配電網電容器過補償的危害及其防范措施淺述

蘇恩華

【摘 ?要】在電力系統中，變壓器、異步電動機等具備電磁線圈，這些設備在工作時需建立磁場，消耗大量的無功功率。若無功功率損耗后無法及時得到補償，會對電網的安全、穩定運行產生負面影響，而且長期以來我國大部分配電網存在無功容量不足的問題，在電力系統中，對電力系統實施無功補償則是其更加安全穩定經濟運行的關鍵條件。然而，由于客觀條件及思維定勢的存在，使得研究人員習慣性地將“無功不足”設置為了對無功補償進行研究時的出發點。在變電站調度監控系統中監測到一個現象：某變電站電容處計量到過多的有功電量，超出了合理范圍。前往現場進行查驗，測量相關技術指標綜合分析后，發現該處是因為無功過補償而導致的有功損耗增大，并非常見的無功欠補償。

【關鍵詞】電容器;過補償;負載電壓;線路損耗;電費

1 電容器過補償的定義

進行電容器過補償分析，首先要明確其電氣含義，常用用電線路等效電路圖進行分析。

R為線路等效電阻，C為補償電容，Z為負載阻抗，1為線路電流，c為電容電流，2為負載電流，為線路首端電壓，1為線路電阻壓降，2為負載端電壓。

根據用電線路的等效電路圖，以電壓為參考矢量，電流由相位角φ遵守順時針的方向進行旋轉，四象限依次表示為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限，可做出其象限示意。在正常情況下，1應在Ⅰ象限運行，電壓超前電流，電路呈感性。一旦有較多的電容器投入，過補償時的電容電流c和負載電流2合成為過補償時的線路電流1，電能表將運行于Ⅳ象限，此時相角φ的取值范圍為0°～-90°，電路呈容性，在此區間運行就是電容器過補償。

2 電容器過補償的危害

2.1引起負載電壓降低

在投入較多的電容器后，其系統處于過補償狀態，此時電路呈容性，看出此時的線路電流1較正常運行時的電流1遠遠增大，進而導致線路電阻壓降1增大。一旦維持不變，負載端電壓2將會大幅下降，這會對用電設備的正常運行造成影響;一旦維持2不變，則需將首端電壓提升，這時需要對發電機勵磁電流進行調整，使感性無功功率輸出提升，但是會引起發電機效率下降，不利于發電機的經濟運行。

2.2 引起線路損耗增加

在傳輸相同有功功率的前提下，為分析電容器投切前后各特征量運行區間及相位變化情況與線路損耗間的關系，以功率因數為0.9，即φ=arccos0.9=25.84°為例，將電容器投切前后的功率因數角運行區間劃分為三種狀態進行分析。運行區間為25.84°≤φ≤90°時，在此區間運行時系統未投入電容器，線路呈強感性，線路電流1處于Ⅰ象限，功率因數低于0.9，此時線路電流較大，線路損耗增加。運行區間為0°≤φ≤25.84°時，在此區間有補償電容器投入，線路呈弱感性，線路電流1處于Ⅰ象限，功率因數處于0.9～1.0之間。投入補償電容后，c與2合成為1，1<2，使得線路電流下降，促使線路電阻R損耗功率下降，線損率下降，發電機效率上升，系統處于經濟運行狀態。運行區間為-90°≤φ≤0°時，在此區間大量投入補償電容，線路呈強容性，線路電流1處于Ⅳ象限，功率因數就會降低。根據線路電流幅值的變化趨勢可以看出，線路電流大幅升高，導致線路電阻R的損耗功率升高，線損率增加，發電機效率降低。

2.3 引起有功損耗增加

在進行變壓器工程計算時，通常忽略勵磁支路，采用變壓器簡化等效電路。其中，1為供電電壓，2為負載電壓，rk為原、副邊電阻之和，xk為原、副邊電抗之和。

當電容器過補償時，變壓器負荷呈容性。有1超前于2，設超前的相位角為φ，在變壓器中電抗遠大于電阻，即x>>r，則據此可以做出變壓器簡化等效電路的相量示意。2>1。所以，在供電電壓穩定的情況下，電容器的過補償會引起變壓器二次側電壓的升高。在線路交流電壓的作用下，電力電容器的極板中、內部介質中、引線等導體中，以及瓷瓶間的漏泄電流等都會出現一定的有功損耗。

