无功补偿装置设计要求

⑴ 无功补偿装置的概况

目前用于无功补偿和谐波治理的装置如：无源电力滤波器，该设备兼有无功补偿和调压功能，一般要根据谐波源的参数和安装点的电气特性以及用户要求专门设计；静止无功补偿装置（SVC）装置是一种综合治理电压波动和闪变、谐波以及电压不平衡的重要设备。有源电力滤波器（APF），APF是一种新型的动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和幅值都发生变化的谐波和无功电流进行补偿，主要应用于低压配电系统。
其中无功补偿技术的发展经历了从同步调相机→开关投切固定电容→静止无功补偿器（SVC）→直到今天引人注目的静止无功发生器SVG（STATCOM）的几个不同阶段。
根据结构原理的不同，SVC技术又分为：自饱和电抗器型（SSR）、晶闸管相控电抗器型（TCR）、晶闸管投切电容器型（TSC）、高阻抗变压器型（TCT）和励磁控制的电抗器型（AR）。
随着电力电子技术，特别是大功率可关断器件技术的发展和日益完善，国内外还在研制、开发一种更为先进的静止无功补偿装置静止无功功率发生装置（SVG），虽然它们尚处在开发及试运行阶段，目前尚未形成商品化，但SVG凭借着其优越的性能特点，在电力系统中的应用将越来越广泛。
各种无功设备各自特点如下：
1）同步调相机：响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧，属淘汰技术；
2）开关投切固定电容：慢响应补偿方式，连续可控能力差；
3）静止无功补偿器（SVC）：目前相对先进实用技术，在输配电电力系统中得到了广泛应用；
4）静止无功发生器SVG（STATCOM）：目前虽然有技术上局限性，属少数示范工程阶段，但SVG是一种更为先进的新型静止型无功补偿装置，是灵活柔性交流输电系统（FACTS）技术和定制电力（CP）技术的重要组成部分，现代无功功率补偿装置的发展方向。

⑵ 无功补偿

无功补偿的定义首先要懂
S——视在功率，kVA
P——有功功率，kW
Q——无功功率，kvar
φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。
由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。
为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。
无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。

⑶ 变压器无功补偿怎么设计

你的问题比较大，三言两语说不详细，简要建议如下：根据变压器负荷性质，估算出最大的无功功率多少千乏，再选择每个三相电力电容器容量(例如选16kvar)，计算出应配个数。每个电容器配一个接触器和一个小空气开关。总控制是一个功率因数自动补偿器，由变压器低压总线的电流互感器检测功率因数状况。电容柜进线配总断路器。

⑷ 什么是无功补偿装置

无功补偿装置是改善电能质量措施涉及面很广，主要包括无功补偿、抑制谐波、降低电压波动和闪变以及解决三相不平衡等方面。
目前用于无功补偿和谐波治理的装置如：无源电力滤波器，该设备兼有无功补偿和调压功能，一般要根据谐波源的参数和安装点的电气特性以及用户要求专门设计；静止无功补偿装置（SVC）装置是一种综合治理电压波动和闪变、谐波以及电压不平衡的重要设备。有源电力滤波器（APF），APF是一种新型的动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和幅值都发生变化的谐波和无功电流进行补偿，主要应用于低压配电系统。
其中无功补偿技术的发展经历了从同步调相机→开关投切固定电容→静止无功补偿器（SVC）→直到今天引人注目的静止无功发生器SVG（STATCOM）的几个不同阶段。
根据结构原理的不同，SVC技术又分为：自饱和电抗器型（SSR）、晶闸管相控电抗器型（TCR）、晶闸管投切电容器型（TSC）、高阻抗变压器型（TCT）和励磁控制的电抗器型（AR）。
随着电力电子技术，特别是大功率可关断器件技术的发展和日益完善，国内外还在研制、开发一种更为先进的静止无功补偿装置静止无功功率发生装置（SVG），虽然它们尚处在开发及试运行阶段，目前尚未形成商品化，但SVG凭借着其优越的性能特点，在电力系统中的应用将越来越广泛。
各种无功设备各自特点如下：
1）同步调相机：响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧，属淘汰技术；
2）开关投切固定电容：慢响应补偿方式，连续可控能力差；
3）静止无功补偿器（SVC）：目前相对先进实用技术，在输配电电力系统中得到了广泛应用；
4）静止无功发生器SVG（STATCOM）：目前虽然有技术上局限性，属少数示范工程阶段，但SVG是一种更为先进的新型静止型无功补偿装置，是灵活柔性交流输电系统（FACTS）技术和定制电力（CP）技术的重要组成部分，现代无功功率补偿装置的发展方向。

⑸ 无功补偿控制器怎么选择

无功补偿控制器的选型

1.对于电网负荷波动不大,且三相负荷基本平衡,仅以提高功率因数为目标的情况,为了降低设备成本,可选用功能单一,操作简便的简易型无功补偿控制器.其控制物理量可不做严格要求,可采用无功功率,无功电流或功率因数作为控制物理量,也可采用复合型控制物理量.投切方式可采用较简单的循环投切模式.这样即能达到较好的无功补偿效果,又能降低设备的生产制造成本,同时设备操作简单,便于维护。

