高壓無功補償裝置選型設計

① 高壓無功補償電容組成及運行模式

高壓無功補償電容組成及運行模式：
高壓無功補償電容組成，一部分為主電路，包括電磁禍合系統、晶閘管投切開關、補償電容器(9路共補電容器和3路分補電容器);另一部分為控制系統，即控制器。該裝置的基本工作原理如下:首先將10 kV等級的電壓、電流信號通過電壓、電流互感器轉化成100 V/5 A等級的電壓、電流，再將100 V /5A等級的電壓、電流送至控制器進行采樣處理，控制器計算出有功功率、無功功率和功率因數等參數，然後根據設定目標值產生投切控制信號，驅動晶閘管投切電容器，在低壓側產生的容性無功功率通過電磁禍合系統禍合到高壓電網側，從而達到高壓無功補償的目的。
與現有10 kV晶閘管動態無功補償系統相比，該裝置的特點是可靠性高.由於高壓側無需採用多個晶閘管的串聯，因此避免了由於晶閘管串聯均壓失敗而導致的事故，使高壓無功補償系統的可靠性達到了低壓無功補償系統的水平。
所設計的高壓動態無功補償裝置控制器選用TMS320系列DSP控制晶元TMS320LF2407A為核心控制器。該晶元專門為實時信號處理而設計，集高速運算處理能力和豐富的片內外設於一身，特別適用於高性能數字控制系統，能夠滿足動態無功補償控制的實時檢測和處理的要求，使控制器具有高精度、高可靠性、功能結構模塊化和低成本等優點。
控制器首先將高壓交流信號轉化為DSP晶元能夠識別的低電壓交流信號;然後將轉換得到的低電壓交流信號送至采樣計算控制電路，採用軟硬體相結合的方法實時同步采樣電壓和電流，並使用快速傅里葉演算法和均方根演算法計算得到基波電壓有效值、基波電流有效值等電量參數，最後分析計算得到應無功補償容性無功功率大小，進而對電容組電容進行投切，實現電網無功功率的動態無功補償。

② 無功補償及補償裝置的選擇

第一講：基礎知識
一、為什麼要進行無功補償？
交流電力系統需要電源供給兩部分能量，一部分用於作功而被消耗掉，這部分能量將轉換成機械能、光能、熱能和化學能，我們稱之為「有功功率」。另一部分能量是用來建立磁場，用於交換能量使用的，對於外部電路它並沒有作功，有電能轉換為磁能，再有磁能轉換為電能，周而復始，並沒有消耗，這部分能量我們稱之為「無功功率」。無功是相對於有功而言的，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立感應磁場，電動機、變壓器等設備就不能運轉。在電力系統中，除了負荷無功功率外，變壓器和線路上的電抗上也需要大量的無功功率。
在電網中安裝並聯電容器、同步調相機等容性設備以後，可以供給感性電抗消耗的部分無功功率小電網電源向感性負荷提供無功功率。也即減少無功功率在電網中的流動，因此可以降低輸電線路因輸送無功功率造成的電能損耗，改善電網的運行條件。這種做法稱為「無功補償」。
無功功率的定義
國際電工委員會給出的無功功率的定義為：電壓與無功電流的成積。
QC=U×IC
其物理意義為：電路中電感元件與電容元件活動所需的功率交換稱為無功功率。
（插入講解電感元件及電容元件）
電磁（電感）元件建立磁場佔用的電能,電容元件建立電場所佔的電能.電流在電感元件中作功時,電壓超前於電流90℃.而電流在電容元件中作功時,電流超前電壓90℃.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180℃.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,從而提高電能作功的能力,這就是無功補償的原理。
（電容元件、電感元件均為動態元件，電容元件的電流是電壓與時間的導數關系，
，電感元件的電壓是電流與時間的導數關系， ）
矢量圖：

