自动调谐接地补偿装置

⑴ 电力系统自动装置原理

在电力学中，谐振的概念如下：当激励电源的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅将达到峰值。在电子与无线电领域，谐振常用于目标电信号的选取。类似地，在电力系统中，谐振也应用于诸多领域。

本文以消弧线圈的自动调谐装置为例，结合其工作原理，阐述在快速熄弧以及电压恢复等方面，谐振得到了怎样的应用。

一、自动调谐指标

小电流接地系统中通常需要加装消弧线圈，其目的在于确保单相接地故障时，消弧线圈能够补偿流经故障点的电容电流，从而降低故障点出现电弧的可能性。

消弧线圈在加装自动调谐装置后，强化了补偿跟随与补偿精度两方面的功能。自动调谐装置会根据系统电容电流大小，自动调节消弧线圈档位，从而确保档位电流与电容电流相匹配；同时装置会按照预先设定的调谐指标，选取能够达到最优调谐效果的档位。

自动调谐指标如下：

（1）残流

定义：电容电流与电感电流之差:IC-IL

国网公司在《变电运维管理规定~消弧线圈运维细则》中指出，安装自动调谐装置的消弧线圈，正常运行条件下，残流应在10A以内。

规定10A的目的在于，考虑到发生间歇性弧光接地的可能性，尽量减少单相接地故障时，流经故障点的电流数值（补偿后的电流）。

同时，值得注意的是，此处的残流特指过补偿状态下（电感电流大于电容电流）的数值。即，调谐装置既要保证系统处于过补偿状态，也要保证过补偿的程度不能过大。

（2）脱谐度

定义：电容电流与电感电流的差值与电容电流之比:(IC-IL)/IC。

同样地，guo网公司在《bian电运维管理规定~消弧线圈运维细则》中规定，安装自动调谐装置的消弧线圈，正常运行条件下，脱谐度应在5%~20%。

从脱谐度的取值范围可以看出，该指标整定时有两点考虑：

1）脱谐度不宜过小。脱谐度表征系统偏离谐振状态的程度。此处谐振特指消弧线圈与系统对地电容之间的串联谐振，该谐振会带来中性点过电压；因此过小的脱谐度增大系统发生串联谐振的风险。

2）脱谐度不宜过大。与根据残流整定原理类似，在脱谐度过大，补偿程度过深时，瞬时单相接地故障后，电弧熄灭速度与系统电压恢复速度较慢，不利于系统的稳定运行。

⑵ “电网脱谐度”是什么意思

脱谐度是谐振接地电网重要的技术参数，近年来，有关文献提出测量脱谐度的一 种直接方法——通过测量电网谐振频率来计算脱谐度。微机从电网中性点采集电压信号和消弧线圈电流(转换为电压)信号并计算出系统的脱谐度。 当脱谐度偏差超出预定范围时，通过控制电路接口驱动有载开关调整消弧线圈的分接头， 调节一档后，再用同样方法计算系统当前的脱谐度，直至脱谐度在预定范围内。

⑶ 中性点经消弧线圈接地电力系统的补偿方式

中性点经消弧线圈接地电力系统的补偿方式如下：

中性点经消弧线圈接地方式，是在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈，在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围，其特点是线路发生单相接地时，按规程规定电网可带单相接地故障运行2h。

对于中压电网，因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性高于中性点经小电阻接地方式。

中性点经消弧线圈接地电力系统介绍：

1、调匝式自动跟踪补偿消弧线圈。

调匝式消弧线圈是将绕组按不同的匝数抽出分接头，用有载分接开关进行切换，改变接入的匝数，从而改变电感量。调匝式因调节速度慢，只能工作在预调谐方式，为保证较小的残流，必须在谐振点附近运行。

2、调气隙式自动跟踪补偿消弧线圈。

调气隙式电感是将铁心分成上下两部分，下部分铁心同线圈固定在框架上，上部分铁心用电动机，通过调节气隙的大小达到改变电抗值的目的。它能够自动跟踪无级连续可调，安全可靠。

其缺点是振动和噪声比较大，在结构设计中应采取措施控制噪声。这类装置也可以将接地变压器和可调电感共箱，使结构更为紧凑。

3、调容式消弧补偿装置。

通过调节消弧线圈二次侧电容量大小来调节消弧线圈的电感电流，二次绕组连接电容调节柜，当二次电容全部断开时，主绕组感抗最小，电感电流最大。

二次绕组有电容接入后，根据阻抗折算原理，相当于主绕组两端并接了相同功率、阻抗为K倍的电容，使主绕组感抗增大，电感电流减小，因此通过调节二次电容的容量即可控制主绕组的感抗及电感电流的大小。电容器的内部或外部装有限流线圈，以限制合闸涌流。