2.对于电网负荷波动频繁,最大负荷与最小负荷间的差距较大,但三相负荷基本平衡的情况,宜选用性能较好的控制器.例如选用无功电流或无功功率作为控制物理量,且投入门限和切除门限应能够分别设定,以防止出现投切震荡,同时还应具有过压和欠流等保护功能.投切方式最好采用可进行程序控制的"编码+循环"投切方式,以确保控制器能够快速准确地对无功功率的变化进行动态跟踪补偿。

3.当电网负荷波动频繁,最大负荷与最小负荷差距较大,同时三相负荷严重不平衡时,对控制器的选择就提出了更高的要求,应具有"分相+平衡"复合投切功能。

4.为了配合电网自动化的实施,在提高功率因数的同时,还要求能够实时监测电网的各项运行参数,在这种情况下,则需要选择具有综合测试功能的无功补偿控制器(配电综合,构成抗谐波无功补偿控制装置,以便在谐波较严重的工况下仍能可靠运行,达到满意的补偿效果。

无功补偿装置

(5)无功补偿装置设计要求扩展阅读

一、无功补偿控制器的分类

无功补偿控制器按工作电压分为高压无功补偿控制器和低压无功补偿控制器。

1.高压控制器:一般适用于 等工频输配电系统中或 6~10kV城网,农网线路上；
A.电容无功自动补偿控制器(即QC,仅调容)
B.电压无功自动补偿控制器(即VQC)
C.调压型无功自动补偿控制器(针对调压型补偿装置开发的)
D.高压线路补偿控制器(适用城网,农网线路上)。

2.低压控制器:适用于660V及以下配电线路中；
A.三相共补控制器:适用三相负荷基本平衡的场合。
B.三相共补+单相分补综合控制器:适用三相负荷不平衡的场合。

二、无功补偿控制器的保护功能

电容器的过载无非是由于电压过高或者是谐波过大而引起，因此在控制器中设计过电压保护功能是必要的。在能力允许的情况下，应该在控制器中设计电压谐波检测功能，因为导致电容器谐波过载的根本原因是电压畸变，检测电压谐波就可以实现对电容器的谐波过载保护。有了过电压保护和谐波过载保护则热继电器就可以取消。既节省了体积与成本又减少了故障点。

⑹ 无功补偿及补偿装置的选择

第一讲：基础知识
一、为什么要进行无功补偿？
交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械能、光能、热能和化学能，我们称之为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，有电能转换为磁能，再有磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称之为“无功功率”。无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上的电抗上也需要大量的无功功率。
在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。这种做法称为“无功补偿”。
无功功率的定义
国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电流的成积。
QC=U×IC
其物理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率。
（插入讲解电感元件及电容元件）
电磁（电感）元件建立磁场占用的电能,电容元件建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电压超前于电流90℃.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的原理。
（电容元件、电感元件均为动态元件，电容元件的电流是电压与时间的导数关系，
，电感元件的电压是电流与时间的导数关系， ）
矢量图：

我们将每一瞬间电感上的电压与电感电流IL相乘得到电感的功率曲线PL(图a)，同样的，将电容上的电压与电容电流IC相乘得到电容的功率曲线PC(图b)。

如图(a)所示，功率在第二个和第四个1/4周期内电感在吸收功率，并把所吸收的能量转化为磁场能量；而在第一和第三个1/4周期内电感就放出功率，储存在磁场中的能量将全部放出。这时电感好象一个电源，把能量送回电网。磁场能量和外部能量的转化反复进行，电感的平均功率为零，所以电感是不消耗功率的。
如图(b)所示，在电容中，在第一个1/4周期内，电容在吸收功率进行充电，把能量储存在电场中。在第二个1/4周期内电容则放出功率，原来储存在电场中的能量将全部送回给外部电路。第三和第四个1/4周期内各重复一次。
电容的充电和放电过程，实际上就是外部电路的能量和电容的电场能量之间的交换过程。在一个周期内，其平均功率为零，所以电容也是不消耗功率的。
我们注意到：在第一个1/4周期中，当电压通过零点逐渐上升时，电容开始充电吸收功率，电感则将储存的能量放回电路。而当第二个1/4周期，电感吸收功率时，电容放出功率。第三和第四个1/4周期又重复这样的充放电循环过程。
因此，电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。
二、功率因数
1、功率因数的定义：功率因数等于网络的电压比电流超前的相位差的余弦。
2、提高功率因数的意义：
（1）改善设备的利用率
因为功率因数还可以表示成如下形式：
COSφ= ＝
其中U―――线电压，kV
I―――线电流，A
可见，在一定的电压和电流下，提高COSφ，其输出的有功功率越大。发电机、变压器等电力设备在设计时均有一定的电压有效值U和电流有效值I，即设备需在一定的额定电压及额定电流下运行。根据P= UIcosφ，若功率因数较低，则发电机发出的有功功率或变压器通过的有功功率P较低，即设备容量得不到充分应用。
（2） 提高功率因数可以减少电压损失
电力网电压损失的公式可以求出：
△U＝△UR+j△UX
=
从以上公式可以看出，影响△U的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为XC的电容来补偿，则电压损失为：
△ U=
功率因数低，Q就大，△U就增大,受电端的电压就要降低。在电压低于允许值时，将严重影响电动机及其它用电设备的正常运行。特别是在用电高峰时，因为功率因数低，将出现大面积地区电压降低，严重影响工农业生产的正常进行。