我們將每一瞬間電感上的電壓與電感電流IL相乘得到電感的功率曲線PL(圖a)，同樣的，將電容上的電壓與電容電流IC相乘得到電容的功率曲線PC(圖b)。

如圖(a)所示，功率在第二個和第四個1/4周期內電感在吸收功率，並把所吸收的能量轉化為磁場能量；而在第一和第三個1/4周期內電感就放出功率，儲存在磁場中的能量將全部放出。這時電感好象一個電源，把能量送回電網。磁場能量和外部能量的轉化反復進行，電感的平均功率為零，所以電感是不消耗功率的。
如圖(b)所示，在電容中，在第一個1/4周期內，電容在吸收功率進行充電，把能量儲存在電場中。在第二個1/4周期內電容則放出功率，原來儲存在電場中的能量將全部送回給外部電路。第三和第四個1/4周期內各重復一次。
電容的充電和放電過程，實際上就是外部電路的能量和電容的電場能量之間的交換過程。在一個周期內，其平均功率為零，所以電容也是不消耗功率的。
我們注意到：在第一個1/4周期中，當電壓通過零點逐漸上升時，電容開始充電吸收功率，電感則將儲存的能量放回電路。而當第二個1/4周期，電感吸收功率時，電容放出功率。第三和第四個1/4周期又重復這樣的充放電循環過程。
因此，電容和電感並聯接在同一電路時，當電感吸收能量時，正好電容釋放能量；電感放出能量時，電容正好吸收能量。能量就在它們中間互相交換。即電感性負荷所需的無功功率，可以由電容器的無功輸出得到補償，因此我們把具有電容性的裝置稱為「無功補償裝置」。
二、功率因數
1、功率因數的定義：功率因數等於網路的電壓比電流超前的相位差的餘弦。
2、提高功率因數的意義：
（1）改善設備的利用率
因為功率因數還可以表示成如下形式：
COSφ= ＝
其中U―――線電壓，kV
I―――線電流，A
可見，在一定的電壓和電流下，提高COSφ，其輸出的有功功率越大。發電機、變壓器等電力設備在設計時均有一定的電壓有效值U和電流有效值I，即設備需在一定的額定電壓及額定電流下運行。根據P= UIcosφ，若功率因數較低，則發電機發出的有功功率或變壓器通過的有功功率P較低，即設備容量得不到充分應用。
（2） 提高功率因數可以減少電壓損失
電力網電壓損失的公式可以求出：
△U＝△UR+j△UX
=
從以上公式可以看出，影響△U的因素有四個：線路的有功功率P、無功功率Q、電阻R和電抗X。如果採用容抗為XC的電容來補償，則電壓損失為：
△ U=
功率因數低，Q就大，△U就增大,受電端的電壓就要降低。在電壓低於允許值時，將嚴重影響電動機及其它用電設備的正常運行。特別是在用電高峰時，因為功率因數低，將出現大面積地區電壓降低，嚴重影響工農業生產的正常進行。