2.4 引起用戶電費支出增加

根據國家相關規定，只要裝有無功補償設備，而且有可能向電網倒送無功電量的用戶，在計量電能消耗時，對于無功功率的正向或反向流動，按倒送的無功電量以及實用的無功電量兩者的絕對值之和進行計量，即一律被記錄為無功消耗。目前，新型智能電能表計量用戶無功功率的方式是計量感性無功電量與容性無功電量之和。

對于基本電費，其只與主變壓器的安裝容量相關，因此，控制基本電費的關鍵在于合理配置變壓器的安裝容量。這要求最大程度的提高系統的功率因數，降低通過變壓器的無功電流，使變壓器在安裝容量方面得到最有效使用。當電容器補償配置過量時，由2.2中分析可知會引起系統功率因數降低，導致變壓器容量無法充分有效使用，造成基本電費支出增加。例如：A企業的總負載功率為1000kW，負荷率則為80%，采取合適的電容補償措施可將系統功率因數控制在0.9以上，此時對1000kVA變壓器選擇，就能使負載容量要求所滿足。當出現電容過補償時，將造成系統功率因數降低，若此時負荷平均功率因數為0.7，則需選用1250kVA變壓器才能使負載容量要求滿足。對比兩種情況下的變壓器配置方法，當出現電容過補償情況時，每年基本電費費用支出增加：18×（1250-1000）×12=54000元。

對于力調電費，是由企業系統功率因數決定。當由于電容器過補償引起功系統率因數下降時，按照《功率因數調整電費辦法》規定，若功率因數低于規定標準時，電價就要按規定進行相應比例提高，導致用戶電費支出增加。仍采用A企業案例，若該企業月度電量電費為10萬元，若補償過量，功率因數為0.7，對照功率因數調整辦法，月度電費調整百分數為+10%，則每年需支出力調電費為（18×1250+100000）×10%=12250元。若合理采用電容補償，則可免除該力調電費支出。對于電量電費，根據2.2及2.3中相關分析，電容器過補償時會引起線路損耗及電容器有功損耗的增加，該部分有功損耗會給企業帶來有功電量計費的經濟損失。

3 防范措施

在實際生產應用中，為防止配電網電容器過補償，避免因功率因數下降引起的負面影響，應采取以下針對性防范措施。a.在規劃設計方面，應合理設計補償電容器組容量，可將系統功率因數控制在正常偏低水平，為電容器無功補償留出預量空間。同時，增加自然功率因數高的設備使用比例，減少系統內感性無功功率消耗。b.在運行方面，裝設功率因數表監測系統功率因數變化情況，配置電容器自動投切裝置監測系統中負荷變化情況。在負荷發生變化時，實現采取最佳方式自動投入或切除無功補償裝置的效果，保障功率因數運行在經濟范圍。c.在人員管理方面，加強對調度及運行人員在電壓調節及無功補償領域的專業培訓，提升其無功管理綜合素質及處理實際問題的能力，使其更加合理的投切電容器。建立科學嚴格的無功管理考核制度，提升無功管理水平，努力提高功率因數。

4 結論

電容器過補償帶來的危害充分印證了維持功率因數合理穩定及電氣設備能夠經濟運行的重要性。對電力企業來說，維持合理的功率因數，可以充分利用發電機工作效率，保持供電電壓穩定，降低線路損耗，從而提供良好的供電服務。對用電客戶來說，維持合理的功率因數，可以使電費支出降低，使企業生產成本減少。所以，運用各種措施避免電容器過補償，維持功率因數合理穩定，具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]常仕亮，黃孝超.電容器過補償的危害及防范措施[J].計量與測試技術，2010，37（5）：17-18.

[2] 沈文琪.電力電容器的損耗、損耗角正切和等值電路[J].電力電容器，2003（1）：28-29.

（作者單位：正泰電氣股份有限公司）