淺談低壓電容器無功補償的技術與經濟性

摘要:文章介紹無功補償的作用，分析低壓并聯電容器無功補償的種類、電容補償控制的選擇及補償容量的確定等。

關鍵詞:低壓并聯電容器;無功補償;技術;經濟性

中圖分類號:TM92文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)14-0029-02

無功功率是維持電力系統正常運行最主要的一個因素。搞好電力系統的無功平衡，提高負荷的功率因數，可以減少線路和變壓器中的有功功率損耗和其他電能損耗，從而提高電能質量，降低電能損耗，并保證了電力系統的穩定運行和用戶的供電質量。

1無功補償的作用

1.1提高變配電設備利用率，減少投資費用

對低功率因數的負荷進行無功補償，接入并聯電容器，由于無功電流得到補償，使得負荷電流減少(如圖1)。

由于功率因數提高而使變配電設備減少的容量(kVA)可用公式1計算:

ΔS=P/ COSφ1-P/ COSφ2

=P×(COSφ2-COSφ1)/(COSφ2×COSφ1)

(1)

式中:

ΔS——減少的設備容量;

P——負荷有功功率;

COSφ1——補償前負荷功率因數;

COSφ2——補償后負荷功率因數。

如1 000 kW的負荷容量，補償前功率因數為0.7，從公式1中可計算出當功率因數補償到0.95時，為該負荷輸電的變配電設備容量可減少376 kVA，對于新建項目可以減少投資費用(變配電設備容量減少376 kVA，可減少基本電費的支出)，經濟效益明顯。

1.2降低電網中的功率損耗

當負荷的功率因數從1降到COSφ時，電網中的功率損耗將增加的百分數如式2，詳細功率因數降低與功率損耗增加的百分數如表1:

δp(%)=(1/COS2φ-1)×100%(2)

1.3減少了線路的壓降

由于功率因數的提高，線路傳送電流小了，系統的線路電壓損失相應減小，有利于改善末端的電能質量。

1.4提高功率因數及相應地減少電費

根據國家水利電力部國家物價局1983年頒布的《功率因數調整電費辦法》規定三種功率因數標準值，相應地減少電費:

①功率因數標準0.90，適用于160 kVA以上的高壓供電工業用戶、裝有帶負荷調整電壓裝置的高壓供電電力用戶和3200 kVA及以上的高壓供電電力排灌站(具體調整率見表2)。

②功率因數標準0.85，適用于100 kVA(kW)及以上的其他工業用戶，100 kVA(kW)及以上的非工業用戶和100 kVA(kW)及以上的電力排灌站(具體調整率見表2)。

③功率因數標準0.80，適用于100 kVA(kW)及以上的農業用戶和躉售用戶(具體調整率見表2)。

2低壓并聯電容器無功補償的種類

2.1集中補償

在低壓配電所內配置若干組電容器接在配電母線上，補償供電范圍內的無功功率，如圖2所示。

2.2就地補償

將補償電容器安裝于用電負荷附近，或直接并聯于用電設備上，如圖3所示。

就地補償分為兩種:一是分散就地補償，電容器接在低壓配電裝置或動力箱的母線上，對附近的用電設備進行無功補償，如圖3a所示。二是單獨就地補償，將電容器直接接在用電設備端子上或保護設備末端，一般不需要電容器用的操作保護設備，如圖3b所示。

2.3就地補償與集中補償節能比較(見表3)

3電容補償在技術上應注意的問題

①防止涌流。在電容器投入時，一般情況下伴隨著很大的涌流，在IEC出版物831電容器篇中電容器投入涌流的計算公式如下:

式中:

Is——電容器投入時的涌流(A);

In——電容器額定電流(A);

S——安裝電容器處的短路功率(MVA);

Q——電容器容量(Mvar)。

在低壓電容器回路中，可采用以下方法限制:一是串聯電抗器;二是加大投切電容器的容量;三是采用專用電容器投切的接觸器。

②防止系統諧波的影響。由于電容器回路是一個LC電路，對于某些諧波容易產生諧振，造成諧波放大，使電流增加和電壓升高。為此可采用串聯一定感抗值的電抗器以避免諧振，如以電抗器的百分比為K，當電網中5次諧波較高，而3次諧波不太高時，K宜采用4.5%;如中3次諧波較高時，K宜采用12%，當電網中諧波不高時，K宜采用0.5%。

③防止產生自勵。采用電容器就地補償電動機無功功率，電容器直接并聯在電動機上，切斷電源后，電動機在慣性作用下繼續運行，此時電容器的放電電流成為勵磁電流。如果補償電容器的容量過大，就可使電動機的磁場得到自勵而產生電壓，電動機即運行于發電狀態，所以補償容量小于電動機空載容量就可以避免，一般取0.9倍就沒關系。

QC=0.9×3UI0 (4)

式中:

Qc——為補償電容器容量

U——為系統電壓

I0——為電動機空載電流

4電容補償控制的選擇及補償容量的確定

4.1電容器組投切方式的選擇

電容器組投切方式分手動和自動兩種。對于補償低壓基本無功及常年穩定的高壓電容器組，宜采用手動投切;為避免過補償或輕載時電壓過高，易造成設備損壞的，宜采用自動投切。高、低壓補償效果相同時，宜采用低壓自動補償裝置。

4.2電容器補償容量的確定

先進行負荷計算，確定有功功率P和無功功率Q，補償前自然功率因數為cosφ1，要補償到的功率因數為cosφ2，則:

QC=P(tgφ1-tgφ2)(5)

式中:

Qc——補償電容器容量

P——負荷有功功率

COSφ1——補償前負荷功率因數

COSφ2——補償后負荷功率因數

確定無功補償容量時，還應注意以下三點: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，每千乏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。③就地補償電容器容量選擇的主要參數是勵磁電流，因為不使電容器造成自勵是選用電容器容量的必要條件，可用公式4計算。

5結 語

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，還可以分組投切保證電壓合格率和合理的功率因數。我國很多地區配電網和農網平均功率因數偏低，通過采用補償電容器進行合理的補償，一定能夠提高供電質量并取得明顯的經濟效益。

參考文獻:

[1] 電力工業部綜合管理司.用電檢查技術標準匯編[M].北京:中國電力出版社，2000.

[2] 電力工業部綜合管理司.用電檢查法規匯編[M].沈陽:遼寧科學技術出版社，1998.

[3] 張利生.電力網電能損耗管理及降損技術[M].北京:中國電力出版社，2005.