故採用補償電容提高功率因數後，電壓損失△U減少，改善了電壓質量。
（3） 提高功率因數可以減少線路損失
據有關資料，目前全國有近20GA的高耗能變壓器在運行，一些城網高耗能配變變壓器占配變變壓器總數的50％。許多城網無功功率不足，調節手段落後，造成電壓偏低，損耗增大。1995年全國線損率高達7.8％。通過多方面的努力，1997年全國線損率才達到8.2％。與一些發達國家相比，我國線損率約高出2～3個百分點。據統計，電力網中65％以上的電能損耗在10kV以下的配電網中損耗的，因此配電網中的減少線路損失非常重要。
當線路通過電流I時，其有功損耗為：
△P=3I2R×10－3（kW)
或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)
有以上公式可見，線路有功損失△P與cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。
（4） 提高電力網的傳輸能力
視在功率與有功功率成下述關系：
P=Scosφ
可見，在傳送一定功率P的條件下，cosφ越高，所需視在功率越小。
綜上所述，提高功率因數是必須的。但是功率因數的提高是整個網路的事，必須提高電網各個組成部分的功率因數，才能充分利用發電、變電設備的容量，減少網損，降低線路的電壓損耗，以達到節約電能和提高功率因數的目的。
（插入講解功率因數的目標及力率收費）
1、對功率因數的要求
除電網有特殊要求的用戶外，用戶在當地供電企業規定的電網高峰時負荷的功率因數應達到下列規定：
100KVA及以上高壓供電用戶的功率因數為0.9以上。
其它電力用戶和大、中型電力排灌站、泵購轉售電企業，功率因數為0.85以上。
農業用電，功率因數為0.80以上。
2、功率因數調整電費
我國執行得電價結構為兩價結構，但實際上是包括基本電費、電量電費和按功率因數調整電費三部分。發、供電部門，除了供給用戶得有功負荷之外，還要供給用戶以無功負荷。鑒於電力生產得特點，用戶功率因數得高低，對電力系統發、供、用電設備得充分利用，有著顯者得影響。為了合理地使國家地能量資源，充分發揮發、供電設備地生產能力，我國專門制定了《力率調整電費辦法》，按照功率因數調整電費。《力率調整電費辦法》適用於實行兩部電價制大工業用戶地生產用電。按功率因數調整電費地收取辦法是：
（1） 按照規定地電價計算出當月地基本電費和電量電費。
（2） 再按照功率因數調整電費表所訂地百分數增減計算。如下表1和2所示。
（3） 計算用戶功率因數採用加數平均值，即以用戶在一個月內所消耗的有功電量W和無功電量Q進行計算，即：
cosφ＝
如果用戶的平均功率因數在功率因數調整電費表所列數字之間，以四捨五入計算，如0.855為0.86，0.754為0.75。
表1 減免功率因數電費表
月平均功率
因數 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00
全部電費地減少（ ％） 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.2 2.5 2.7 3.0
表2 增收功率因數電費表
平均功率因數 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72
增收（ ％） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
平均功率因數 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.60
增收（ ％） 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15
備注 自0.59以下，每降低0.01，增收全部電費地2％
3、舉例說明改善cosφ能給用戶帶來經濟效益。
【例1】 某10kV煤礦企業電力用戶原來功率因數為cosφ1＝0.75，視在功率為3150kVA,年用電時間T＝3000h，收費按兩部電價，試確定：
（1） 該用戶得年支付電費。
（2） 欲使功率因數提高到0.95，需裝設得補償容量。
（3） 按許繼目前的電容器補償裝置，分情況做出方案，並計算出投資費用（投資按每年10％回收）。求安裝補償裝置後，企業所獲得的年效益。
解：
(1) 補償前用戶年支付電費：
1） 基本電費。按最大負荷收取，每kVA負荷收取值為180元/年，故：
FJ1=180×3150=567000(元)
2） 電量電費。每kW.h為0.209元，故
FD1=0.209×2362.5×3000=1481287.5 (元)
3） 用戶的總支付電費為：
FZ2=567000+1481287.5=2048287(元)
4)當功率因數為0.75時，增收功率因數電費為全部電費的5％，則增收的電費為：
FZZ=2048287×0.05=102414 (元)
5)用戶實際繳納電費為:
FZ1總= FZ2+FZZ=2150701(元)
(2) 補償容量計算：
已知cosφ1＝0.75，cosφ2＝0.95,S=3150kVA,則
P1＝Scosφ1＝3150×0.75=2362.5（kW)
Q=P( - )
=2362.5( - )
=1307(kvar)
需補償1307kvar，考慮各方面因素，總補償容量按1500kvar考慮。
（3）按許繼目前的產品做出配置方案並計算補償後年支出費用：
方案：一次性投投切方案。此方案用於整體系統負荷變化不大的情況。
主要配置元件為：(此方案僅考慮系統存在5次7次諧波情況，用6％串聯電抗器抑制系統諧波)
TBB10-1500kvar配置如下：
序號 名稱 型號 數量 單位 備注
1 隔離接地開關 GN24-12D1/630 1 只
2 鐵心串聯電抗器 CKSC-90/10-6 1 台
3 高壓並聯電容器 BFM11/ -250-1W
6 台
4 熔斷器 BRW-12/60P 6
5 氧化鋅避雷器 HY5WR-17/45 3 只
6 放電線圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W
3 只
7 帶電顯示器 DXN-12T 1 只
8 放電指示燈 AD11-22/21 3 只
9 電磁鎖 DSN3 3 只
10 鋁母線、絕緣子等附件 1 套
11 電容器櫃體骨架 1 套
按此種方案預計投入資金約為：10萬元。
1） 補償後的視在功率和基本電費為：
SB = =2487(kVA)
FJ2=180×2487=447660 (元)
2) 電量電費。每kW.h為0.209元，故
FD2=0.209×2362.5×3000=1481287.5(元)
3）支付資產折舊費用：
Ff=100000×0.1=10000(元)
4） 用戶的總支付電費為：
FZ2=447660+1481287.5＋10000=1938947(元)
5）當功率因數為0.95時，減免功率因數電費為全部電費的2.5％，則減免的電費為：
FZZ=1938947×0.025=48473 (元)
6)用戶實際繳納電費為:
FZ2總= FZ2－FZZ=1890474(元)
7）補償後的經濟效益分析：
△F＝FZ1總－FZ2總＝2150701－1890474＝260227（元）
結論：有以上分析得在裝設無功補償裝置後，一年少交電費約為26萬元，節省的費用完全可以上購買以上方案中的補償設備，並且大有結余。
【例2】 配電網無功補償算例。
（1） 無功補償的原理。在電網中，線路或變壓器的可變功率損耗為：
P=3I2R×10－3= R×10－3
當負荷功率因數由1降至cosφ時，有功損耗將增加的百分數為：
δP%＝( -1) ×100%
因此，提高負荷的功率因數與降低線損的關系為:
δP%＝（1－ ）×100%
下圖表示一個主變容量為15000kVA的35kV變電所，單迴路供電的電力網，單回35kV供電線路至35 kV變電所，期間T接一個電力排灌站，根據有關負荷數據如下：