电容器内部还装有放电电阻。

⑷ 消弧线圈自动调谐及接地选线成套装置是什么类型的设备

在管理上归过电压或变压器专工管,按实际作用归无功补偿似乎更好

⑸ 消弧线圈的原理是什么

消弧线圈电力系统输电线路经消弧线圈接地，为小电流接地系统的一种，当单相出现断路故障时，流经消弧线圈的电感电流与流过的电容电流相加为流过断路接地点的电流，电感电容上电流相位相差90度，相互补偿。当两电流的量值小于发生电弧的最小电流时，电弧就不会发生，也不会出现谐振过电压现象。10-63KV电压等级下的电力线路多属于这种情况。
消弧线圈作用原理及国内外现状
消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。所谓正确调谐，即电感电流接地或等于电容电流，工程上用脱谐度V来描述调谐程度
V=（IC-IL）/IC
当V=0时，称为全补偿，当V>0时为欠补偿,V<0时为过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压。如煤矿6KV电网，当消弧线圈处于全补偿状态时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10~25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。除此之外，电网的各种操作（如大电机的投入，断路器的非同期合闸等）都可能产生危险的过电压，所以电网正常运行时，或发生单相接地故障以外的其它故障时，小脱谐度的消弧线圈给电网带来的不是安全因素而是危害。综上所述，当电网未发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越大越好，最好是退出运行。
3．1补偿系统的分类
早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈，称为固定补偿系统。固定补偿系统的工作方式是：将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的15%，之所以采用过补偿是为了避免电网切除部分线路时发生危险的串联谐振过电压。因为如整定在欠补偿状态，切除线路将造成电容电流减少，可能出现全补偿或接近全补偿的情况。但是这种装置运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸或重合等参数变化时脱谐度无法控制，以致往往运行在不允许的脱谐度下，造成中性点过电压，三相电压对称遭到破坏。可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网，这种系统已逐渐不再使用。取代它的是跟踪电网电容电流自动调谐的装置，这类装置又分为两种，一种称之为随动式补偿系统。随动式补偿系统的工作方式是：自动跟踪电网电容电流的变化，随时调整消弧线圈，使其保持在谐振点上，在消弧线圈中串一电阻，增加电网阻尼率，将谐振过电压限制在允许的范围内。当电网发生单相接地故障后，控制系统将电阻短接掉，达到最佳补偿效果，该系统的消弧线圈不能带高压调整。另一种称之为动态补偿系统。动态补偿系统的工作方式是：在电网正常运行时，调整消弧线圈远离谐振点，彻底避免串联谐振过电压和各种谐振过电压产生的可能性，当电网发生单相接地后，瞬间调整消弧线圈到最佳状态，使接地电弧自动熄灭。这种系统要求消弧线圈能带高电压快速调整，从根本上避免了串联谐振产生的可能性，通过适当的控制，该系统是唯一可能使电网中原有功率方向型单相接地选线装置继续使用的系统。
3．2国内主要产品比较
目前，自动补偿的消弧线圈国内主要有三种产品，分别是调气隙式，调匝式及偏磁式。
调气隙式
