的稳定性，假若忽略同步补偿机的损耗，按电动机惯例写出其电势方程如下，

可见，I超前U90°，纯粹是直轴电流，即I=Id，并且电枢反应磁势起去磁作用。此时，补偿机从电网吸取超前的无功功率(也可以说成是向电网输出滞后的无功功率)，相当于是接在电网上的电容。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，同步补偿机容量可以很大，并且无功功率易于平滑调节。在需要提高电网功率因数时，调节同步补偿机使其在过励状态下运行，由电网吸取电容性无功功率 (或说成是向电网发出电感性无功功率)。当电网轻载时，调节同步补偿机使其在欠励状态下运行，由电网吸取电感性无功功率，这就相当于是在线路中接入了感性负载，从而可以保持受电端电压不变。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最大容量只有过励磁容量的50％-65％，装有自动励磁调节装置的同步补偿机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出(或吸取)无功功率，进行电压调节。有强励磁装置时，系统故障下能调整系统电压，从而提高系统的稳定性。但由于同步补偿机是旋转机械，运行维护比较复杂，满负荷时有功功率损耗为额定容量的1.5％―5％，容量越小，百分值越大，所以小容量的每KVA容量投资费用大，故同步补偿机宜大容量使用，在我国一般用在枢纽变电所。

2.2静止电容器和静止补偿器

静止电容器一般都采用并联电容器的方法进行人工补偿，电力电容器具有投资省，有功功率损耗小，运行维护方便，故障范围小，装设容量灵活，即可集中使用，又可分散装设来就地供应无功功率，以降低网络电能损耗等优点。为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除，可控硅投切型电容器补偿装置就可以实现补偿功率的调节。

电容器的缺点是当通风不良或因电网高次谐波造成电容器过负荷使运行温度过高时，易出现外壳鼓肚、漏油，甚至爆炸和引起火灾。因此，规定电容器组应独立设室。为便于管理维护，多采用集中固定补偿，若补偿前功率因数为COS，补偿后提高到，则补偿所用电力电容器容量应为kyar

上式是按平均负荷计算的所需补偿容量，也有按最大负荷PmaxΣ进行计算的。如果按 PmaxΣ计算所需补偿的无功功率Qc，则当P＜ maxΣ,时，将出现过补偿现象。为了取得较好的补偿效果，按平均负荷计算是合适的，以免所选电容过多。补偿电力电容器多接成三角形，因每个电容器的无功容量为Qcl＝ωC1U2，当容量一定时，电压高电容可以小。只有当电容器额定电压低于网络电压时，才考虑接成星形。电容器组还应单独装设控制、保护和放电设备。电容器组的放电设备必须保证在电容器与电网的联接断开时，放电一分钟后电容器组两端的残压在65V以下，以保证人身安全，一般1000V以上的电容器组用电压互感器作为放电设备。

静止补偿器是近年来的一种动态无功功率补偿装置，它是将电力电容器与电抗器并联起来使用，电容器发出无功功率，电抗器吸收无功功率，两者结合，再配以适当的调节装置，能够平滑地改变输出(或吸收)无功功率的静止补偿器，能满足动态无功补偿的需要，与同步补偿机比较，运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿，以适应不平衡的负荷变化，对于冲击负荷有较强的适应性，在我国电力系统中得到了广泛应用。

3无功补偿方式

无功补偿就补偿方式来说分为高压补偿和低压补偿，高压补偿通常是在变电所高压侧进行，对补偿点前端的无功功率进行补偿，对后端的负载及线路起不到补偿作用，低压补偿可直接补偿配电线路和负载的无功功率，补偿效果较为理想。

3.1高压补偿，高压补偿主要是针对变电所主变压器和一些高压负荷，可集中补偿也可分散补偿，补偿装置独立设室，保证通风良好，充分发挥补偿装置的效率。因此应根据负荷的变化，安排、设计好变电所的无功补偿容量，运行中在保证电压合格和无功补偿效果最佳的情况下，尽可能使电容器投切开关的操作次数减少。

3.2低压补偿，低压补偿有集中补偿，分散补偿和就地补偿。

集中补偿是将电容器装设在用户专用的变电所内，对无功进行统一补偿，对负荷比较集中，距离变电所近，无功补偿容量较大的场合采用较为合适。优点是可以补变电所母线、受电线路的无功损耗，负荷变化能对母线电压起一定的调节作用，便于管理、维护、操作及集中控制。缺点是它只减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所造成的损耗，而不能减少用户内部通过低压线路向用电设备输送无功功率所造成的损失。