故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△U减少，改善了电压质量。
（3） 提高功率因数可以减少线路损失
据有关资料，目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行，一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50％。许多城网无功功率不足，调节手段落后，造成电压偏低，损耗增大。1995年全国线损率高达7.8％。通过多方面的努力，1997年全国线损率才达到8.2％。与一些发达国家相比，我国线损率约高出2～3个百分点。据统计，电力网中65％以上的电能损耗在10kV以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非常重要。
当线路通过电流I时，其有功损耗为：
△P=3I2R×10－3（kW)
或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)
有以上公式可见，线路有功损失△P与cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。
（4） 提高电力网的传输能力
视在功率与有功功率成下述关系：
P=Scosφ
可见，在传送一定功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率越小。
综上所述，提高功率因数是必须的。但是功率因数的提高是整个网络的事，必须提高电网各个组成部分的功率因数，才能充分利用发电、变电设备的容量，减少网损，降低线路的电压损耗，以达到节约电能和提高功率因数的目的。
（插入讲解功率因数的目标及力率收费）
1、对功率因数的要求
除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰时负荷的功率因数应达到下列规定：
100KVA及以上高压供电用户的功率因数为0.9以上。
其它电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为0.85以上。
农业用电，功率因数为0.80以上。
2、功率因数调整电费
我国执行得电价结构为两价结构，但实际上是包括基本电费、电量电费和按功率因数调整电费三部分。发、供电部门，除了供给用户得有功负荷之外，还要供给用户以无功负荷。鉴于电力生产得特点，用户功率因数得高低，对电力系统发、供、用电设备得充分利用，有着显者得影响。为了合理地使国家地能量资源，充分发挥发、供电设备地生产能力，我国专门制定了《力率调整电费办法》，按照功率因数调整电费。《力率调整电费办法》适用于实行两部电价制大工业用户地生产用电。按功率因数调整电费地收取办法是：
（1） 按照规定地电价计算出当月地基本电费和电量电费。
（2） 再按照功率因数调整电费表所订地百分数增减计算。如下表1和2所示。
（3） 计算用户功率因数采用加数平均值，即以用户在一个月内所消耗的有功电量W和无功电量Q进行计算，即：
cosφ＝
如果用户的平均功率因数在功率因数调整电费表所列数字之间，以四舍五入计算，如0.855为0.86，0.754为0.75。
表1 减免功率因数电费表
月平均功率
因数 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
全部电费地减少（ ％） 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.2 2.5 2.7 3.0
表2 增收功率因数电费表
平均功率因数 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
平均功率因数 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
备注 自0.59以下，每降低0.01，增收全部电费地2％
3、举例说明改善cosφ能给用户带来经济效益。
【例1】 某10kV煤矿企业电力用户原来功率因数为cosφ1＝0.75，视在功率为3150kVA,年用电时间T＝3000h，收费按两部电价，试确定：
（1） 该用户得年支付电费。
（2） 欲使功率因数提高到0.95，需装设得补偿容量。
（3） 按许继目前的电容器补偿装置，分情况做出方案，并计算出投资费用（投资按每年10％回收）。求安装补偿装置后，企业所获得的年效益。
解：
(1) 补偿前用户年支付电费：
1） 基本电费。按最大负荷收取，每kVA负荷收取值为180元/年，故：
FJ1=180×3150=567000(元)
2） 电量电费。每kW.h为0.209元，故
FD1=0.209×2362.5×3000=1481287.5 (元)
3） 用户的总支付电费为：
FZ2=567000+1481287.5=2048287(元)
4)当功率因数为0.75时，增收功率因数电费为全部电费的5％，则增收的电费为：
FZZ=2048287×0.05=102414 (元)
5)用户实际缴纳电费为:
FZ1总= FZ2+FZZ=2150701(元)
(2) 补偿容量计算：
已知cosφ1＝0.75，cosφ2＝0.95,S=3150kVA,则
P1＝Scosφ1＝3150×0.75=2362.5（kW)
Q=P( - )
=2362.5( - )
=1307(kvar)
需补偿1307kvar，考虑各方面因素，总补偿容量按1500kvar考虑。
（3）按许继目前的产品做出配置方案并计算补偿后年支出费用：
方案：一次性投投切方案。此方案用于整体系统负荷变化不大的情况。
主要配置元件为：(此方案仅考虑系统存在5次7次谐波情况，用6％串联电抗器抑制系统谐波)
TBB10-1500kvar配置如下：
序号 名称 型号 数量 单位 备注
1 隔离接地开关 GN24-12D1/630 1 只
2 铁心串联电抗器 CKSC-90/10-6 1 台
3 高压并联电容器 BFM11/ -250-1W
6 台
4 熔断器 BRW-12/60P 6
5 氧化锌避雷器 HY5WR-17/45 3 只
6 放电线圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W
3 只
7 带电显示器 DXN-12T 1 只
8 放电指示灯 AD11-22/21 3 只
9 电磁锁 DSN3 3 只
10 铝母线、绝缘子等附件 1 套
11 电容器柜体骨架 1 套
按此种方案预计投入资金约为：10万元。
1） 补偿后的视在功率和基本电费为：
SB = =2487(kVA)
FJ2=180×2487=447660 (元)
2) 电量电费。每kW.h为0.209元，故
FD2=0.209×2362.5×3000=1481287.5(元)
3）支付资产折旧费用：
Ff=100000×0.1=10000(元)
4） 用户的总支付电费为：
FZ2=447660+1481287.5＋10000=1938947(元)
5）当功率因数为0.95时，减免功率因数电费为全部电费的2.5％，则减免的电费为：
FZZ=1938947×0.025=48473 (元)
6)用户实际缴纳电费为:
FZ2总= FZ2－FZZ=1890474(元)
7）补偿后的经济效益分析：
△F＝FZ1总－FZ2总＝2150701－1890474＝260227（元）
结论：有以上分析得在装设无功补偿装置后，一年少交电费约为26万元，节省的费用完全可以上购买以上方案中的补偿设备，并且大有结余。
【例2】 配电网无功补偿算例。
（1） 无功补偿的原理。在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为：
P=3I2R×10－3= R×10－3
当负荷功率因数由1降至cosφ时，有功损耗将增加的百分数为：
δP%＝( -1) ×100%
因此，提高负荷的功率因数与降低线损的关系为:
δP%＝（1－ ）×100%
下图表示一个主变容量为15000kVA的35kV变电所，单回路供电的电力网，单回35kV供电线路至35 kV变电所，期间T接一个电力排灌站，根据有关负荷数据如下：

