無功補償演示稿

無功補償裝置培訓資料目錄一、無功補償的基礎知識1、功率、功率因數的參數2、無功補償的意義和作用3、無功補償的基本原理4、無功補償的方法二、現有補償裝置存在的問題三、無功補償的實現四、補償設備介紹1.基本概念1、有功功率，無功功率，視在功率，功率因數有功功率（P）：實際為電器所吸收的電功率無功功率（Q）：交流電網中，由于有阻抗和電抗（感抗和容抗）的同時存在，電感和電容所儲的電能仍能回輸到電網，這部分功率在電源與電抗之間進行交換，交換而不消耗，稱為無功功率。視在功率（S）：在交流電網中，如負載是純電阻，電壓和電流是同相位，那么電壓和電流的乘積就是有功功率，但在有電感或電容的電路中，電壓和電流有著相位差，所以電壓和電流的乘積并不是負載電路實際吸收的電功率，而是表面上的數值，叫做視在功率功率因數（COSφ）有功功率與視在功率的比值就是功率因數感性無功：感性負荷產生的無功（電機、變壓器等）容性無功：容性負荷產生的無功（電容器）參數U、I、P、Q、S、cosφ間關系：

QS

P單相電路中：S=U*IP=U*I*cosφQ=U*I*sinφS=√P2+Q2三相電路中：S=√3U*IP=√3U*I*cosφQ=√3U*I*sinφS=√P2+Q22.無功補償的意義和作用意義：

就近提供負載所需的無功功率，避免負載與電源進行無功功率交換。作用：1）無功補償改善電能質量電網中無功補償設備的合理配置，與電網的供電電壓質量關系十分密切。合理安裝補償設備可以改善電壓質量。負荷(P+Q)電壓損失ΔU簡化計算如下：

ΔU=(PR+QX)/U

式中:U-線路額定電壓，kV

P-輸送的有功功率，kW

Q-輸送的無功功率，kvar

R-線路電阻，Ω

X-線路電抗，Ω安裝補償設備容量Qc后，線路電壓降為ΔU1，計算如下：

ΔU1=[PR＋(Q－Qc)X]/U

很明顯，ΔU1＜ΔU，即安裝補償電容后電壓損失減小了。由式(1)、(2)可得出接入無功補償容量Qc后電壓升高計算如下：

ΔU-ΔU1=QcX/U由于越靠近線路末端，線路的電抗X越大，因此從(3)式可以看出，越靠近線路末端裝設無功補償裝置效果越好。2）、無功補償降低電能損耗安裝無功補償主要是為了降損節能，如輸送的有功P為定值，加裝無功補償設備后功率因數由cosφ提高到cosφ1，因為P＝UIcosφ，負荷電流I與cosφ成反比，又由于P＝IR，線路的有功損失與電流I的平方成正比。當cosφ升高，負荷電流I降低，即電流I降低，線路有功損耗就成倍降低。反之當負荷的功率因數從1降低到cosφ時，電網元件中功率損耗將增加的百分數為ΔPL%，計算如下：

ΔPL%＝(1/-1)·100%

功率因數降低與功率損耗增加的百分數之間的關系如表1。表1功率因數提高對降低有功功率損耗的影響見表2表23）、無功補償挖掘發供電設備潛力

(1)在設備容量不變的條件下，由于提高了功率因數可以少送無功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率ΔP計算如下：

ΔP=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(2)如需要的有功不變，則由于需要的無功減少，因此所需要的配變容量也相應地減少ΔS計算如下：

ΔS＝S-S1＝P(1/cosφ-1/cosφ1)可以減少供電設備容量占原容量的百分比為ΔS/S計算如下：

ΔS/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1)(3)安裝無功補償設備，可使發電機多發有功功率。系統采取無功補償后，使無功負荷降低，發電機就可少發無功，多發有功，充分達到銘牌出力。4）、無功補償減少用戶電費支出(1)可以避免因功率因數低于規定值而受罰。(2)可以減少用戶內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應可以減少電費的支出。