分散补偿是将电容器组按低压配电网的无功负荷分布分组装设在相应的母线上，或者直接与低压干线相连接，形成低压、电网、内部的多组分散补偿方式，适合负荷比较分散的补偿场合。分散补偿的优点是对分散的用户，有利于无功负荷的就地平衡，减少配电网络和配电变压器中无功电流的损耗和电压的损失，使线损显著降低，负荷不变的条件下增加网络的输出容量。缺点是装设的电容器无法分组，则补偿容量无法调整，运行中可能出现过补偿或欠补偿，补偿设备的利用率较集中补偿方式低，安装分散，给维护管理带来不便。

就地补偿是就地补偿用电设备(主要是电动机)所消耗的无功功率，将电容器组直接装在用电设备旁边，与用电设备的供电回路并联，以提高供电系统的功率因数，从而获得明显的降损效益。优点是无功电流与附近的用电设备相互交换，不流向网络其它点，在网络中无功电流的无功损耗和电压损耗小，被补偿网络最经济，在配电设备不变的情况下可增加网络的供电容量，导线截面可相应减少，适应性好。缺点是对于电网内公用负荷与集中补偿和分散补偿相比，补偿相同容量的无功负荷所需的补偿电容器总容量和补偿装置总数量增加，投资增大，补偿装置利用率较低。

4无功补偿容量的配置

变电所安装电容器，其主要作用是补偿变压器的无功损耗及配电线路前段的无功负荷及无功损耗，同时可以进行调压。变电所电容器的补偿容量按主变压器额定容量的10％-15％来配置，根据变电所的负荷性质和调压要求，确定合理的无功补偿容量。

配电线路是电力网的重要组成部分，配电线路上电容器容量的确定，应按

最大限度地降低无功损耗的原则来考虑，要根据无功负荷情况采取分散补偿的方式进行补偿。

参考文献

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为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

一、影响功率因数的主要因素

（1）大量的电感性设备。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60%～70%；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。（2）变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。（3）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快。据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

二、无功补偿的一般方法

（1）低压个别补偿。就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行（如大中型异步电动机）的无功消耗，以补励磁无功为主。优点是用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。（2）低压集中补偿。指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。（3）高压集中补偿。指将并联电容器组直接装在变电所的6kV～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用。同时便于运行维护，补偿效益高。

三、采取适当措施，设法提高系统自然功率因数

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工业厂房中电力设备大部分的工作原理是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场。在一个周期内吸收功率、释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，电源能量仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动。由于这种交换功率并不对外做功，因此被称为无功功率。

从物理角度来解释感性无功功率：由于线圈是贮藏磁场能量的元件，磁场能量随着加在线圈上的交流电压的变化而变化。当电压增大，电流增大，磁场能量相应加强，此时线圈的磁场能量将外供能量以磁场能量形式贮藏起来；当电压减小，电流减小，磁场能量相应减弱时，线圈把磁场能量释放并输回到外面电路中。在此过程中，交流电感电流不消耗功率，电路仅是电源能量与磁场能量之间的往复转换。

从物理角度来解释容性无功功率：由于电容器加上交流电压后，电压交变时，相应的电池能量也随之变化。当电压增大，电流增大，电场能量也相应加强，此时电容器的电场能量将外供能量以电场能量形式贮藏起来；当电压减小，电流减小，电场能量相应减弱时，电容器的电场能量将外供能量以电场能量形式释放并输回到外面电路中。在此过程中，交流电容电路不消耗功率，电路中仅是电源能量与电场能量之间的往复交换。

一、无功功率的影响

⑴设备容量增加。无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备和导线容量增加。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。

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中图分类号：TM933文献标识码： A

我公司现有35KV变电站1座，总装机容量63MVA，下设6KV低压配电室7座，其中400V 低压配电室23处。现变电站内基波无功补偿容量为10Mvar，在正常运行过程中无功补偿的投切依据仅依靠功率因数进行投切，对无功的浪费较大。为扭转由于无功的大量浪费，造成有功功率的大量损失，在2003年经过与北京电力科学院电力电子公司的协商，在满足补偿我公司炼钢生产过程中产生的感性无功的前提下新上一套容量为60Mvar的无功动态补偿装置，通过近两年的运行经验来看，补偿效果良好，功率因数指标能够控制在0.85～0.92之间。在此有必要就无功补偿装置的选择方面做一下简单的介绍（以低压无功补偿装置为例）。

众所周知合理的选择无功补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗使电网质量提高，反之如选择和使用不当，可能造成供电系统电压波动，谐波增大和有功功率的大量损耗等诸多因素，危害电网的安全运行。

一、低压无功功率补偿装置，一般采用自动补偿方式。按投切方式可进行如下分类：

1、延时投切方式

这种投切依靠于传统的接触器动作，当然用于投切电容的接触器是专用。它具有抑制电容的涌流作用。延时投切的目的在于防止电容不停的投切，导致供电系统振荡，这一危险情况的出现。这种补偿方式是通过补偿装置的控制器，检测供电系统的物理量，来决定电容器投切的这个物理量，这种物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率，是我们常用的一种补偿方式。