Ⅰ段视在功率Sjf1=9.2MVA.
Ⅱ段视在功率Sjf2=11.7MVA.
在未装补偿前，该变电所主变功率因数为0.75，此种情况：
Ⅰ段线路的全年损失电量为：
△A1＝ ×R1×24×365=570×103（kW.h)
Ⅱ段线路的全年损失电量为：
△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（kW.h)
整条线路的全年损失电量为：
△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（kW.h)
若在该变电所10kV侧加装3000kvar的补偿后电容器，主变的功率因数将由0.75提高0.91，可使线损降低值为：
δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％
即加装3000kvar的补偿后，可使线损下降32％，即减少损失电量为
△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝64.32（万kW.h)
（2） 经济效益分析。从前面的计算中可知，每年可减少损失电量64.32万kW.h，其效益究竟有多大，可参考现行电价估算如下：
1） 全年直接减少损失，增加纯利润
M=64.32×0.50＝32.16（万元）
2） 力率调整由罚到奖,增加纯收入.补偿前该线路全年总电量
A1=1.17×106×8760×0.75×10-3＝7686.9（万kW.h)
由于功率因数为0.75,低于0.85,故应罚力率调整款
0.5%×8760×0.35=13.5(万元)
补偿后
A2=1.17×106×8760×0.91×10-3＝9326.7（万kW.h)
由于功率因数为0.91,大于规定的0.85,故奖励21.3万元.
实际增加纯收入A= A1＋A2=34.8(万元)
合计增收:M+A=66.96(万元)
综上所述:投资20多万元,一年就能获得66.96万元的收入.不仅4个月就能收回投资,而且取得长久的明显的经济效果.所以说,无功补偿,功在电网,利在自己.
三、无功补偿方式
无功补偿原则
全面规划、合理布局、
分级补偿、就地平衡
无功补偿方法
集中补偿与分散补偿相结合
高压补偿与低压补偿相结合
调压与降损相结合
配电网中常用的无功补偿方式为：
1、分组补偿
在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；
2、分散补偿
在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；
3、就地补偿
在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。
四、补偿容量的选择
（1）按公司计算：Qc=P ）
其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar；
P－最大负荷月的平均有功功率kW;
cosψ1－补偿前功率因数；
cosψ2－补偿前功率因数；
（2）在不具备计算条件时，电容器的安装容量按变压器容量的10％～30％确定。
（3）单台感应电动机的就地补偿；
在进行无功补偿时，有时采取对单台感应电动机进行个别补偿，这时不能用上面介绍的方法选择电容器，也不能简单以负荷作为计算的依据，因为如果按照电动机在负荷情况下选择电容器，则在空载时就会出现过补偿，即功率因数超前，而且当电动机停机切断电源时，电容器就会对电动机放电，使仍在旋转着的电动机变为感应发电机，感应电势可能超出电动机额定电压的好多倍，对电动机和电容器的绝缘都不利。因此单台电机个别补偿时电容器的容量应按照不超过空载电流的0.9倍进行选择，即：
QC1≤0.9 UeI0
其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar；
Ue－电动机额定电压kV;
Io－电动机空载电流A ;
（4）安装容量与输出容量的关系
为保证补偿电容器安全、稳定、可靠运行，我们必须在补偿电容器前加串调谐电抗器，而补偿电容器在串接电抗器后，输出容量和安装容量的关系应依下式计算：

五、功率因数cosφ与效率η得区别：
电动机和变压器得效率η是指其输出有功功率与输入的有功功率的比值。用效率的概念来说明电动机或变压器的有功损耗。
功率因数cosφ是用来说明在电网和设备之间往复振荡的电场或磁场能量有多少，功率因数越高说明在电网和设备之间往复振荡的能量越少。
第二讲：设计基础
目录
第一节：元件的设计选型
第二节：电气接线
第三节：成套设备的保护
第四节：电容器组投切方式的选择