綜上所述，采用無功補償可以提高功率因數，是一項投資少、收效快的節能措施。并聯補償電容器原理簡單、使用方便、運行經濟、投資省、可以分組投切保證電壓合格率和合理的功率因數。3.無功補償的基本原理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，當容性負載釋放能量時，感性負荷吸收能量；而感性負荷釋放能量時，容性負荷卻在吸收能量，能量在兩種負荷之間交換。這樣感性負荷所吸收的無功功率可從容性負荷輸出的無功功率中得到補償，這就是無功功率補償的基本原理。4、無功補償的方法電力電容器的補償有兩種方法：并聯補償和串聯補償兩種；1.串聯補償：是把電容器直接串聯到高壓輸電線路上，以改善輸電線路參數，降低電壓損失，提高其輸送能力，降低線路損耗。這種補償方法的電容器稱做串聯電容器，應用于高壓遠距離輸電線路上，用電單位很少應用。2.并聯補償：是把電容器直接與被補償設備并接到同一電路上，以提高功率因數。這種補償方法所用的電容器稱作并聯電容器，用電企業都是采用這種補償方法。

二.現有補償裝置存在的問題從外部特性和各項指標及用戶反映的情況來看，現有無功補償裝置主要存在以下問題:（1）沒有解決無觸點安全投切電容和無級調節投入電容容量的問題現有的采用無觸點控制的無功補償裝置在電容的無級投切這一點上做的不很理想，大多采用控制觸發角來控制投切電容量的多少。這樣做會造成較大的沖擊電流和引入高次諧波，使晶閘管的壽命變短，因而無觸點控制的優勢無法充分的體現出來。2）不能提供動態無功補償的三相均荷控制無功補償裝置通常按三相平衡設計，但是電網中的許多沖擊負荷往往具有三相不平衡性質，如冶金電弧爐、大型熔焊機、電氣化鐵路的電力機車等均為具有隨機特征的三相不平衡負荷，民用照明負荷也有顯著的不平衡特征。顯然，不論是瞬間的電壓閃變還是持續的中點電位偏移，都不僅會干擾相關系統的正常工作而且可能危及人身與設備安全，這就要求相應的動態無功補償裝置在快速補償無功的同時，還具有均荷能力，可以實時地將三相不平衡負荷自動均衡為三相平衡負荷。（3）易導致諧波放大在低壓配電系統中，采用微機控制晶閘管投切電容器組，實現基波無功的分相、分級和跟蹤補償。當配電系統非線性用電負荷比重較大時，并聯電容器組的投入，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負荷，嚴重影響其使用壽命;另一方面，當電容器組的諧波容抗與系統等效諧波感抗相等而發生諧振時，引起電容器諧波電流嚴重放大，其結果是電容器因過熱而損壞，系統電壓嚴重畸變，影響其他用電設備的安全運行。（4）現有的裝置容易產生高次的諧波傳統上曾以交流接觸器作為電力電容器投切控制執行元件，現已被晶閘管所取代，通過對晶閘管觸發控制角的控制，可以實現對補償電容投切容量的動態連續調整，這就是所謂的靜止無功功率補償裝置(SVC)。FC+TCR(固定電容器+晶閘管控制電抗器)和TCS(晶閘管開關電容器)是SVC的兩種典型結構。但是用觸發控制角的控制容易產生高次諧波。（5）抗干擾能力差，故障率高因為控制器的工作環境存在大電流、較強磁場等，對弱電設計部分的抗干擾能力要求很高。戶外工作的環境更加惡劣，因此目前大多數控制器均只能在戶內工作，并且故障率高，大大限制了補償器的使用范圍。（6）不能達到全局最優目前的自動補償方式均針對采樣點數據進行計算，因為控制器之間缺乏信息交流，采用的算法落后，控制器不能綜合全網運行情況使無功潮流的分布趨于最合理，經濟效益達到最佳，同時也不能實現對電網的遙測，不適于現代化電網的發展趨勢。三、無功補償的實現近年來企業中普遍利用并聯電容器進行供用電線網的無功補償，提高電網的功率因數，降低供電線路的電流，減少了線損，取得了較好的效果。但不同的補償方式，在實際中的補償效果仍有所差異。若能根據具體情況，選用綜合性的全方位補償方式進行補償，克服單一補償方式的不足，其補償效果會更好。從補償方法上看，主要有固定、手動、自動三種。3.3.1就地補償方案該方案又稱“個別補償”，電容器直接裝于用電設備附近，與電動機的供電回路相并聯，常用于低壓網絡。它使用可控硅或者機械開關來作為投切開關，通過就地電壓傳感器控制而自動地投切電容器。一般的包含了一個電抗器用來對諧波進行濾波。它在其連接點通過改變流入或者吸收系統的無功電流來改變系統的電壓。在效果上，它起著一個可變無功負載作用，調整其值起到保持交流電壓為常數的作用。通常適用于經常投入運行，負荷較穩定的中小型低壓電動機。在電機等感性負載旁和電容器直接并聯，與電機等同開，同停。停機后電容器通過電機直接放電，電容器不再另需放電裝置。運行時電機所需無功由電容器就地供給，能量交換距離最短，可以最大限度的降低線路的電流。在線路相同的條件下，線路損耗與電流的平方成正比，所以電容就地補償，節電效果最好，投資也小。特別是能夠有效抑制設備瞬間出現的電流波動沖擊電網。但是一般工業生產，現場環境相對較差，特別是冶金企業，金屬粉塵含量高，維護、保養若不能定時進行，往往最易損壞。同時，對于頻繁操作的設備，由于瞬間大電流的頻繁沖擊，也是造成電容器易損壞的一個方面，所以，此種方式中電容器使用壽命短。由于隨機開、停，電容器的有效使用率也最低。3.3.2固定補償方案固定補償主要綜合整個電網的各項年平均參數，根據無功的分布情況選取若干個補償點，每個點投入若干單位的電容量，使得全年節能效益與經濟投入之比達到最佳。這種方法的優點是能綜合考慮整個電網的運行特點，既取得了最佳經濟效益又兼顧了全網無功潮流的平衡;缺點是補償容量不能跟隨電網的實時運行狀況，其最佳值是年平均意義上的，電壓波動問題依然存在，當電網負荷發生變化時，這種方法就無能為力了。3.3.3手動補償方案手動補償通過若干電容器組的組合，達到改變補償容量的作用，適用于時間上呈一定規律變化的負荷，缺點是分組過于粗糙，設備體積龐大，需專人守護，并且只針對采樣點參數進行計算，不能達到最佳補償效果。2.2.4自動補償方案自動補償是微電子技術在電力系統的應用。控制器根據傳感器的數據，計算出當前電網所需的無功補償量并控制電容器組的投切，達到實時補償的目。近幾年，由于電腦技術的應用，功率因數自動補償系統的發展進入了一個新階段。雖然各種微電腦功率因數自動控制器硬件、軟件設計不同，但其原理基本如圖2一4所示:圖2—4微電腦功率因數自動控制器方框圖