2、瞬时投切方式

瞬时投切方式是电力电容器件与数字技术综合的技术结晶。即我们所说的动态补偿，实际就是在半个周波至1个周波内完成采样计算，在下个周期到来前，控制器已经发出控制信号了，通过脉冲信号通知投切执行元件，即晶闸管导通。投切电容器组大约20－30毫秒内完成一个全部动作，作为一种新的补偿装置有着广泛的应用前景。

其动作原理是当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令（投入一组或多组电容器的指令）此时由触发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电容器组也就并入线路运行。晶闸管的导通条件必须满足其所在相的电容器端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，也就是说电力电子器件控制的无功投切是无涌流投切；当控制指令撤消时，触发脉冲随即消失，晶闸管零电流自然关闭，关断后的电容器电压为线路电压交流峰值，必须由放电电阻尽快放电，以备电容用以投入。用于控制电容器投切的元器件可以用单相晶闸管、并联的双向晶闸管，也可选适合容性负荷的固态接触器。元件的耐压及额定电流要选择合理。这种补偿方式其最主要的制约因素是用于投切控制的元器件的散热方式及冷却方式。我公司现上无功动态补偿装置的冷却方式选用水冷内循环，各晶闸管的运行温度能够控制在40～50℃之间。

在低压无功功率补偿装置的应用方面，选择延时速是瞬时的补偿方式。要依电网的状况所定。首先要对所补偿的方式性质有所了解，对负荷较大且变化较快的工况。如电焊机、电动机的方式应采用瞬时的补偿方式；对于相对稳定的负荷可采用延时补偿方式，也可使用瞬时的补偿方式。一般电焊工作时间均在几秒钟以上。电动机启动也在几秒钟以上。而瞬时补偿的响应时间在几十毫秒。按40ms考虑则从40ms到5秒钟之内是一个相对稳态过程，瞬时补偿能完成这一过程。

二、无功功率补偿控制器

无功功率补偿控制器按照采样方式可分为三类，即功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择哪一种物理控制方式实际上就是对无功功率控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，是进行采样运算、发出投切信号、参数设定、测量、元件保护等功能的一个核心装置。现在对上述所说的三种补偿装置简单的进行一下介绍：

1、功率因数型控制器。

功率因数用cosφ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosφ＝1时，就是说明线路中没有无功损耗，提高功率因数并减少无功功率和无为有功功率的损耗是这类控制器的最终目标，这种控制方式也是传统的方式，采样控制较易实现。这种采样方式在运行中既要保证系统稳定和无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果。对于这种补偿方式很重要的一点就是如何进行参数设定，只能在现场视具体情况将参数整定在一个较好的状态下进行工作，既使参数调整的较好，也无法弥补这种补偿方式自身的缺陷，尤其是在负荷较重的环境中，例如：设定投入门限cosφ=0.95（滞后）此时工作环境为重负荷，既使此时的无功损耗很大。无功缺额很大，再投电容器组也不会出现过补偿。但cosφ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器投入。故不推荐使用这种补偿方式。

2、无功功率（无功电流）型控制器。

这种方式可完善的解决功率因数型的缺陷，一个良好设计的无功型控制器，它是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性、检测和无功补偿的效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测。这种补偿装置可实现如下功能：

四象限操作、自动和手动切换、自识别各路电容器组的功率，可根据负荷自动调节切换时间，具有谐波过压报警及保护，可防止线路发生谐振，具有过电压保护、低电流报警，可检测所补偿系统的电压、电流畸变率，显示电容器功率、显示cosφ、U、I、S、P、Q及频率。

由以上功能可以看出其控制功能非常强大。由于是无功型控制器，也就能够将补偿装置的效果发挥到极至。此时既使在重负荷的情况，负荷发出的无功功率已经相当大，那怕cosφ已达到0.99（滞后）也可根据要求再投入一组，使补偿效果达到最佳。

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无功功率补偿装置的主要作用是：提高负载和系统的功率因数，减少设备的功率损耗，稳定电压，提高供电质量。在长距离输电中，提高系统输电稳定性和输电能力，平衡三相负载的有功和无功功率等。

1.我国电力系统无功补偿的现状

近年来，随着国民经济的跨越式发展，电力行业也得到快速发展，特别是电网建设，负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升，也使电网中无功功率不平衡，导致无功功率大量的存在。目前，我国电力系统无功功率补偿主要采用以下几种方式：

（1）同步调相机：同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表，它虽能进行动态补偿，但响应慢，运行维护复杂，多为高压侧集中补偿，目前很少使用。

（2）并补装置：并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置，但电容补偿只能补偿固定的无功，尽管采用电容分组投切相比固定电容器补偿方式能更有效适应负载无功的动态变化，但是电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节，不能实现无功的平滑无级的调节。