调气隙式属于随动式补偿系统。其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的。然而其调整只能在低电压或无电压情况下进行，其电感调整范围上下限之比为2.5倍。控制系统的电网正常运行情况下将消弧线圈调整至全补偿附近，将约100欧电阻串联在消弧线圈上。用来限制串联谐振过电压，使稳态过电压数值在允许范围内（中性点电位升高小于15%的相电压）。当发生单相接地后，必须在0.2S内将电阻短接实现最佳补偿，否则电阻有爆炸的危险。该产品的主要缺点主要有四条：
工作噪音大，可靠性差
动芯式消弧线圈由于其结构有上下运动部件，当高电压实施其上后，振动噪音很大，而且随着使用时间的增长，内部越来越松动，噪音越来越大。串联电阻约3KW，100MΩ。当补偿电流为50A时，需要250KW容量的电阻才能长期工作，所以在接地后，必须迅速切除电阻，否则有爆炸的危险。这就影响到整个装置的可靠性。
调节精度差
由于气隙微小的变化都能造成电感较大的变化，电机通过机械部件调气隙的精度远远不够。用液压调节成本太高
过电压水平高
在电网正常运行时，消弧线圈处于全补偿状态或接近全补偿状态，虽有串联谐振电阻将稳态谐振过电压限制在允许范围内，但是电网中的各种扰动（大电机投切，非同期合闸，非全相合闸等），使得其瞬态过电压危害较为严重。
功率方向型单相接地选线装置不能继续使用
安装该产品后，电网中原有的功率方向型单相接地选线装置不能继续使用
调匝式
该装置属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，这种消弧线圈是用原先的人工调匝消弧线圈改造而成，即采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。其工作方式同调气隙式完全相同，也是采用串联电阻限制谐振过电压。该装置同调气隙式相比，消除了消弧线圈的高噪音，但是却牺牲了补偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调节，补偿效果差，并且同样具有过电压水平高，电网中原有方向型接地选线装置不能使用及串联的电阻存在爆炸的危险等缺点，另外该装置比较零乱，它由四部分设备组成（接地变压器，消弧线圈、电阻箱、控制柜），安装施工比较复杂。
偏磁式
消弧线圈结构的特点
电控无级连续可调消弧线圈，全静态结构，内部无任何运动部件，无触点，调节范围大，可靠性高，调节速度快。这种线圈的基本工作原理是利用施加直流励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而改变消弧线圈电抗值的目的，它可以带高压以毫秒级的速度调节电感值。
控制方式的特点
采用动态补偿方式，从根本上解决了补偿系统串联谐振过电压与最佳补偿之间相互矛盾的问题。众所周知，消弧线圈在高压电网正常运行时无任何好处，如果这时调谐到全补偿或接近全补偿状态，会出现串联谐振过电压使中性点电压升高，电网中各种正常操作及单相接地以外的各种故障的发生都可能产生危险的过电压。所以电网正常运行时，调节消弧线圈使其跟踪电网电容电流的变化有害无利，这也就是电力部门规定“固定式消弧线圈不能工作在全补偿或接近全补偿状态”的原因。国内同类自动补偿装置均是随动系统，都是在电网尚未发生接地故障前即将消弧线圈调节到全补偿状态等待接地故障的发生，这了避免出现过高的串联谐振过电压而在消弧线圈上串联一阻尼电阻，将稳态谐振过电压限制到容许的范围内，并不能解决暂态谐振过电压的问题，另外由于电阻的功率限制，在出现接地故障后必须迅速的切除，这无疑给电网增加了一个不安全因素。偏磁式消弧线圈不是采用限制串联谐振过电压的方法，而是采用避开谐振点的动态补偿方法，根本不让串联谐振出现，即在电网正常运行时，不施加励磁电流，将消弧线圈调谐到远离谐振点的状态，但实时检测电网电容电流的大小，当电网发生单相接地后，瞬时（约20ms）调节消弧线圈实施最佳补偿。