Ⅰ段視在功率Sjf1=9.2MVA.
Ⅱ段視在功率Sjf2=11.7MVA.
在未裝補償前，該變電所主變功率因數為0.75，此種情況：
Ⅰ段線路的全年損失電量為：
△A1＝ ×R1×24×365=570×103（kW.h)
Ⅱ段線路的全年損失電量為：
△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（kW.h)
整條線路的全年損失電量為：
△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（kW.h)
若在該變電所10kV側加裝3000kvar的補償後電容器，主變的功率因數將由0.75提高0.91，可使線損降低值為：
δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％
即加裝3000kvar的補償後，可使線損下降32％，即減少損失電量為
△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝64.32（萬kW.h)
（2） 經濟效益分析。從前面的計算中可知，每年可減少損失電量64.32萬kW.h，其效益究竟有多大，可參考現行電價估算如下：
1） 全年直接減少損失，增加純利潤
M=64.32×0.50＝32.16（萬元）
2） 力率調整由罰到獎,增加純收入.補償前該線路全年總電量
A1=1.17×106×8760×0.75×10-3＝7686.9（萬kW.h)
由於功率因數為0.75,低於0.85,故應罰力率調整款
0.5%×8760×0.35=13.5(萬元)
補償後
A2=1.17×106×8760×0.91×10-3＝9326.7（萬kW.h)
由於功率因數為0.91,大於規定的0.85,故獎勵21.3萬元.
實際增加純收入A= A1＋A2=34.8(萬元)
合計增收:M+A=66.96(萬元)
綜上所述:投資20多萬元,一年就能獲得66.96萬元的收入.不僅4個月就能收回投資,而且取得長久的明顯的經濟效果.所以說,無功補償,功在電網,利在自己.
三、無功補償方式
無功補償原則
全面規劃、合理布局、
分級補償、就地平衡
無功補償方法
集中補償與分散補償相結合
高壓補償與低壓補償相結合
調壓與降損相結合
配電網中常用的無功補償方式為：
1、分組補償
在系統的部分變、配電所中，在各個用戶中安裝無功補償裝置；
2、分散補償
在高低壓配電線路中分散安裝並聯電容機組；
3、就地補償
在配電變壓器低壓側和車間配電屏間安裝並聯電容器以及在單台電動機附近安裝並聯電容器，進行集中或分散的就地補償。
四、補償容量的選擇
（1）按公司計算：Qc=P ）
其中：Qc－所需安裝的並聯電容器容量kvar；
P－最大負荷月的平均有功功率kW;
cosψ1－補償前功率因數；
cosψ2－補償前功率因數；
（2）在不具備計算條件時，電容器的安裝容量按變壓器容量的10％～30％確定。
（3）單台感應電動機的就地補償；
在進行無功補償時，有時採取對單台感應電動機進行個別補償，這時不能用上面介紹的方法選擇電容器，也不能簡單以負荷作為計算的依據，因為如果按照電動機在負荷情況下選擇電容器，則在空載時就會出現過補償，即功率因數超前，而且當電動機停機切斷電源時，電容器就會對電動機放電，使仍在旋轉著的電動機變為感應發電機，感應電勢可能超出電動機額定電壓的好多倍，對電動機和電容器的絕緣都不利。因此單台電機個別補償時電容器的容量應按照不超過空載電流的0.9倍進行選擇，即：
QC1≤0.9 UeI0
其中：Qc－所需安裝的並聯電容器容量kvar；
Ue－電動機額定電壓kV;
Io－電動機空載電流A ;
（4）安裝容量與輸出容量的關系
為保證補償電容器安全、穩定、可靠運行，我們必須在補償電容器前加串調諧電抗器，而補償電容器在串接電抗器後，輸出容量和安裝容量的關系應依下式計算：