（3）并联电抗器：目前所用电抗器的容量是固定的，除吸收系统容性负荷外，用以抑制过电压。

以上几种补偿方式在运行中取得一定的效果，但在实际的无功补偿工作中也存在一些问题：

（1）补偿方式问题：目前很多电力部门对无功补偿的出发点就地补偿，不向系统倒送无功，即只注意补偿功率因素，不是立足于降低系统网的损耗。

（2）谐波问题：电容器具有一定的抗谐波能力，但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏；并且由于电容器对谐波有放大作用，因而使系统的谐波干扰更严重。

（3）无功倒送问题：无功倒送在电力系统中是不允许的，特别是在负荷低谷时，无功倒送造成电压偏高。

（4）电压调节方式的补偿设备带来的问题：有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的，线路电压的波动主要由无功量变化引起的，但线路的电压水平是由系统情况决定的，这就可能出现无功过补或欠补。

2.无功功率补偿技术的发展趋势

国家大力倡导建立节约型社会，从国家到地方已经明确下达了各种节能指标。节能、节电事业正在蓬勃的发展，这是一股强大的潮流。在所有的电力节能产品中，首先要提到的就是无功率补偿装置在我国有着巨大的潜在市场。2009年，一系列的经济振兴计划给电力电子行业带来了很多机会，主要供方和用方两方面。供方主要对用户的补贴上，另外，在这个政策的拉动下，企业也降低了成本的压力，地方政府的政绩和节能降耗的水瓶已经挂钩，国家和地方政府补贴能达到30%以上。今年来，国家无功率补偿市场发展极其迅猛，产品的质量和数量有了大幅度的提升，相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场并取得了不俗的业绩。随着电力工业的快速发展和技术进步，以及节能降损管理的加强等，引发了许多领域对无功率补偿的需求。

近20年来，世界各地（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯等国）发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视，持续了72小时的8.14美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响。这次事故提醒人们，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。

早期的无功率补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。至今并联电容器仍是一种主要的补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不断的更新发展。同步补偿器的实质是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处，但同步补偿器成本高，安装复杂，维护困难，使其推广使用受到限制。

随着近代电力电子技术的出现和发展，无功率补偿技术也随之发展。在第一个工业用品闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源盒无功率补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。品闸管的电力电子器件不断的问世，由此引发了众多行业的变革，如交流变频调速技术的蓬勃发展。同样电子电力技术对无功率补偿技术也带来了新的发展契机。

无功率补偿技术和电力电子技术的结合主要有一下三个方面：

（1）是作为投切电容器开关。因为电力半导体开关的响应时间短（ps级），所以能够选择电容的投切角度，实现零电压投切，避免了涌流的产生，提高了电容器使用的可靠性和电力系统的稳定性。现代并联电容补偿装置中的输回路就引进了该技术。

（2）是作为无功输出的调节开关。由于电力电子器件的高开关频率，使其能够方便的控制电容器电流的导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化，静止型无功补偿器是其中的代表。

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引言

在电机、电力系统用电设备中无功功率消耗和有功功率相比超出很多电能，造成了不必要的极大浪费。从这一角度出发，如果采用无功补偿，来提高功率因数，则可以很有效地节约电能、减少运行费用。电容补偿又叫做无功补偿或者功率因数补偿。电感性的无功功率通常存在于电力系统的中正在运行的用电设备，极大地造成了电源容量使用效率微弱，能够改良的方式是在系统中添加电容。当前无功补偿大致分为以下几类（1）集中补偿（2）组合就地补偿(分散就地补偿)（3）单独就地补偿。这几种补偿方式都有各自的特点，如何运用要因地制宜，具体情况具体分析，否则反而会带来不必要的浪费。

1 无功功率补偿的作用

1.1 降低系统的能耗

功率因数的提高，能减少线路损耗及变压器的铜耗。当功率因数从0.8提高至0.9时，可知有功损耗降低21％左右。在输送功率P= 3UIcosφ不变情况下，cosφ提高，I相对降低，功率因数从0.8提高至0.9时，铜耗相当于原来的80％。

1.2 减少了线路的压降

由于线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电压上升过高)，有利于大电机起动。

1.3 增加了供电功率，减少了用电贴费

对于原有供电设备来讲，同样的有功功率下，cosφ提高，负荷电流减小，因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储备，发挥了设备的潜力。对于新建项目来说，降低了变压器容量，减少了投资费用，同时也减少了运行后的基本电费。

2 电容补偿在技术上应注意的问题

应注意以下问题：

(1)防止产生自励

采用电容器就地补偿电动机，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，如果电容过补偿，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压。因此，为防止产生自励，可按下式选用电容QC=0.93UI0

(2)防止过电压

当电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏。我国并联电容器国标规定：“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压。”因此必须符合QC< 0.1Ss的条件。