⑹ 谁来帮帮我这个毕业设计啊!!!如何基于 CPLD设计并实现单相晶闸管交流全周波调功器

主要研究内容：
高压静止无功补偿成套装置是应用在电力系统中，可以根据负载变化随时调节补偿无功的自动化装置。根据补偿方法可分为调容式、调感式与静止无功发生器（SVG）方式，其中调容与调感方式属无源方式，SVG属有源方式。目前市场上出现的多为无源方式，其中调容方式正逐步成为主要的补偿方式。其主要原因在于调容方式占地面积小、成本低，且更换电力电子器件后对系统无突变过程。调感方式是采用电抗器与晶闸管作为支路，通过调节晶闸管的导通角度来达到调节无功补偿的目的，而一般场合系统需要补偿容性无功电流，因此调感方式需要匹配足够容量的大电容，通过改变电感电流达到调节电容的目的。此外，调节电感的导通角势必产生电流谐波，需要有滤波装置相配合；通常调感方式多用于补偿超高压系统的对地杂散电容，以避免末端电压升高问题。调容与调感属于应用不同场合两类产品，调容方式更适用于面向于负荷侧，而调感方式主要面向与大系统的电能传输。SVG是未来新一代的无功补偿装置，它既可以补偿感性电流，也可补偿容性电流，是当前无功补偿方式的替代产品，它的市场在未来。市场是一个企业的生命，若没有市场为依托，再先进的产品同样等于零，因此开发新产品必须要有市场认可为保障。市场的概念又非常广泛，同时存在针对性问题，即针对哪部分市场。企业涉足一个新领域需要一个被认可的过程，而这个过程最好从有市场需求且已经被市场认可的产品出发。根据目前国内无功补偿市场的发展情况，高压静止无功补偿系统产品开发。次序应该如下：采用真空开关投切电容器组（MSC）采用晶闸管串开关投切电容器组（TSC）采用晶闸管串开关投切电抗器（TCR）静止无功发生器（SVG）成套装置以上产品均用于35kV及以下高压电力系统之中。上述次序不仅根据市场状况分序，同时也从开发周期与工厂的实际情况出发，工厂不会出现投资开发过大或因为开发而暂时无法涉足市场问题。
上述几个产品不存在原理实现问题，但存在实际产品化问题。产品的目的是要用户接受，这就需要用户的信息，避免闭门造车。而用户对现有产品的评价是开发过程中主要解决的问题，这可能会造成开发控制系统功能强大、系统庞大。因此，建立一个大系统，并避免系统的瓶颈受限于将来对功能的需求是产品化要考虑的首要问题，这也是产品化的目标
市场可行性分析：
近年来，随着我国电力装机容量速度递增，供电紧张的局面大为缓解。但是伴随着供电量增加的同时，电网建设的速度明显滞后，网络损耗问题日益突出。近几年来，国家电力公司和各省市电力部门都开始重视这一问题。大家已普遍重视到降低网损是供电部门减小供电成本的重要突破口，也是今后增加供电量的重要手段。据估计，通过降损来提高供电量，成本仅为兴建电厂成本的1/4～1/5，是非常可行的。在工程实践中，以下几种降损措施得到了重视：①改造电网结构，提高电压等级和增加变电站所，合理分配有功与无功；②更换高能耗变压器，采用新型节能变压器；③加大导线截面积，缩短供电半径；④采用无功功率补偿装置。第一种改造措施是基于对配电网长远发展考虑的好办法，它合理地改造不尽完善的供电网，可以提供10年以上电网高效、稳定的运行环境。但是由于工程投资巨大，投资回收期长，大多数地区在目前都难以开展此项工作。同样，第二、三种措施投资亦甚是可观，只有那些资金比较充足的地区可以考虑，而第四种措施投资最少。我国供电网长期以来由无功补偿匮乏而造成的网损甚为可观，这样不但造成线损大、电压波动大，而且直接影响输电容量，有电也送不过去。通过无功补偿来降低网损和提高电压是一种投资少、回报高的方案，同其它几种措施相比更适用于在全国范围内推广。电力系统中无功补偿装置具有重要地位，是变电站的必须装置，其对于降低网损、提高供电容量、提高电压质量具有决定性作用。电力系统每年大量兴建和改建各种变电站，所以无功补偿的市场容量是巨大的，据统计，近些年全国每年无功补偿装置安装容量平均在6000万千乏左右，而且每年仍以10%的容量递增。2000年全国电力系统无功补偿装置总容量在20000万千乏左右，其中电容器投切无功补偿装置的容量占总容量的85%（用电企业占40%，电力企业占45%）。可见，目前市场上绝大多数无功补偿装置仍是电容器投切方式。无功补偿装置的市场虽然很大，但是受到用户购买力、观念和重视程度等影响，在现阶段多数用户还是会首选价格低廉、维护简单的电容器投切方式。但是随着新型无功补偿装置技术的逐渐成熟、高功率电力电子器件可靠性的提高和成本的降低，不会用很长时间，TSC、TCR甚至SVG很快会占据无功补偿市场。从目前的市场来看，真空开关投切电容器组（MSC）成套装置属于成熟技术产品，而晶闸管投切电容器组（TSC）和晶闸管投切电抗器（TCR）两种产品已经开始进入市场，正在逐步被用户采纳和接受，但是静止无功发生器（SVG）成套装置属于世界各国正在着重研究与开发的新一代无功补偿产品，是所有无功补偿产品中的“贵族化商品”，目前在世界各国成功并网运行的只有很少几套。同时必须看到，作为高压无功自动补偿领域而言，静止无功发生器（SVG）成套装置是这一技术的最先进、最完善形式，也是企业能够主导无功补偿市场的核心产品。从技术角度上讲，低电压的SVC装置目前已经在国内实用化；从高电压领域上讲，开发该装置主要是解决好高压开关串（晶闸管串）均压、过电压保护、运行监控以及其控制模块防电晕与局部放电等几个问题。上述问题在高电压领域均属常规问题，解决的手段较多。可见，目前开发高电压静止无功补偿（SVC）装置是可行的，也是必要的。该产品可应用于35kV及以下电网的静止无功补偿，通过对电网中采样的电压、电流进行实时数字信号处理，得出所需补偿的无功量大小，确定投切支路。产品与技术的主要特点：①采用美国德州仪器（TI）公司TMS320C3x系列DSP芯片，运算速度快；②可以实现开关零电流投切，无开关涌流；③无功补偿响应速度快，TSC与TCR装置小于20ms；④优良的电磁兼容性能，抗强电磁干扰；⑤提供方便灵活远程通讯接口。