五、功率因數cosφ與效率η得區別：
電動機和變壓器得效率η是指其輸出有功功率與輸入的有功功率的比值。用效率的概念來說明電動機或變壓器的有功損耗。
功率因數cosφ是用來說明在電網和設備之間往復振盪的電場或磁場能量有多少，功率因數越高說明在電網和設備之間往復振盪的能量越少。
第二講：設計基礎
目錄
第一節：元件的設計選型
第二節：電氣接線
第三節：成套設備的保護
第四節：電容器組投切方式的選擇

第一節：元件的設計選型
1 電容器
電容器做為無功補償的重要元器件，應用於1kV以上的工頻電力系統中，用來提高系統的功率因數，改善電壓質量，降低線路損耗，充分發揮發電、供電設備的效率。產品以鋁箔為極板，烷基苯浸膜紙（WF）、二芳基乙烷浸膜紙（FF）復合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜為介質，採用卷繞式元件經串、並聯後壓制製成，電容器箱體內充滿浸漬濟。一般有單相、三相、集合式等多種分類。
單相電容器：
BAM11/ —200—1WR
內置放電電阻
戶外
單相
額定容量
額定電壓
苄基甲苯浸漬的聚丙烯薄膜全膜介質
並聯
集合式電容器：
BAMH11/ —1200—1×3W
三相
集合式,採用內熔絲保護
（BFM表示二芳基乙烷浸漬的聚丙烯薄膜全膜介質）
了解集合式電容器及全膜電容器：
集合式電容器是將單台殼式電容器經串並聯後裝入大油箱內並充以絕緣油製成。1996年已佔到高壓並聯電容器年產量的20%。其優點是結構緊湊佔地面積小，接頭少，安裝和運行維護工作量很小。為克服容量不能調整的缺點，後來又開發了可調容量的集合式電容器，按照容量調整范圍劃分有50%/100%和33.3%/66.7%/100%兩類產品。由於單元殼式電容器完全浸入絕緣油中，防止了單元殼式電容器的外絕緣發生故障。單元殼式電容器內部配有內熔絲，少量元件損壞後由熔絲切除，整台電容器仍可繼續運行。缺點是含油量大，外殼大油箱易存在滲漏油，故障損壞後需返廠修理所用時間較長，單位容量造價較高。關於集合式電容器有兩個問題需要注意：
(1)為避免大容量集合式電容器發生相間短路故障時造成嚴重後果，容量超過5000kvar的集合式電容器必須做成三相分體結構，即一相一台。
(2)集合式電容器的引出套管外絕緣爬電比距必須≥3.5cm/kV(相對於系統最高運行電壓)，以保證其絕緣強度。
箱式電容器是在集合式電容器基礎上發展起來的一種電容器，與集合式電容器的不同之處是內部單元電容器沒有外殼，直接浸入絕緣油中，外殼大油箱採用波紋油箱或帶金屬膨脹器，與外部大氣完全隔離。同集合式電容器相比，外殼體積和內部含油量進一步減少，以西安電力電容器廠3000kvar產品為例，箱式電容器比集合式電容器外殼體積減少59.1%，重量減少60.6%。由於材料用量減少，價格比集合式電容器要低。缺點是內部元件發生故障由內熔絲切除後，會對大油箱內的絕緣油造成污染。
全膜電容器具有損耗低、發熱量小、溫升低、體積小、重量輕的優點。國產全膜電容器自1986年開始生產以來，經過不斷改進完善，質量已趨於穩定，在可靠性方面已經好於部分進口產品。自1995年以來產量逐年大幅度增長，已有多家產品通過了兩部鑒定。同國外先進產品相比，差距主要表現在比特性上，材料消耗是國外先進產品的兩倍。既便如此，同膜紙復合介質產品相比體積、重量均大幅度下降。以桂林電容器廠100kvar產品為例：全膜產品比膜紙復合介質產品體積下降31.2%，重量下降44.4%。集合式產品以錦州電容器廠3000kvar產品為例：全膜產品比膜紙復合介質產品體積下降55%，重量下降47.9%。箱式電容器採用全膜產品後可取消散熱器。最近，電容器製造業制訂了關於加速發展國產高壓全膜電容器的若干措施，必將進一步提高國產高壓全膜電容器的質量。因此，新增電容器應全部採用全膜產品，浸漬劑優先選用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。