(3)防止产生谐振。

(4)防止受到系统谐波影响。

对于有谐波源的供电线路，应增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。

3 电容补偿控制及安装方式的选择

3.1 电容补偿方式的选择

采用并联电容器作为人工无功补偿，为了尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡，即低压部分的无功宜由低压电容器补偿，高压部分的无功宜由高压电容器补偿。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜就地补偿。补偿基本无功的电容器组宜在配变电所内集中补偿，在有工业生产机械化自动化程度高的流水线、大容量机组的场所，宜分散补偿。

3.2 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和投切次数少的高压电容器组，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。

3.3 无功自动补偿的调节方式

以节能为主者，采用无功功率参数调节；当三相平衡时，也可采用功率因数参数调节；为改善电压偏差为主者，应按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化者，按时间参数调节。

4 电动机就地补偿电容器容量确定

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。负载率越低，功率因数越低；极数愈多，功率因数越低；容量愈小，功率因数越低。但由于无功功率主要消耗在励磁电流上，随负载率变化不大，因此应主要考虑电动机容量和极数这两个参数，才能得到最佳补偿效果。

5 电容补偿的工程实例应用

以某大型项目中能源中心为例，该项目设备装机容量约为21000多千瓦，其中高压电动机设备容量为5400多千瓦，其他低压设备容量为5000多千瓦。供电电源的电压等级为10kV。本着“节能、高效”的方针，初次尝试了采用燃汽轮机发电机组自发电，冷、热、电三联供，做到汽电共生，实现能源综合利用。经过经济分析，采用10kV作为高压电动机的供电电压等级，投资较省，同时亦减少变电环节，也就减少了故障点。根据负荷计算，共采用六路10kV电源，分别对高压电动机直配。

在这个项目中，高压电动机主要用于空调系统中的中央空调机组，以及主机的外部设备——冷冻水循环泵和冷却水循环泵多台设备。这些设备单机容量很大，离心机组单机最大达2810kW(共5台)，小的870kW(共4台)，冷冻水循环泵单机560kW(共9台)，冷冻水循环泵单机亦有380kW(共3台)，自然功率因数在0.8左右。如果在10kV配电室集中补偿电容，不采用高压无功自动补偿的话，如此大容量的电动机起、停会使10kV侧功率因数不稳定，有可能造成过补偿，引起系统电压升高。同时，从配电室至冷冻机房高压电动机的线路最近50m，最远140m，线路损耗相当可观，综合考虑到高压自动补偿元件、技术、价格均要求高，因此采用高压电容器就地补偿，与电动机同时投切。高压电容器组放置在电动机附近。这些电动机采用自耦降压起动方式，高压就地补偿装置以并联电容器为主体，采用熔断器做保护，装设避雷器用于过电压保护，串联电抗器抑制涌流和谐波。这样做，不仅提高了电动机的功率因数，降低了线路损耗，同时释放了系统容量，缩小了馈电电缆的截面，节约了投资。

对于低压设备，由二台1000kVA及二台1600kVA变压器配出，低压电机布置较分散，因此，在变电所变压器低压侧采用电容器组集中自动补偿。虽然一些低压电动机的容量也不小，就地补偿的经济效益亦有，但这些设备主要用于锅炉房和给排水设备，锅炉房的设备不如冷冻机房集中，环境较差，管理不便，因此，在低压配电室采用按功率因数大小自补偿是较合适的。

6 总结

对无功功率进行补偿的节能效果是有目共睹的，在应用的过程中，还应该在技术经济上综合考虑，根据具体情况进行分析，来决定是采用集中补偿还是就地补偿，还是两者综合采用，从而达到使电气设备经济运行的目的。

篇7

中图分类号TM715 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）86-0132-02

0引言

由于电网中大量非线性负载的使用，造成了系统电压升降、电能损失、功率因数降低、谐波干扰等问题，严重危及电力系统的安全经济运行。国家“十二五”规划明确指出，将“依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设”，而电能质量和功率因数是智能电网的重要因素。世界各国对电力用户的用电功率因数都有要求，并按功率因数的高低给予奖惩。因此，合理选用无功功率补偿装置对电力系统有着重要的意义。

1 补偿原理

造成功率因数低的主要原因是电网中的感性负荷，其无功电流相位滞后电压90度，由于容性负荷的无功电流相位超前电压90度，与感性无功电流的相位差180度，因此可用容性无功电流抵消感性无功电流，缩小功率因数角。一般情况下，可用电容器来补偿负荷产生的无功电流。电容器价格便宜，易于安装，到目前为止仍是我国主要的无功补偿器件。

2 无功功率补偿方式的选择

根据投切容量的变化可分为稳态补偿和动态补偿。稳态补偿主要是安装固定容量补偿负载变化相对稳定的补偿方式，多采用并联电容器进行。将电容器组与负载并接，同时投切。优点：投资和线路损耗减少、安装容易、维护简单、故障率低等。