第一节：元件的设计选型
1 电容器
电容器做为无功补偿的重要元器件，应用于1kV以上的工频电力系统中，用来提高系统的功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率。产品以铝箔为极板，烷基苯浸膜纸（WF）、二芳基乙烷浸膜纸（FF）复合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜为介质，采用卷绕式元件经串、并联后压制制成，电容器箱体内充满浸渍济。一般有单相、三相、集合式等多种分类。
单相电容器：
BAM11/ —200—1WR
内置放电电阻
户外
单相
额定容量
额定电压
苄基甲苯浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质
并联
集合式电容器：
BAMH11/ —1200—1×3W
三相
集合式,采用内熔丝保护
（BFM表示二芳基乙烷浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质）
了解集合式电容器及全膜电容器：
集合式电容器是将单台壳式电容器经串并联后装入大油箱内并充以绝缘油制成。1996年已占到高压并联电容器年产量的20%。其优点是结构紧凑占地面积小，接头少，安装和运行维护工作量很小。为克服容量不能调整的缺点，后来又开发了可调容量的集合式电容器，按照容量调整范围划分有50%/100%和33.3%/66.7%/100%两类产品。由于单元壳式电容器完全浸入绝缘油中，防止了单元壳式电容器的外绝缘发生故障。单元壳式电容器内部配有内熔丝，少量元件损坏后由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。缺点是含油量大，外壳大油箱易存在渗漏油，故障损坏后需返厂修理所用时间较长，单位容量造价较高。关于集合式电容器有两个问题需要注意：
(1)为避免大容量集合式电容器发生相间短路故障时造成严重后果，容量超过5000kvar的集合式电容器必须做成三相分体结构，即一相一台。
(2)集合式电容器的引出套管外绝缘爬电比距必须≥3.5cm/kV(相对于系统最高运行电压)，以保证其绝缘强度。
箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之处是内部单元电容器没有外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用波纹油箱或带金属膨胀器，与外部大气完全隔离。同集合式电容器相比，外壳体积和内部含油量进一步减少，以西安电力电容器厂3000kvar产品为例，箱式电容器比集合式电容器外壳体积减少59.1%，重量减少60.6%。由于材料用量减少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故障由内熔丝切除后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。
全膜电容器具有损耗低、发热量小、温升低、体积小、重量轻的优点。国产全膜电容器自1986年开始生产以来，经过不断改进完善，质量已趋于稳定，在可靠性方面已经好于部分进口产品。自1995年以来产量逐年大幅度增长，已有多家产品通过了两部鉴定。同国外先进产品相比，差距主要表现在比特性上，材料消耗是国外先进产品的两倍。既便如此，同膜纸复合介质产品相比体积、重量均大幅度下降。以桂林电容器厂100kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降31.2%，重量下降44.4%。集合式产品以锦州电容器厂3000kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降55%，重量下降47.9%。箱式电容器采用全膜产品后可取消散热器。最近，电容器制造业制订了关于加速发展国产高压全膜电容器的若干措施，必将进一步提高国产高压全膜电容器的质量。因此，新增电容器应全部采用全膜产品，浸渍剂优先选用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。

⑺ 无功功率补偿的装置

除发电机和输电线外的无功电源主要有：①并联电容器组是一种静态的无功补偿装置。用它进行的补偿称为并联电容补偿。②同步调相机；③静止无功补偿器。后两者属于动态的无功补偿装置。3种无功补偿装置的性能比较见表。
另外，在远方水电站和坑口火电厂等的出线母线上，长距离输电线的两侧线路上，以及长距离输电线的开关站等地方接有并联电抗器，也是一种无功补偿装置。用其进行的补偿称为并联电抗补偿。远方电站出口母线上的并联电抗器主要是吸收发电机所发的无功功率，以使发电机能运行在合理的功率因数下而又避免无功的长距离输送。长距输电级上配置的并联电抗器，主要是吸收线路空载和轻载时的充电功率，使沿线电压分布合理并降低工频稳态和暂态过电压。
智能电容器集成智能控制模块、快速投切开关和电容器保护，设计结构精巧，可以灵活配置以满足用户对无功补偿的需求。智能电容器构成的无功补偿系统与常规电容器产品构成的无功补偿系统比较见下表1。 常规电容器构成无功补偿系统 智能电容器构成无功补偿系统 无功补偿装置 常规电容器、熔断器、复合开关或机械式接触器、热继电器、智能控制器 智能电容器（1台独立使用或多台联机使用） 控制方式 自动控制或手动控制 自动控制或手动控制，实现过零投切（自动控制无需配置控制器） 参数测量 测量电压、电流、无功功率、功率因数 测量电压、电流、无功功率、功率因数、各台电容器三相电流、电容器体内温度 状态监视 电容器投切状态、过欠补状态、过欠压状态 电容器投切状态、过欠补状态、过欠压状态、保护动作类型、自诊断故障类型 保护类型 电流速切、过流保护、过压保护、欠压保护 电流速切、过流保护、过压保护、欠压保护、电容器过温保护、断相保护、三相不平衡保护 人机对话 数码管与按键 显示界面与按键、信息内容丰富 安装使用 元件总类多，数量多，结构复杂 产品结构简洁，安装接线简单方便 系统组成及扩展 产品整体性设计、一次性投资。产品成形后的补偿容量调整困难。 产品为模块化设计，补偿容量扩展方便，可实现分期投资。 外形及重量 体积庞大、重量非常大 结构精巧、重量轻。
可以直接安装在配电柜内。