③ 220kV變電站主變選擇以及無功補償

不會的，放心吧，我們也做過這個，沒問題

④ 目前國內無功補償設備的內型，及工作原理和實際意義 主要針對煤礦

目前國內煤礦行業無功補償設備現狀

針對煤炭行業的電力負荷特點，國內外對動態無功補償技術都進行研究，主要類型分為如下幾種：

1、分組投切電容器方式。真空接觸器(或斷路器)投切方式，投切時開關觸頭間會產生電弧，因電容迴路的通斷過程中會產生較高的操作過電壓和沖擊電流。所以往往在迴路中串聯電抗器來抑制投切涌流，並能治理相應諧波。原理簡單，成本低是其特點。

2、靜止型動態無功補償裝置(SVC)。該裝置為晶閘管控制電抗器+濾波裝置(TCR+FC)方式或者晶閘管投切電容器（TSC）。其功能具有平滑調節無功補償容量、系統響應速度快，並能綜合治理諧波，普遍應用在煤礦系統、冶金行業、電力系統和電氣化鐵路等。

3、磁閥式補償方式。裝置由補償電容器和並聯可調電抗器組成，通過高阻抗電抗器磁通的調節，使其與並聯電容器中多餘的容性無功容量平衡。這是自飽和電抗器補償方式的一種變型產品，因其損耗大，運行成本高，調節速度慢，補償范圍有一定的限制，屬於淘汰技術。

這些補償方式都存在一些不足之處，結合煤礦配電形式，研發適合於煤礦應用的無功補償設備是當務之急，也是響應國家政策。

目前煤礦配電網普遍採用的無功補償方式有三種:分別為集中補償、分散補償和就地補償。

1、集中補償

集中補償是將電容器裝設在用戶專用變電所或配電室的低壓母線上，對無功進行統一補償。這種補償方式比較適合在負荷集中、離變電所較近，無功補償容量較大的場合。

徐州新集煤礦就採用了集中補償方式，此礦分析了分組投切電容器組，調壓調無功容量補償，動態無功補償(SVC)。三種方案的經濟性，確定了採用分組投切電容器組代替原有固定投切電容器，保證了該礦的供電質量和功率因數。

集中補償的優點是:可以就地補償變壓器的無功功率損耗。由於減少了變壓器的無功電流，相應地減少了變壓器的容量，也就是說，可以增加變壓器所帶的有功負荷;可以補償變電所母線、變壓器和受電線路的功率損耗，節約能源;當負荷變化時，能對母線電壓起一定的調節作用，從而改善電壓質量;便於管理、維護、操作及集中控制。

缺點是:它只能減少裝設點以上線路和變壓器因輸送無功功率所造成的損耗，而不能減少用戶內部通過低壓線路向用電設備輸送無功功率所造成的損耗。

2、分散補償

分散補償是將電容器組按低壓配電網的無功負荷分布分組裝設在相應的母線上，或者直接與低壓干線相聯接，形成低壓電網內部的多組分散補償方式，適合負荷比較分散的補償場合。

雞西礦業集團就採用了分散補償方式，具體做法是應用礦用隔爆型無功功率自動補償裝置安裝在某礦綜采工作面移動變電站低壓側。

分散補償的優點:對負荷比較分散的電力用戶，有利於對無功進行分區控制，實現無功負荷就地平衡，減少配電網路和配電變壓器中無功電流的損耗和電壓損失，使線損顯著降低;在負載不變的條件下，可增加網路的輸出容量;補償方式靈活，易於控制。

分散補償的缺點是:如果裝設的電容器無法分組，則補償容量無法調整，運行中可能出現過補償或欠補償;補償設備的利用率較集中補償方式低;安裝分散，維護管理比較不方便。

3、就地補償

這種方法是就地補償用電設備(主要是電動機)所消耗的無功功率，將電容器組直接裝設在用電設備旁邊，與用電設備的供電迴路並聯，以提高用電系統的功率因數，從而獲得明顯的降損效益。