动态补偿则根据负载的变化随时切换补偿量进行补偿，动态补偿装置用于急剧变动的冲击负荷，如炼钢炉等，主要由补偿器件电抗器和电容器、控制器、投切开关等组成，控制器采集电网的电压、电流量等参数，进行运算，再根据参数设定值发出投切指令。投切开关器件主要有一代普通交流接触器、二代电力电子元件（如晶闸管、绝缘栅双极型晶体管）、三代复合开关（将可控硅与接触器并接）。电力电子元件控制，应用较广泛 。复合开关具有可控硅过零投切的优点，又具有接触器无功耗的优点，是较先进的控制方式[1-2]。投切开关参数选择应遵守《低压并联电容器装置使用技术条件》（DL/T 842-2003）标准的规定，否则很易损坏。该标准规定： 对于半导体开关电器和复合开关电器，额定电流（有效值）应不小于2.5倍单组电容器额定电流选取。机械开关电器额定电流额定电流（有效值）应不小于2倍单组电容器额定电流选取。

并联电容器装置的设备选型应遵守《并联电容器装置设计规范》GB50227-95的要求，根据电网谐波水平、补偿容量及扩建规划等因素进行确定。

施耐德公司针对低压配电系统中的谐波污染程度的不同，提供了不同的无功补偿方案，根据如下公式选择：a= Gh /Sn 。a-谐波污染率，Sn-变压器视在功率，Gh-产生谐波设备的视在功率（整流/变频、中/高频、电弧炉、电焊机等）[3]。

4结论

无功补偿是电网优质、安全、经济运行的一项重要技术措施。本文重点对电容补偿的容量计算、容量修正、补偿方式选择进行了探讨，并通过大量的工程验证了实效性，仅供同行们在以后的设计中参考。

参考文献

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中图分类号：TM7文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-12-0-01

由于电力系统中无任是发电机、输电设备和用电设备，它们的技术参数是由电阻、电抗、电容等组成，无功分量是由电抗、电容产生，电抗、电容中电流的电角度相差180度，矢量方向相反；在电力系统运行中一般电抗值大于电容值，也就是缺少容性无功功率，所谓的无功补偿就是电容补偿。我国规定电力系统有功和无功比值是1比0.75(功率因数COS￠=0.8)；一旦失去比例对电网的电能质量将受到影响，造成电能损耗加大或电压不稳定运行；又影响企业的正常生产。造成的损失也是不可估量的。

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中图分类号：TM247 文献标识码：A

一、目前我国配电网无功补偿的状况

配电厂受自然环境、居民区等问题制约，所以远离电力负荷中心，尽管建于负荷附近位置，由于单机容量的变大，发电机额定功率因数也随着变大，因此电网所接受的无功功率变小，仅由发电机提供的无功功率满足不了配电网对无功功率的需求，所以无功功率补偿设备的作用尤其重要。配电系统的无功功率补偿方法有以下几种：（1）同步调相机：目前很少利用，它是无功补偿设备最前期的典型代表，具有动态补偿功能，其反应慢，工作维护麻烦，一般表现为高压侧集中补偿。（2）并补装置：并联电容器是无功补偿中用于无功补偿最多的装置，但是电容的补偿只限于补偿固定的无功装置，虽然电容分组投切优于固定电容器补偿方法，并且更能适应负载无功的动态表现，但其补偿方法仅是一种有级无功调节，实现不了无功平滑的无级调节功能。（3）并联电抗器：现今我国电抗器容量都是固定的， 主要用于抑制过电压与除吸入系统容性的负荷。以上三种补偿措施在运行工作中取得较好的效果，但实际工作中存在以下问题：（1）谐波问题：电容器具备抗谐波功能，但谐波值一旦过大，会影响电容器使用寿命；但由于其对谐波具有放大功能，所以会使系统的谐波，受到更严重干扰。（2）无功的倒送问题： 电力系统中不能出现无功倒送，在负荷值低时，无功倒送会使电压偏高。（3）电压调节措施的补偿装备产生的问题：某些无功补偿装备主要是由电压定其无功的投切量，线路电压的波动与无功量变化有关，但线路的电压是根据系统变化而决定的，这就造成无功欠补或过补的出现

