淺談低壓電容器無功補償的技術與經濟性

虞俊杰

0 引言

無功補償是現階段維持電力系統平衡的最主要因素。在輸、配電系統中，無功補償是電感性設備正常運轉不可或缺的條件，也是保證電壓質量和供電作業正常運行的常用手段。通過優化電力系統的無功平衡，提高其負荷的功率因數，可有效降低變壓器和線路中的有功功率損耗和其他部分的電能損耗，提高電能質量，從而保障電力系統的正常運行和各行業的生產發展。

1 無功補償的作用

1.1 有利于提高變、配電設備的利用率，降低投資開支

對低功率因數的負荷進行無功補償，與并聯電容器相連通，在無功電流得到補償的情況下，負荷電流相應地會被減少。

在變配電設備中，由于功率因數的增長而導致的所減少的容量（kVA）可以用公式（1）來表示：

式中，cosφ1為補償前負荷的功率因數；cosφ2為補償后負荷的功率因數；ΔS為所減少的設備容量；P為負荷的有功功率。

在補償前，1 000 kW負荷容量的功率因數是0.7，用公式（1）可以計算得出，當補償功率因數值到達0.95時，其相對應負荷輸電的變配電設備容量的縮減值達到了376 kVA。也就是說，在新建項目中，變配電設備容量可以比原額定容量減少376 kVA，從而使基本的電費支出得以削減，新建項目的總體投資費用也隨之降低，有著十分明顯的經濟效益。

1.2 降低電網中的功率損耗

當負荷的功率因數從1下降至cosφ時，電網中的功率損耗將增加的百分數約為：

1.3 有利于減少線路壓降

線路中的電流傳送隨著功率因數的提高而變小，從而減少了系統中線路電壓的損失，對改善線路末端的電能質量也非常有益。

1.4 提高功率因數，減少耗電費用

國家水利電力部、國家物價局在1983年頒布的《功率因數調整電費辦法》對3種功率的因數標準值作了明確規定，以此為依據，電費成本也相應縮減。

2 低壓并聯電容器無功補償的分類

低壓并聯電容器的無功補償分為集中補償、個別補償、分組補償3種方式：（1）集中補償。將移相變壓器與降壓變電所或者地方變電所的母線直接相連。這種補償方式對電容器的利用率很高，電力系統和變電所主變壓器的無功負荷也隨之減少，供電線路的無功負荷同樣也會降低。但是，對于低壓電網來說，集中補償法并不能降低其無功負荷。（2）個別補償。個別補償方式常見于電壓網絡，其電容器與用電設備直接相連。個別補償方式所進行的無功補償較為徹底。通過個別補償，高壓線路和變壓器的無功電流得以減少，低壓干線與其分支線的無功電流同時也減少，這對線路和變壓器在有功損耗控制方面是一個較大的改善。但在采用個別補償方式時，其缺點是用于電容器的投資過大，且電容器利用率不高。因此，個別補償方式有一定局限性，它對于大容量電氣設備或者所需無功補償較大的負荷往往具有很高的使用價值，同時也適用于長距離供電線路的電氣設備。（3）分組補償。分組補償方式是將移相電容器與車間配電室的母線直接連接。與個別補償方式相比較，分組補償對電容器的利用率較高。對于高壓供電線路和變壓器來說，分組補償能夠有效降低其無功負荷，并且能夠以負荷變動為依據，對電容器組實施投入或者切除。但是分組補償的安裝作業較為繁瑣，也不能減少分支線路中的無功電流。

3 無功補償應注意的技術問題

3.1 防止涌流

在投入電容器的過程中，往往會伴隨有很大的涌流。電容器投入涌流在IEC出版物831電容器篇中的計算公式如下：

式中，Is為電容器投入時的涌流（A）；In為電容器額定電流（A）；S為安裝電容器處的短路功率（MVA）；Q為電容器容量（Mvar）。

針對這種情況，在低壓電容器回路中可采取以下3種方式加以控制：（1）將電抗器串聯；（2）提高投切電容器的容量；（3）使用專門用于電容器投切的接觸器。

3.2 防止系統諧波產生的影響

電容器回路作為LC電路，很容易對某些特定的諧波產生諧振的現象，從而使諧波放大，電流隨之增加，電壓也同樣升高。要解決此類現象，可以考慮將一定感抗值的電抗器串聯在一起，以避免諧振現象的發生。在這里我們取電抗器的百分比為字母K，在電網中，當5次諧波較高、3次諧波略低時，K值宜取4.5%；若3次諧波過高，K值則取12%；諧波不高的情況下，K值取0.5%為佳。

3.3 防止自勵情況的發生

在使用電容器對電動機無功功率進行就地補償過程中，電容器與電動機直接并聯，當電源被切斷后，由于慣性作用，電動機仍將繼續運轉一段時間，此時電容器的放電電流就成為勵磁電流。當用于無功補償的電容器容量過大時，電動機磁場就會得到自勵，進而產生電壓，即電動機仍處于發電的工作狀態。所以，在無功補償過程中，電容器的補償容量應低于電動機的空載容量，通常情況下取空載容量的0.9倍。計算公式如下：

式中，QC為補償電容器容量；U為系統電壓；I0為發動機空載電流。

4 電容補償控制的選擇和補償容量的確定

在電力系統中，某些末端變電站由于輸電線路過長，負荷過大，電壓也明顯偏低，給用電設備的正常運行帶來極大影響。電力部門為了改善供電質量，通常會在某些線路或者變電站內增設電容器組，以提高末端電壓，達到平衡電壓的目的。

4.1 電容器組的投切方式

電容器的投切方式有手動投切和自動投切2種。手動投切適用于補償低壓無功和常年穩定的高壓電容器組；自動投切則適用于避免過量補償、在輕載狀態下電壓過高以及容易引起設備損壞的情況。若高壓補償效果與低壓補償效果相同，則優先考慮低壓自動補償裝置。

4.2 確定電容器補償容量

在對電容器補償容量確定之前，要先進行負荷計算，確定無功功率Q和有功功率P，需要補償到的功率因數為cosφ2，補償前自然功率因數為cosφ1，那么補償電容器容量為：

在對電容器無功補償容量進行確定時，同時要保證以下3點：（1）輕負荷狀態下，要避免過度補償現象，以免做無用功導致功率損耗增加，造成資源浪費。（2）功率因數的變化與每千瓦補償容量損耗減少的作用成反比。即功率因數高，則損耗減少的作用就越不明顯，我們一般認為合理補償的功率因數值為0.95。（3）勵磁電流是就地補償電容器容量的主要選擇參數，選用電容器容量的必要條件就是不是電容器造成自勵現象，這里可以采用公式（3）進行計算。

5 結語

無功補償是一項能夠有效提高功率因數的節能措施，有著見效快、投資少的特點。并聯補償電容器的工作原理簡單，操作方便，運行經濟效益高，并且能夠分組投切以保證電壓合格率和功率因數的合理性。目前，我國很大一部分地區的配電網和農網的平均因數過低，相信通過采用補償電容器進行合理的補償，其供電質量一定能夠得到有效提高，并能取得更為明顯的經濟效益。

［1］鄧麗.淺談低壓電容器無功補償的技術與經濟性［J］.北京電力高等專科學校學報：自然科學版，2011（7）

［2］張潤果.淺談低壓電容器無功補償技術及其經濟性［J］.科技情報開發與經濟，2010（11）

［3］鄧強.淺談低壓電容器無功補償的技術與經濟性［J］.企業技術開發：下，2009（7）