并聯電容器在電力系統中的作用

郭 濤，馬亦然

（唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305）

并聯電容器在電力系統中的作用

郭 濤，馬亦然

（唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305）

節約用電，提高電壓質量，減少設備投入對節能降耗有著非常重要的意義，本文主要介紹電容器在電力系統中的無功補償作用。

并聯電容器；無功補償；功率因數

隨著我公司生產能力的不斷增強，生產規模的不斷擴大，電氣設備的容量也在不斷增加，如何才能保證電氣設備在安全、經濟、合理的條件下穩定運行，是一個需要解決的首要問題，為此，我公司引入電容器，以此來補償無功，提高設備有效利用率，達到少投入多產出的效果。

1 功率因數與無功補償

1.1 有功功率與無功功率

在電力系統中，電網輸出的功率包括兩部分；一是有功功率；二是無功功率。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。不消耗電能，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，它在電網中只是進行能量的周期性轉換，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的功率等。

1.2 電氣設備在低功率因數下運行的缺點

無功功率的增加，勢必會使企業的功率因數降低，所需的無功功率增大，為滿足用電的需求，供電線路的變壓器容量或發電機容量也將增大。這樣，不僅增加供電投資，降低設備利用率，也將增加線路損失。而我公司所用電氣設備大多為變壓器、電動機等感性設備，勢必會造成無功功率的增多，從而使功率因數下降，增加設備投入。

1.3 并聯電容器的無功補償作用

電流在電感元件中作功時，電流超前于電壓90°；而電流在電容元件中作功時，電流滯后電壓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，自動補償無功，降低設備投入。這就是并聯電容器的作用，補償原理如圖所示：

圖1 無功功率補償原理圖

2 并聯電容器的應用

2.1 提高功率因數

以我公司重堿車間配電室為例，由于電器設備感性負載較大無功負荷較多，為滿足設備的正常運行，配電變壓器提供的無功電流較大，致使配電設備中的總電流加大，從而出現配電室進線母排連接處和隔離刀閘等設備過熱現象，嚴重威脅著電氣設備的穩定運行，為解決這一問題，我們決定從無功補償入手，原重堿1＃變的功率因數為0.752，2＃變的功率因數為0.733，月平均有功負荷為850 k W。為使其提高到0.92左右，我們采用就地集中補償方法，即在配電室每段母線上連接智能型功率補償器，以此來提供用電負荷所需的無功，改造以后，配電室進線電流減小200～300 A左右，由此解決了設備由于電流過大而引起的過熱現象，相對增加了變壓器的容量。電容器補償前后電流變化見表1：

表1 電容器補償前后電流變化表（變壓器一次電流）

2.2 降低電能損失，改善電壓質量

并聯電容器除能提高功率因數以外，還有降低電能損失，改善電壓質量，減少系統的電壓降，同時對提高變壓器及線路的利用率也有著十分重要的作用。

利用無功補償提高遠距離線路末端電壓。我公司三級泵站6 k V線路長約9.5 km，采用同桿架設雙回路供電，架空線規格為GXLJ－120 mm2，由于負荷較大（單回路負荷約為160 A）線損嚴重，線路末端低壓側電壓只有350 V，造成電機啟動困難，電流增大，轉矩下降。

2011年6月，我們為線路4臺高壓電機加裝了無功補償裝置，投用后將低壓側電壓提高到365 V，負荷電流名明顯減小，取得了良好的經濟效益。

3 電容器補償容量的選擇

按提高功率因數的方法根據提高功率因數向量圖可得

QC＝Q1－Q2＝P tgφ1－P tgφ2（kvar）

QC——補償電容器的容量，kvar；

P——最大負荷月平均有功功率，k W；

tgφ1，tgφ2——為功率因數角的正切值。

4 增加無功補償應注意的問題

4.1 系統諧波的危害

由于現代化工廠斬波器、變頻器等整流設備的大量采用，造成系統的電壓畸變。我公司剛進行無功補償時，曾發生多起電容器引線過熱、電容器擊穿、接觸器燒毀等事故，經分析是由于系統諧波引起諧振造成的，于是在以后的改造中，我們均采用6%串聯電抗器，用以抑制諧波。

4.2 過補償問題

在計算補償容量時，一定要充分論證，防止產生過補償，造成系統電壓升高，危及電氣設備安全。

4.3 過電壓的問題

不帶串聯電抗器的電容器組在投入合閘瞬間，相關的計量儀表或電流互感器二次回路，往往發生絕緣閃絡或儀表、繼電器損壞、這是由于電容器的合閘涌流產生的過電壓造成的。因為電容器的合閘涌流的幅值和頻率都可高達電容器額定電流的數10倍。而電流互感器次級儀表和繼電器大多為感性，涌流會在互感器二次側產生很高的感性電壓，并聯電容器投入時涌流的計算公式為：

式中：ICm——電容器投入時的涌流，A；

Ie——為電容器組額定值的有效值，A；

XC——為電容器組的一相容抗，Ω；

X——為電容器組與電網之間的電抗，Ω；

Sd——為合閘點系統的短路容量，MV·A；

QC——為電容器的容量，kvar。

5 結 語

根據電氣系統的具體情況，適當、合理、可靠的采取無功補償的方式，以降低無功容量所帶來的容量損耗，提高配電設備總體利用率。改善電壓質量，確保電氣系統及設備的正常運行。

［1］ 呂千.進網作業電工培訓教材［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1993

［2］ 趙新衛.中低壓電網無功補償技術［M］.北京：電子工業出版社，2010

TM 531.4

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2012－02－28