2、晶闸管投切电容器（TSC）成套装置

主要研究内容：
晶闸管投切电容器（TSC）型无功补偿装置利用大功率晶闸管通流容量大、开关频率高的特点，可以广泛用于频繁连续动作，实时跟踪调整无功功率的场合。TSC补偿装置开关无触点，因而寿命远高于真空开关投切方案，由于作为高压无功补偿，晶闸管需多级串联，所以高压晶闸管的串联与保护均压技术、电容器的过零投切技术等使得该方案技术含量及复杂性要远高于电容器真空开关投切（MSC）型无功补偿装置。晶闸管投切电容器（TSC）型无功补偿装置是灵活输电(FACTS)的一个重要发展方向。TSC设备具有可以根据系统情况调整功率因数，补偿快速变化的感性功率，其响应时间可以小于20ms，电容在投切时不产生涌流与过电压问题，补偿调整可以在1/4个周波内完成，可以实现每相独立补偿，故不存在三相系统不平衡问题。电容器的容量以二进制形式设置，因而调整的范围大，可提供遥控功能以实现系统的自动化，此外，装置具有自身器件诊断功能，设备采用光纤隔离信号传输，故使用安全。高压TSC装置的工作原理如下图所示。图中采样系统通过电压、电流互感器将系统的电压、电流信号数字化后送至控制系统；控制系统根据采样信号计算出所需补偿的无功，并依据二进制编码规则确定投切电容器的支路，然后发出相应的触发有效信号，此外，控制系统还可以监测整个TSC装置的运行状况；触发信号产生在系统相电压负峰值时刻，在控制系统发出有效信号时，触发信号才送至光纤传输系统；在TSC装置中采用光纤传输触发信号可以有效地将装置的高压部分与低压控制部分分隔开，避免高压侧对低压控制部分的干扰，有效地保护低压回路；开关侧触发回路可以将光纤传输过来的触发脉冲信号经光电转换后转换为电信号，经过变换，发出晶闸管开关所需的触发脉冲，使补偿电容器投入运行。开关串为一系列晶闸管/整流管相串联，整流管在系统电压/dt<0时给电容器充电，这样晶闸管可以实现零电压触发，使得整个投切过程无过电压与涌流产生。
主要技术指标：
额定电压：35kV,10kV,6kV；
额定容量：300kvar～30000kvar；
额定频率：50Hz/60Hz；
控制方式：过零触发；
工作方式：具有手动补偿和自动补偿两种工作方式。
响应速度：≤0.02s
电容器组：100～900kvar/每支路
保护：过流，过电压，开关故障保护，越限报警和保护闭锁功能。
测量系统：数字信号测量系统（DSP），一个周波（20ms）内能对电网的各项参数进行测量。
通信接口：RS-232/RS-485通讯接口，电网数据可储存三个月以上。
显示：中文界面，汉字提示，实时显示电网的主要参数，有背光显示功能。
应用领域：
用于高压和低压配电系统电容器补偿装置的自动调节，提高电网功率因数。