⑻ 做无功补偿有条件限制的吗例如：什么样的厂才有必要做，或者是对机械设备有要求

都做无功补偿，只要你有感性负载

⑼ 35Kv变电站无功补偿原则

一、无功补偿的必要性及补偿基本原则

电力系统中功率由有功功率和无功功率两部分组成， 发电机是唯一能够提供有功功率的电气设备，故有功功率只能由发电厂中的发电机经过电网提供给用电设备，但能够提供无功功率的电气设备较多，除了发电厂中的发电机外，还有固定电容器、同步调相机、静止无功补偿装置SVG等，这些设备可以灵活的应用在各级变电站、配电室中，即无功功率可以分层分区的就地补偿，但若配电室中不装设无功补偿装置，则用电设备所需要的无功功率只能全部由电网提供，此情况下会存在以下问题：1、增加上一级变电站的无功补偿容量，2、输电线路传送大量无功功率，增加线路损耗及电压损失； 3、本变电站电气设备额定电流增大，增加设备投资；4、新建变电站需要增大变压器容量以满足无功传送需求，已建成变电站变压器容量得不到充分利用，增加变压器过载的概率；5、功率因数达不到国家电网公司要求（35~220kV变电站在主变最大负荷时一次侧功率因数不应低于0.95），用户被罚款。

基于以上分析可见无功补偿的重要性，无功补偿装置应在各级电网中分层分区就地补偿，以减少无功电流在电网中的传输，提高输电线路的带负荷能力和变压器等设备的利用率。

二、并联补偿装置的类型、功能及优缺点分析

中低压电网大多采用并联补偿装置进行无功功率的补偿，并联补偿装置主要分为两大类，并联电容补偿装置和静补装置。

并联电容补偿装置

电容器由于其具有单位投资少，电能损耗小，维护简单，搬迁方便等优点，且随着近年来我国电容器制造水平的不断提高，电容器的可靠性达到了较高的标准，故在电力系统中电容器作为无功补偿设备得到了广泛的应用，并联电容补偿装置分为断路器投切的并联电容器装置和可控硅投切的并联电容器装置，装置的功能为向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网损耗和提高电网电压，

优点：利用真空断路器或者接触器分组自动投切并联电容器，操作简单，维护方便。

缺点：涌流大，降低开关的使用寿命，不能随着负载的变化而实现快速而精准的调节，在保证母线功率因数的同时容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统的稳定性。

2、静补装置

静止无功补偿器是一种静止型的动态无功补偿设备，其静止是相对调相机等旋转设备而言的，分为SVC和SVG两大类，SVC是在机械投切电容器和电抗器设备的基础上，采用大量的晶闸管（可控硅）替代机械式开关设备而发展起来的，是灵活交流输电技术的第一代产品，这种容量依据无功负荷和电压的变化，快速做出反应，迅速而连续地改变无功功率的大小和方向（容性和感性），其响应时间一般不大于20ms,从而能有效抑制冲击负荷（主要是无功负荷）引起的电压波动，有利于系统电压稳定水平，SVC主要由三种组合方式

1）饱和电抗器（SR）+固定电容器（FC），

此组合方式为较早形式的动态无功补偿装置，SR+FC型SVC无功补偿装置主要由一台饱和电抗器和一组电容器组成，由于饱和电抗器本身损耗和噪音很大，且不能分相调节补偿负荷的不平衡，故现较少使用。

2) 晶闸管控制电抗器（TCR）+晶闸管控制电容器（TSC）

基本工作原理为调节器首先根据电力系统的电压和电流计算出系统需要的补偿值，根据TSC的分组情况确定电容器需要投入的组数，一般为过补偿，然后通过TCR发出感性无功抵消过补偿的容性无功，以达到补偿效果。TSC分组数目通常根据补偿目标、总容量和选用的晶闸管阀参数确定，每组电容器支路均由独立的晶闸管阀控制，在此系统中TCR支路一般仅有一个，此系统具有无功输出能在容性和感性范围内调节，在零无功输出时损耗可以忽略不计，在电力系统大扰动期间或者扰动过后，因其电容器和电抗器可分别切除或投入，可使瞬变过电压限制到最低。

3）晶闸管控制电抗器（TCR）+机械断路器控制电容器（MSC）

此类型装置主要包括晶闸管相控电抗器和固定电容器两部分，通过改变晶闸管的触发延迟角，电抗器中的电流发生变化相当于改变电抗器的感抗，固定电容器的主要作用是提供基波容性功率，同时串联一定比例的电抗器兼做滤波用，此种组合方式具有响应速度快的优点，缺点是TCR本身会产生谐波，TCR与FC一起使用时，设备处于零无功输出的情况下，FC的容性无功电流和TCR的感性无功电流大小相等，这是产生的损耗较大，若设备长期处于此种工况，产生的经济损失较大。

静止无功发生器（SVG）

SVG是近年来出线的一种新型动态无功补偿装置，是灵活交流输电技术的第二代产品。装置采用大功率全控型电力电子器件(IGBT)组成的三相逆变器，核心部件是自换相电压源型变流器。它的直流储能元件一般采用直流电容器，交流侧通过电抗器或耦合变压器以并联方式接入系统，实际上这是一个接入电力系统的对电压幅值和相角可控的无功功率电源，SVG可以根据负载特点和工况，自动调节其输出的无功功率的大小和性质（容性或者感性）。SVG是目前最为先进的无功补偿技术，它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有如下优势：

响应时间更快，SVG响应时间：<5ms。传统动补装置响应时间：≥10ms。

SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。

(2)抑制电压闪变能力更强

(3)运行范围更宽，SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作，所以比其他类型动补的运行范围宽很多。更重要的是，在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。而其他类型动补均靠电容器提供容性无功，其输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越低，所以对电网的补偿能力也相应变弱。这是其他类型动补技术上的本质缺点。