二、无功的补偿措施

并联电容器是无功补偿的一种表现方法。按照达到的补偿效果的不同与系统负载情况的不同，根据不同安装地扯，无功补偿可分为分单元补偿、集中补偿与就地补偿三种。下面分析无功补偿方法特点。（1）线路的分布补偿。线路的分布补偿为高压补偿的一种表现，为实现无功就地补偿功能，就要在电力线路上安装并联电容器，具有成本低、降损、高效等特点，并且安装简捷，低事故，维护工作容易，尤其是用于较长线路与多负荷供电点的线路上。所以，配电线路上组装并联电容器补偿，在社会发展中得到广泛的应用。（2）变电站的高压集中补偿。高压集中补偿指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身有一定高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并起到一定补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高用户功率因数，避免功率因数降低导致电费增加。同时便于运行维护，补偿效益高。电容器组安装容量一般为10000kvar或更小，放置方法可设有专门室外布置或电容器室。由于变电站的补偿，对农网降损作用有限，下级补偿不够时，其是确保总受电端功率因数，是否能达到考核标准的一种有效补偿方法。高压集中补偿为无功平衡的一个主要构造，很多企业，特别是存在较多高压负载时，如：电炉、变压器等。其补偿特点有电压较高、补偿容量较大，比低压大很多。（3）变压器的低压母线补偿。变压器低压母线补偿，是以无功补偿投切装置充当控制保护装置，把低压的电容器组补偿于大型用户0.4kV母线上的补偿技术，较多表现为动态补偿。其补偿措施限于补偿线路的无功负荷，基荷段，补偿容量过大时，在负荷出现低谷时，其无功会倒送，会使电压升高和增加网损可能，对其他设备和电容器的正常运行造成影响。所以不能用低压母线补偿，取代下级补偿，如果在下级补偿处于完善的状态时，便能够除去线路补偿。（4）低压用户的分散补偿。低压用户的分散补偿主要为低压随机补偿，其方法是将低压补偿的电动机绕组与电容器组直接并接好，用一套保护装备与刀闸控制，将电动机同时投切，此方法为静态补偿。

三、无功补偿装置

静电电容器、同步电机、静态无功补偿器以及静态无功发生器，通常把这几种装备称为无功补偿装备。目前我国指的静态无功补偿装备，主要指采用晶闸管无功补偿设备的方法，有以下几类：

1 具有饱和电抗器的无功补偿装备功能

其主要装置分为可控饱和电抗器与自动饱和电抗器无功的补偿装置。可控饱和电抗器是以改变控制绕组工作时电流的控制铁心的饱和数据，使工作绕组的感抗改变，而进一步控制无功电流值。自动饱和电抗器的无功补偿装置采用电抗器的主要功能来稳定电压，再用铁心的饱和功能，而控制吸入或发出的无功功率数据。

2 静态无功补偿装置

静态补偿器的功能是持续而快速地控制无功功率，根据吸入或放出无的功功率来控制，其所连接输电节点的电压。静态无功补偿装备，由晶闸管所控制投切电容器及电抗器组合成，可分为晶闸管投切电容器与晶闸管控制电抗器两种补偿装置方法。⑴晶闸管控制电抗器由单个电抗器与两个相互反向并联而成的晶闸管相串联，三相接成的三角形。具有TCR型的补偿器，灵活性大，反应迅速，目前我国工业企业和输电系统中应用广泛。⑵晶闸管投切电容器由两个相互反向并联的晶闸管，而将电容器从电网中连接断开或并入电网，而串联的小电抗器，主要用来抑制电容器，投入电网工作时可能产生对电流的冲击。

3 新型静态无功发生器

静态无功发生器构造是一个电压源型逆变器，由可断开与关闭的晶闸管控制通断，把电力系统的电压同步与电容上的直流电压转换而成的三相交流电压，再把变压器和电抗器并联连接入配电网。控制好逆变器输出电压，灵活改变工作状态，让其处于感性、容性或没负荷的状态。

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中图分类号： TM53 文献标识码： A 文章编号：

引 言

随着各种电力电子设备等非线性负荷的大量使用，同时用户节能意识的增强和对电能质量问题的日益关注，无功功率补偿装置作为电能质量治理设备，成为电力系统中越来越重要的电气设备。作为低压配电系统中设计比较复杂的无功功率补偿电容柜，正确的产品设计选型和安装，对提高设备使用寿命，以及节约电能具有重要意义的。

在系统中安装无功补偿装置的必要性和作用

工业生产广泛使用的交流异步电动机、电焊机、电磁炉等设备都是感性负载，这些感性负载在进行能量转换的过程中，使加在其上的电压超前电流一个角度，这个角度的余弦COS￠叫做功率因数。当功率因数即无功功率很大时，会有以下危害：1）增大线路电流，使线路损耗增大，浪费电能；2）因线路电流增大，一旦输电线路较远，线路上的电压降就大，电压过低就可能影响设备正常使用；3）对变压器或者发电机而言，无功功率大，变压器或者发电机输出的电流也大，往往是输出电流已达额定值，这时负荷若再增加就需要多加一台变压器或发电机，浪费资源；4）月平均功率因数，工业用户低于0.92，普通用户低于0.9，若低于此项要求，将要被供电管理部门处于不同额度的罚款。

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗，稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量，无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。