檢測單元通過電壓、電流互感器采得電壓和電流信號，并利用運放電路、門電路得到反映相位差的方波信號，傳給控制單元。微處理器接收到檢測信號，經過邏輯運算得到實時cos?，分別送到顯示和比較單元。在比較單元中與設定值進行比較，確定是否發出投切命令。同時控制單元還具有過壓、過流、欠補及振蕩報警和保護功能。四、補償設備介紹1、補償種類并聯電容器補償形式1)就地補償TBB-J2)固定補償TBB-C3）自動補償TBB-Z動態補償裝置MSVC2、補償裝置主要元件及作用主要設備：1）就地補償TBB-J隔離開關、電容、電抗、噴逐式熔斷器、放電裝置2）固定補償TBB-C隔離開關、電容、電抗、噴逐式熔斷器、放電裝置、真空接觸器（選配）3）自動補償GWK-Z隔離開關（選配）、電容、電抗、噴逐式熔斷器、放電裝置、真空接觸器、控制器、限流熔斷器4）動態無功補償裝置MSVCMSVC裝置由補償（濾波）支路和可調電抗器（簡稱MCR）并聯支路組成。補償（濾波）支路：隔離開關、電容、電抗、噴逐式熔斷器、放電裝置可調電抗器支路：磁控電抗器、晶閘管閥、微機控制器各元件的作用：a)電壓無功綜合調節控制器。它可在成套裝置的操作面板上也可單獨組屏，接受變壓器二次母線電壓互感器的二次電壓信號和電流互感器二次電流信號，計算所需補償的無功量，控制電容器組的投切。b)高壓并聯電容器：電容器是無功補償裝置的主體，由它產生容性無功功率補償負載的感性無功功率。c)抑制涌流或諧波的電抗器：用干式空心電抗器或是鐵心電抗器，后者的優點是體積小，周圍產生的磁通小，適合安裝在柜內。它的作用是抑制電容器合閘時的涌流或諧波，減少合閘時（后）對電網的干擾或諧波放大和對電容器的沖擊、損壞。d)放電線圈：它的作用是電容器分閘后作為電容器的放電回路，放電完畢允許電容器