3、静止无功发生器（SVG）成套装置

主要研究内容：
静止无功发生器（StaticVarGenerator）装置作为无功补偿系统的最先进形式，在欧洲被称为ASVC（AdvanceStaticVarCompensator）。SVG实际上是一个由电力电子高功率器件组成的阀阵列，作为逆变器，将直流侧电压转换为交流侧电压，与系统并列运行，其结构原理如下图所示。在实际SVG装置时会遇到以下问题：1）如何减小输出无功电流中的谐波成分；2）如何扩大SVG装置的容量以符合系统的要求；3）如何增加输出电压，以便SVG装置接入更高电压等级的系统。如果解决上述问题，可以考虑以下措施：1）采用串联或并联GTO（或IGBT），以提高容量和电压；2）采用多组逆变器串联的多重化结构，提高容量和电压，减少输出电压和电流中的谐波；3）采用适当的PWM技术，以减少谐波成分。在实际大容量的SVG制造上，这几项措施可同时采用；较小容量的SVG可能采用简单一些的结构。除了小容量的模型化SVG装置以外，多重化技术是必须采用的。在多重化技术中，利用几个单相或三相逆变器产生相位相差若干角度的方波电压，然后用变压器将此不同相位的方波电压串联在一起，所形成的结果电压呈阶梯状，更接近于正弦，所以输出电压含更少的谐波成分。实用的多重化方案如下图所示，其中变压器的一次侧是串联的，其电压是各二次侧电压之和，但是各变压器二次侧电压的相位、变压比不尽相同，各方波电压的宽度也可能不同，因此一次侧串联后形成的阶梯波可能是不等阶的。
SVG装置采用多重化的目的是使输出电压和电流接近正弦波，在SVG的结构化设计时，应以总谐波畸变率最小作为控制目标函数，求适当的脉宽、相位和幅值组合。此外，GTO和其他开关器件串联使用时，要求同一桥臂上各器件动作一致。这就要求各元件开关特性充分一致，但是考虑到GTO的频率不能过高，各GTO元件在开通和关断时参数不可能完全相同，则可以采用较低的脉宽调制频率实现多重化设计，以减少总谐波畸变率，同时提高SVG容量。
该补偿装置可以实现：在稳定状态下，维持系统电压不变，或按要求调压；在稳定状态下，维持系统某处的无功功率最小，或按经济性等要求调节无功量；在动态或暂态时，按系统稳定性要求调节无功量以提高稳定极限或抑制振荡。
产品关键技术：
高压静止无功补偿成套系统装置可以根据系统情况调整功率因数，补偿快速变化的感性功率；电容在投切时不产生涌流与过电压问题；可以实现每相独立补偿，故不存在三相系统不平衡问题；电容器的容量以二进制形式设置，因而调整的范围大。此外，装置具有自身器件诊断功能，设备采用光纤隔离信号传输，故使用安全。产品的关键技术有：①控制系统能够对系统电压、电流检测，经计算确定投切支路；能够准确发出触发控制信号；可以提供一个远程控制标准通讯接口；可以实现装置开关串的故障自诊断功能；控制系统必须运行可靠。②晶闸管开关串过电压与过电流保护采取措施进行静态均压保护；消除雷电过电压与开关串的局部放电；晶闸管开关串的动态均压技术，抑制晶闸管开关时过高的电压与电流上升率；合理设计晶闸管/整流管模块与开关侧触发电路实际安装结构；开关串高压部分的防电晕设计，需要对高压部分作具体的数值分析，计算出合理的可加工结构参数；高压部分绝缘材料应具有良好的沿面放电特性。③自诊断监测方法：装置由串级变压器铁芯可以采样电压，并监测这一电压的变化情况，因而可以对晶闸管开关串故障及时报警，以避免故障的进一步扩大；装置可以监测开关串支路退出运行时的泄露电流。此外，为了降低制造成本也可以采用经降压变压器在低压侧补偿方式或利用变压器作为开关的方式（即在低压侧利用晶闸管使变压器开路与短路），但这些方法都会使得系统的稳定性降低且过渡过程精确分析困难。可见，高压静止无功补偿成套系统装置是将高电压、电力电子与计算机控制技术相结合的产物，因而属高技术产品，是今后我国无功补偿设备发展的一个重要方向。由于使用晶闸管的静止无功补偿装置具有优良的性能，可以预测，在一定时期内其市场必将一直迅速而稳定地增长，占据静止无功补偿装置的主导地位。尤其是应用在电压等级较高的电力系统中，对提高系统的稳定性、运行安全性、提高输电效率等方面更有着重要的现实意义。因此，开发高压无功补偿装置产品不仅可以带来相当可观的经济效益，而且对我国电力工业的进一步发展有着积极的促进作用。

4、电力有源滤波器（APF）成套装置

主要研究内容：

⑺ 关于接地补偿装置问题，请专家赐教！

每段都来要装接地补偿装置。

<电力源设备过电压保护设计技术规程》第3条规定，3～60kV的电力网，应采用中性点非直接接地的方式。当单相接地故障电流大于下列数值时，应装设消弧线圈：3～10kV电力网，30A；20kV及以上电力网，10A。

上述规程的第46条规定，消弧线圈宜接于星形—三角形或星形—星形—三角形接线的变压器中性点上，如变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器，其容量应与消弧线圈的容量相配合。

⑻ 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。