补偿容量、类型的选择

一般情况下，设计时可根据变压器容量的20%~40%选择无功补偿容量。

补偿类型的关键选型依据是系统的谐波污染程度，由于配电系统中非线性负载越来越多的被使用，其带来的谐波污染问题日益严重，而无功补偿电容器是配电设备中受谐波危害最大的设备之一，谐波不仅会造成电容器过载，补偿乏值降低，缩短使用寿命，还可能造成电网谐波，发生严重的电气事故，另外，不正确的补偿类型选择还会造成谐波放大，进一步加剧配电网谐波污染程度。因此，必须根据谐波污染程度选择正确的无功补偿类型。

首先将配电系统简化，将系统简化为变压器（容量Sn），所有非线性负载总容量（容量Gh），将Gh/Sn的比值，即非线性负载占系统容量的比例作为补偿类型的选型依据：（1）当Gh/Sn≤15%时，表示系统谐波污染程度较轻，推荐补偿类型为标准型无功功率补偿。一般400V配电系统采用415V的电容器。（2）当15%＜Gh/Sn≤25%时，表示系统谐波污染程度较严重，推荐补偿类型为过谐型无功功率补偿。过谐型无功功率补偿方案采用比电网高一等级的电容器，如400V配电系统采用450V或480V的电容器。注意，当采用过谐型无功功率补偿电容器时，电容器将降容，降容系数为：K=（Vn/Vr）2，Vn为电网电压等级，Vr为电容器标准电压等级。例如：一台480V,30kvar的电容器相当于一台400V,21kvar的电容器，30kvarX(400/480)2=21kvar。（3）当Gh/Sn≥25%时，表示系统谐波污染程度严重，推荐补偿类型为调谐型无功功率补偿。调谐型无功功率补偿方案由调谐电抗器和过谐型电容器组成。由于调谐补偿方案采用了电抗器与电容器串联，而电抗器与电容器的电压方向正好相反，所以电容器的端电压实际上被抬升。以阻抗比为12%的调谐方案为例，电容器实际端电压Uc=400/(1-12%)=454V,所以必须采用480V电容器以防止过压。需要注意的是，调谐型和过谐型电容的降容计算有所不同。这里以电抗器阻抗为12%，要求实际补偿容量为300kVar的调谐补偿方案为例，按单步实际补偿30kVarX10路设计，步骤1：计算不考虑串联电抗器时补偿30kvar容量所需的480V电容器容量Q1，Q1*(400/480)2=30kvar,Q1=43.5kvar;步骤2：再考虑电抗器，计算出实际补偿30kvar容量所需的480V电容器容量Qc, Qc= Q1*(1-12%)=38.3kvar。结果：本系统按单步30 kvar设计10路，每步电容器为38.3 kVar/480V,电抗器为30 kVar/阻抗12%。（4）当Gh/Sn≥50时，建议使用有源滤波设备。

当电抗器所工作的电网中，谐波总畸变率在4%以下，可以只考虑限制电容器投切过程中的合闸涌流，电抗器的电抗率可选：K=(0.1~1)%。当K≤0.1%时，可安装在电容器外壳内。当0.1%《K≤1%时，可选用XD型电抗器。这种电抗器是单相结构，在安装时，注意一，安装在B相的电抗器，进出线次序与A、C相相反，以免互相影响。注意二，它对3、5次谐波电流略有放大。

当电抗器所工作的电网中，谐波总畸变率在4%以上，应先通过谐波检测仪表查明该电网的主要谐波含量，然后再合理确定K值。如果电网背景谐波为5次及以上时，这时应配置电抗率为（4.5~7）%。一般用电抗率为6%的电抗器。要注意的是，6%的电抗器，抑制5次谐波效果好，但对3次谐波有明显的放大作用。如果电网原来3次谐波含量就接近容忍值，就要注意选择电抗率K偏离6%少许。比如选K为4.5%的电抗器对3次谐波放大轻微。

如果，电网背景谐波为3次及以上时，这时应配置电抗率为12%的电抗器。从材料的价格上分析，在同样电压电流情况下，K值越高，其端电压也越高，电抗器的电抗和电感也大，即K值越高，价格也高些。所以，如果3次、5次、7次及以上谐波含量都超标需要治理时，建议用一部分K为7%的电抗器，用一部分K为12%的电抗器。

保护元件的选择

当采用断路器作为主保护时，热保护整定值设定：

（1）1.36In-适合标准型无功功率补偿

（2）1.5In-适合过谐型无功功率补偿

（3）1.12~1.31In-适合调谐型无功功率补偿，电抗率越大，系数越小

（4）短路保护为10In

当采用熔断器作为主保护时，一般选择1.5In

支路保护熔断器的选择

1.6In-适合标准型和过谐型无功功率补偿

1.5In-适合调谐型无功功率补偿