就地補償的優點是:無功電流僅僅與附近的用電設備相互交換，不流向網路其它點，在網路中無功電流的無功損耗和電壓損耗小，既對系統補償，也對用戶內部無功損耗補償，大大減少了電能損失，被補償網路運行最經濟;在配電設備不變的情況下，可增加網路的供電容量，導線截面可相應減小;適應性好，既可三相補償，對容量較大的電動機個別補償，也可進行兩相、單相補償，並且單台補償裝置的容量較小，電容器投切沖擊電流小，對於賓館、大樓等無功補償特別適合。

就地補償的缺點是:對於電網內公用負荷，與集中補償和分散補償相比，補償相同容量的無功負荷所需的補償電容器總容量和補償裝置總數量增加，由此引起投資較大，補償裝置利用率較低。同時由於井下現場環境惡劣，維護、保養跟不上，極易造成設備損壞。[26]

由於以上缺點的存在，國內很多煤礦按照經濟運行原則，對礦井的電容器無.功補償採用集中補償與分散補償相結合的方式。在礦井地面變電站主變母線上設置電容器，補償全礦的無功功率。電容器分組設置，需要時設自動跟蹤補償裝置，以調節全礦功率因數;在井下中央變電所或採掘工作面移變二次側裝設電容器，作為分散補償;對於容量大，長期穩定運行且不需反轉或反接制動的電動機，採用就地個別補償。

焦作煤業有限公司採用了集中與就地結合補償的補償方式，採取的具體方法是，將離礦井地面變電所近且用電量小的負荷，如地面生活用電，壓氣機房的負載採用集中補償。對於負荷相對集中的場地，如機修車、風井等採用分散補償。對於距離遠，且負荷較大的電動機(如採煤機、水泵等)採用個別補償。

通過對國內煤礦常用補償方式的分析，可以看到雖然都採取各種補償方式盡量降低網損，但很多煤礦配電網路的無功補償依舊存在很多問題，具體體現如下:

1、補償方式單一

通過對充州礦區各大煤礦補償方式的研究，方式單一，大都只採取一種補償方式。有些煤礦採用高壓集中補償，發現煤礦無功補償方在6kV側裝設高壓這種方式只能對6kV母線進行補償，對煤礦內部的補償幾乎沒有效果。

2、補償位置選擇不理想

由於煤礦大型電力電子裝置很多，如提升機功率680kw，很多煤礦直接對其就地補償，但這種對大容量量晶閘管電源供電的重型負荷的補償，會致使電網波形畸變，諧波分量增大，功率因素降低。更由於此類負載經常是快速變化，諧波次數增高，危急供電質量，同時對通訊設備影響也很大，所以此類負載採用就地補償是不安全，不恰當的。

3、補償容量不足

一般煤礦遠離供電變電所，供電電壓波動很大，正常設計的電容器在電壓升高超出自動裝置的設定范圍時，就會退出運行失去補償作用。

通過以上分析，可以發現現在的煤礦配電網無功補償容量計算和補償地點的選擇都存在著諸多問題，必須採用無功優化的方式，對全礦配電網進行潮流計算，才能有效地確定補償容量和補償方式。

二、煤礦行業無功補償設備發展趨勢——靜止無功發生器

靜止無功發生器的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷晶閘管適當的通斷，將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器並聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處於容性、感性或零負荷狀態。與靜止無功補償器相比，靜止無功發生器響應速度更快，諧波電流更少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。

隨著電力電子技術的日新月異以及各門學科的交叉影響，靜止無功補償的發展趨勢主要有以下幾點：

1、在城網改造中，運行單位往往需要在配電變壓器的低壓側同時加裝無功補償控制器和配電綜合測試儀，因此提出了無功補償控制器和配電綜合測試儀的一體化的問題。

2、快速准確地檢測系統的無功參數，提高動態響應時間，快速投切電容器，以滿足工作條件較惡劣的情況（如大的沖擊負荷或負荷波動較頻繁的場合）。隨著計算機數字控制技術和智能控制理論的發展，可以在無功補償中引入一些先進的控制方法，如模糊控制等。

