淺談采用并聯電容器裝置進行無功功率補償的實際輸出容量

李 喆

(中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

電網輸出的功率包括兩部分:(1)直接消耗電能，把電能轉變為機械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；(2)消耗電能，但只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，且在電網中與電能進行周期性轉換，這部分功率稱為無功功率。 “無功”并不是“無用”的電功率，但功率不轉化為機械能、熱能、化學能或聲能，因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。 但無功功率對供、用電也產生一定的不良影響，需要在電力供電系統中設置無功功率補償。

無功功率補償，是一種在電力供電系統中起提高電網的功率因數、降低供電變壓器及輸送線路的損耗、提高供電效率、改善供電環境的技術。 合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度地減少電網的損耗，使電網質量提高。 反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統電壓波動、諧波增大等諸多不良影響。

無功補償裝置包括串聯補償裝置、同步調相機、并聯電抗補償裝置、并聯電容補償裝置和靜補裝置。 在110kV 及以下用戶中，人工補償主要是裝設并聯電容補償裝置，本文以此為無功功率補償裝置，計算實際輸出的容量。

1 電容器的基本計算公式

式中，XC為電容器的容抗，Ω；XL為電抗器的感抗，Ω；ω 為角頻率；C為電容，F；UC為電容器端電壓，V；K為電抗率；Q為電容器容量，var。

2 串聯電抗器引起的電容器端子電壓升高

并聯電容器的容量應能滿足就地平衡的要求，其分組容量也應滿足系統無功功率和電壓調控要求，當分組電容器按各種容量組合運行時，應避開諧振容量，不得發生諧波的嚴重放大和諧振。 故并聯電容器中應串聯適當電抗率的電抗器，以限制合閘涌流，抑制諧波電流，防止電容器過負荷。

式中，UC為串聯電抗器的電容器端電壓，kV；Un為電容器接入點的系統母線電壓，kV；S為電容器組每相的串聯段數，電壓10kV 及以下時為1；K為串聯電抗器的電抗率。

3 串聯電抗器的并聯電容器裝置實際輸出容量

3.1 不考慮電抗器的并聯電容器裝置實際輸出容量

式中，QC單臺為單臺電容器容量，kvar；QC每相為每相電容器容量，kvar；Qe為電容器額定容量，kvar；UC為串聯電抗器的電容器端電壓，kV；Un為電容器接入點的系統母線電壓，kV；Ue為單臺電容器端電壓，kV；S為電容器組每相的串聯段數，電壓10kV 及以下時為1；M為電容器組每相的并聯段數，電壓10kV 及以下時為1；XC單臺為單臺電容器的容抗，Ω；K為串聯電抗器的電抗率。

3.2 電抗器的實際輸出容量

式中，QL單臺為電抗器的實際輸出容量，kvar；QL每相為每相電抗器的實際輸出容量，kvar；Qe為電容器額定容量，kvar；Un為電容器接入點的系統母線電壓，kV；Ue為單臺電容器端電壓，kV；S為電容器組每相的串聯段數，電壓10kV 及以下時為1；M為電容器組每相的并聯段數，電壓10kV 及以下時為1；K為串聯電抗器的電抗率。

3.3 考慮電抗器的并聯電容器裝置實際輸出容量

式中，Q(C-L)單臺為考慮電抗器的單臺電容器容量，kvar；Q(C-L)每相為考慮電抗器的每相電容器容量，kvar；Qe為電容器額定容量，kvar；UC為串聯電抗器的電容器端電壓，kV；Un為電容器接入點的系統母線電壓，kV；Ue為單臺電容器端電壓，kV；S為電容器組每相的串聯段數；電壓10kV 及以下時為1；M為電容器組每相的并聯段數；電壓10kV 及以下時為1；K為串聯電抗器的電抗率。

3.4 電壓10 kV 及以下時簡化公式

電壓10 kV 及以下時簡化公式如表1 所示。

并聯電容器實際輸出容量的簡化公式 表1

4 無功功率補償提高功率因數

無功功率的補償可以提高功率因數，減少線路及變壓器的損耗和電壓損失；也可以增加發配電設備的供電能力，節約設備投資。 根據《電力系統電壓和無功電力技術導則》的規定，高壓供電的工業用戶和高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶，功率因數應大于0.9。 在《國家電網公司電力系統電壓質量和無功電力管理規定》中，對功率因數數值進一步要求為:在35～220kV 變電站中，在主變壓器最大負荷時一次側功率因數不應低于0.95，在低谷負荷時功率因數不應高于0.95。

5 結束語

通過以上公式，為設計人員正確合理選擇補償電容器有著重要意義。 不多補償，為業主減少投資和變配電室面積；不少補償，為電網減少損耗，使電網質量提高。

并聯電容器無功電源的規劃，應在電力系統有功規劃的基礎上同時進行。 原則上應使無功就地分區分層基本平衡，按地區補償無功負荷，就地補償降壓變壓器的無功損耗，并應能隨負荷變化進行調整，避免經長距離線路或多級變壓器傳送無功功率，以減少由于無功功率的傳送而引起的電網有功損耗。