(4)有源滤波功能，不仅自身产生的谐波含量极低，还能够对负载的谐波和无功进行补偿，实现有源滤波的功能，真正做到多功能化。

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(5)占地面积较小，由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积通常只有相同容量其他类型动补的50%，甚至更小。所以，在一些厂矿改造中SVG具有很大的优势。

三、高压并联电容器装置的组成及作用

电容器目前作为电力系统中主要的无功电源提供设备，其装置主要由以下几部分组成。

1、高压并联电容器组，高压并联电容器组是装置实现补偿功能的主体设备，由高压并联电容器单元经合适的并、串联连接而成。根据《并联电容器装置设计规范》GB50227-2008，每个串联段的总容量不应超过3900kVar，补偿装置的总容量原则为35-110kV变电站中，在最大负荷时一次侧功率因数不应低于0.95，在低谷负荷时功率因数不应高于0.95，根据调查35-110kV变电站的无功补偿装置总容量一般为变压器容量的10%-25%，且分组容量需要考虑电容器投切时不能引起母线电压升高超过额定电压的1.1倍。

2、开关设备，开关设备主要实现电容器组正常时的投入与退出及短路时候的开断，现阶段主要以高压断路器为主要开关设备，由于在关合电容器时会产生涌流及过电压，所以断路器的开断能力和绝缘需比普通断路器加强。

3、测量和保护用电流互感器，在此主要指的是高压电流互感器，用于电流的测量和保护。

4、限制涌流设备，主要指串联电抗器，串联电抗器在高压并联电容器组上的应用为了限制电容器合闸过程中的涌流、操作过电压及电网谐波对电容器的影响，大容量电容器一般应区分具体情况，加装串联电抗器。其作用为：①降低电容器组合闸涌流倍数及涌流频率;②减少电网中高次谐波引起的电容器过负荷;③减少电容器组用断路器在两相重燃时的涌流以利灭弧;④抑制一组电容器故障时，其他电容器组对其短路电流的影响;⑤抑制电容器回路中产生的高次谐波及谐波过电压。

5、放电装置，一般为放电线圈，电容器从电源断开时，两极处于储能状态，如果电容器整组从电源断开，储存电荷的能量非常大，必然在电容器两极之间持续保持着一定数值的残余电压，其初始值，即是电源电压的有效值，此时电容器组在带电荷的情况下，一旦再次投入，将产生强烈冲击性的合闸涌流，并伴有大幅值的过电压出现，工作人员一旦不慎触及就有可能遭到电击伤、电灼伤的严重伤害。为此，电容器组必须加装放电装置。

6、过电压装置，主要指氧化锌避雷器，在高压并联电容器组中为了限制电容器切断瞬时产生危险的过电压，首先应考虑选择适合电容器频繁操作并无重燃的断路器作为开关设备。但如前述可知，理想的断路器很难找到。比如适宜于频繁投切的真空断路器，仍存在着电弧重燃问题，一旦电弧重燃，将产生很高的过电压，后果往往是电容器的绝缘强度遭到严重的冲击乃至损坏。因此，在采用真空断路器作为频繁投切电容器组的开关设备时，必须加装氧化锌避雷器作为过电压的保护措施。

7、熔断器，目前，国内外广泛采用电容器单台熔丝，即对每台电容器均装有单独的熔断器，用以防止电容器内部击穿、短路可能引起的油箱爆炸事故，同时也使邻近电容器免受波及。单台电容器发生故障时，熔丝的快速熔断，可避免总开关的无选择性跳闸，保证电容器组运行的可靠性、无功功率输出的连续性和系统运行电压的稳定性。熔丝保护结构简单、安全便捷、故障反应迅速、标志明显、易发现故障准确位置，因此得到广泛应用。

8、检修用接地设备，这里主要指电容器组的电源侧的接地开关，对于中等以上容量的高压电容器装置，均要求装设接地开关，以方便检修。小容量的电容器组可以在检修时挂接地线。

⑽ 无功补偿最新技术

1，调整不平衡电流无功补偿装置
调整不平衡电流无功补偿装置可以在补偿系统无功功率的同时调整不平衡有功电流。
调整不平衡电流无功补偿装置利用wangs定理，即在相间跨接的电容器可以在相间转移有功电流。装置中安装有12台耐压400V的单相电力电容器，每一台电容器既可以接在相线与相线之间也可以接在相线与零线之间，电容器改变接法利用同步编组开关（专利号：ZL200920012159.X）来实现。
调整不平衡电流无功补偿装置可以在将三相功率因数均补偿至0.95以上的同时，将三相间的不平衡电流调整至变压器额定电流的10%以内。不但可以大大降低系统的铜损，而且可以降低变压器的铁损。
调整不平衡电流无功补偿装置非常适用于三相不平衡的农网以及城市居民电网使用。

2，同步开关技术（专利申请号：200910010913.0）
同步开关技术是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关，就是要在开关接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。
WSBC-PTK4型同步开关采用了独具一格的同步开关专利技术，使开关内的磁保持继电器完美地实现“电压过零投入，电流过零切除”的同步操作。与现在常用的复合开关相比较，省略了与磁保持继电器接点并联的晶闸管组件，于是结构简化，成本降低，又避免了晶闸管组件所容易出现的故障，因此可靠性大大提高。