3、目前無功補償技術還主要用於低壓系統。高壓系統由於受到晶閘管耐壓水平的限制，是通過變壓器接入的，如用於電氣化鐵道牽引變電所等。研製高壓動態無功補償的裝置則具有重要意義，關鍵問題是要解決補償裝置晶閘管和二極體的耐壓，即多個晶閘管元件串聯及均壓、觸發控制的同步性等。

4、由單一的無功功率補償到具有濾波以及抑制諧波的功能。隨著電力電子技術的發展和電力電子產品的推廣應用，供電系統或負荷中含有大量諧波。研製開發兼有無功補償與電力濾波器雙重優點的晶閘管開關濾波器，將成為改善系統功率因數、抑制諧波、穩定系統電壓、改善電能質量的有效手段。

⑤ 無功補償控制器怎麼選擇

無功補償控制器的選型

1.對於電網負荷波動不大,且三相負荷基本平衡,僅以提高功率因數為目標的情況,為了降低設備成本,可選用功能單一,操作簡便的簡易型無功補償控制器.其控制物理量可不做嚴格要求,可採用無功功率,無功電流或功率因數作為控制物理量,也可採用復合型控制物理量.投切方式可採用較簡單的循環投切模式.這樣即能達到較好的無功補償效果,又能降低設備的生產製造成本,同時設備操作簡單,便於維護。

2.對於電網負荷波動頻繁,最大負荷與最小負荷間的差距較大,但三相負荷基本平衡的情況,宜選用性能較好的控制器.例如選用無功電流或無功功率作為控制物理量,且投入門限和切除門限應能夠分別設定,以防止出現投切震盪,同時還應具有過壓和欠流等保護功能.投切方式最好採用可進行程序控制的"編碼+循環"投切方式,以確保控制器能夠快速准確地對無功功率的變化進行動態跟蹤補償。

3.當電網負荷波動頻繁,最大負荷與最小負荷差距較大,同時三相負荷嚴重不平衡時,對控制器的選擇就提出了更高的要求,應具有"分相+平衡"復合投切功能。

4.為了配合電網自動化的實施,在提高功率因數的同時,還要求能夠實時監測電網的各項運行參數,在這種情況下,則需要選擇具有綜合測試功能的無功補償控制器(配電綜合,構成抗諧波無功補償控制裝置,以便在諧波較嚴重的工況下仍能可靠運行,達到滿意的補償效果。

無功補償裝置

(5)高壓無功補償裝置選型設計擴展閱讀

一、無功補償控制器的分類

無功補償控制器按工作電壓分為高壓無功補償控制器和低壓無功補償控制器。

1.高壓控制器:一般適用於 等工頻輸配電系統中或 6~10kV城網,農網線路上；
A.電容無功自動補償控制器(即QC,僅調容)
B.電壓無功自動補償控制器(即VQC)
C.調壓型無功自動補償控制器(針對調壓型補償裝置開發的)
D.高壓線路補償控制器(適用城網,農網線路上)。

2.低壓控制器:適用於660V及以下配電線路中；
A.三相共補控制器:適用三相負荷基本平衡的場合。
B.三相共補+單相分補綜合控制器:適用三相負荷不平衡的場合。

二、無功補償控制器的保護功能

電容器的過載無非是由於電壓過高或者是諧波過大而引起，因此在控制器中設計過電壓保護功能是必要的。在能力允許的情況下，應該在控制器中設計電壓諧波檢測功能，因為導致電容器諧波過載的根本原因是電壓畸變，檢測電壓諧波就可以實現對電容器的諧波過載保護。有了過電壓保護和諧波過載保護則熱繼電器就可以取消。既節省了體積與成本又減少了故障點。

⑥ 10kv變電站無功功率補償應該裝設在哪一個電壓等級

一般而言，10kv變電站無功功率補償裝設於低壓側，即6kV或400V電壓等級。
變壓器無功補償分為高補和低補兩種。高補為在配電變壓器高壓側裝設補償設備，低補為在低壓側裝設補償設備集中補償為主。
根據《國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則》第六章《10kV及以下電壓等級的無功補償》第二十五條：配電網的無功補償以配電變壓器低壓側集中補償為主，以高壓補償為輔。配電變壓器的無功補償裝置容量可按變壓器最大負載率為75%，負荷自然功率因數為0.85考慮，補償到變壓器最大負荷時其高壓側功率因數不低於0.95，或按照變壓器容量的20%～40%進行配置。故除特殊情況外，無功補償裝置安裝在變壓器低壓側。