3，适度过补偿技术
变压器自身的无功量虽然不大，但是变压器的数量很大并且通常是连续运行，在夜间负荷较小的情况下，变压器的无功电流就要占到系统电流的较大部分，因此变压器自身的无功功率不容忽视。
通常的补偿装置都是安装在变压器的低压侧，在低压侧进行检测并进行控制将负荷的无功电流补偿掉，却无法补偿变压器自身的无功电流。一般人总认为变压器自身的无功只能在高压侧进行补偿，其实不然，通过在低压侧适量过补偿的办法，同样可以补偿变压器自身的无功电流。因为变压器属于理想元件，所谓理想元件就是能量传送没有方向的元件，同一台变压器，如果将高压侧接电源低压侧接负荷就是一台降压变压器，如果将低压侧接电源高压侧接负荷就是一台升压变压器。根据这个原理，对变压器进行无功补偿在低压侧进行与在高压侧进行没有区别。通过在低压侧适度过补偿的方法，就可以将变压器的无功电流补偿掉。
要实现适度过补偿功能，需要将无功补偿控制器设计成具有过补偿功能，并且过补偿量可以进行设定，还要求控制器具有很高的测量精度。

4, 32位单片机应用技术
现在的无功补偿控制器大都使用8位单片机进行控制，8位机的速度慢，存储容量小，不能实现高精度的测量，只能进行比较简单的控制，即将被淘汰。
使用32位ARM内核的单片机现在正如日中天，获得越来越广泛的应用，其价格已经很便宜，以至于用32位单片机制造的控制器的材料成本可能低于用8位单片机制造的控制器。
32位单片机的功能强大，运行速度快，存储容量大，可以实现高精度的测量与控制。因此，使用32位单片机制造无功补偿控制器是无功补偿技术发展的必由之路。
32位单片机的唯一缺点是开发难度太大，一般的小公司不具备开发能力。

5，谐波测量与保护技术
现在的电网中，电力电子元件的使用越来越多，从而导致系统中的谐波电流含量越来越大。无功补偿装置中的电容器对谐波电流非常敏感，很容易产生谐波放大导致电容器损坏。
大部分无功补偿装置中使用热继电器来保护电容器。
电容器属于电流稳定型元件，其电流只与电压和频率有关，与变压器的负荷电流无关，在电压正常没有谐波的情况下电容器不会过载。 在电压过高的情况下完全可以由控制器来实现保护功能，不需要由热继电器来实现保护功能。
在谐波超标的情况下，电容器会出现过载，虽然热继电器可以将电容器切除，但是如果控制器不能够测量谐波，那么就会继续投入新的电容器，出现新的过载现象。如果热继电器设置在自动复位状态，则过一会被切除的电容器还会重新投入运行，继续过载状态，并且会干扰控制器的运行，因为控制器不知道哪些电容器已经被热继电器切除，哪些电容器电容器即将恢复运行。如果热继电器设置在手动复位状态，则最终所有的电容器将统统被切除，在手动复位之前，即使谐波消失，电容器也无法重新投入运行。因此，在谐波严重的情况下，热继电器的保护效果远不如控制器具有谐波保护功能效果好。
综上所述，无功补偿控制器具有谐波检测以及谐波过载保护功能，不仅可以观察系统中的谐波含量，还可以省略热继电器，即提高性能又节约成本。

6，阶梯补偿技术
由于电容器的容量是固定的，为了能够控制补偿装置的补偿量，需要在一套补偿装置中安装若干台电容器，控制电容器的投入数量，就可以控制总的补偿量。
最常见的设计方案是使用若干台相同容量的电容器，这时，步进台阶就是单台电容器的容量。按标幺值计算，设总补偿量为1，则步进台阶为电容器数量的倒数。例如：在一套补偿装置中安装了10台20Kvar的电容器，则总补偿量为200Kvar，步进台阶为20Kvar。按标幺值计算，步进台阶为1/10。这种设计方案比较简单，也比较容易使电容器循环投切。缺点是步进台阶过大，即使安装了15台电容器，步进台阶仍然为1/15，在被补偿用户负荷较轻时，仍然不能取得良好的补偿效果。
最好的设计方法是使用若干台相同容量的电容器，再使用一台1/2容量的电容器和一台1/4容量的电容器。例如：使用8台20Kvar的电容器、1台10Kvar的电容器和1台5Kvar的电容器。这时共使用10台电容器，总补偿容量175Kvar，步进台阶为5Kvar，标幺值为：5/175=1/35。这种设计方案的步进台阶已经足够小，可以实现足够的补偿精度，满足各种场合的需要。8台相同容量的电容器可以实现循环投切，1/2容量的电容器和1/4容量的电容器的投切虽然可能频繁一些，但是由于容量小，投切频繁一些没有问题。

7，软件的可靠性设计技术
现在的无功补偿控制器大都使用单片机来设计。
提到单片机的可靠性，人们几乎不约而同地会想到看门狗，其实看门狗只能保证单片机死机时可以产生一个复位信号，有了看门狗并不一定能够保证足够的可靠性。
计算机的死机相当于程序跑飞而进入了一个死循环。而如果程序跑飞之后没有进入死循环而又返回到正常程序循环当中，那么就不会出现死机现象，于是看门狗就不会起作用，但是程序跑飞之后究竟干了些什么是不可预计的，因此软件的可靠性设计工作就是要保证在程序跑飞之后尽可能弥补程序跑飞造成的问题。

以上简略介绍了无功补偿领域的一些新技术，想了解详细内容，可以登陆沈阳万思电力技术研究所的网站：http://www.wangspower.com