安科瑞 王长幸
江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405
摘
要：无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的重要位置，在供电系统中起到提高电网功率因数的作用，提高供电效率，改善供电环境。我司动态无功补偿装置适用于频率50Hz电压0.4kV电网的无功功率自动补偿;它采用了国内一系列ling先的技术和zui新的元器件，集无功补偿、电网的监测于一体，不但可以通过投切电容器组来补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量;同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据。
关键词：低压无功补偿,电容器组,功率因数
引言：本文从电网无功的产生、功率因数偏低危害，以及无功补偿的原理、方式等相关概念出发，结合某厂实际情况浅谈安科瑞无功功率补偿装置在0.4kV低压配电系统中的重要性及应用。
1 无功功率的产生
在交流电路中，由于感性和容性负载的存在，建立电感的磁场和电容的电场都需要电源提供一部分不做机械功的功率，称之为无功功率。它将电能转换成另一种形式的能量，不直接消耗电能，这也是各种电气设备能够做功的必要条件，并且使这种能量在电网中进行周期性的转换。电流在容性元件中做功时，电流超前电压90°，在同一并联电路中，电容电流与电感电流的方向相反，相位差为180°。
2 功率因数偏低的危害
在供电系统中，由于感性电力负荷的存在，使得系统的自然功率因数较低，如不采用人工补偿，以提高系统功率因数，将造成如下不liang影响：
(1)降低了发电机的输出功率，当发电机需提高无功输出，低于额定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低。
(2)降低了变电、输电设施的供电能力。
(3)设备及线路损耗增加。设线路电阻为
，则线路损耗为：
这部分损耗就是由无功功率引起的，所以功率因数偏低，导致无功功率增加，自然就增加了线路损耗。如果用户的功率因数从0.7提高到0.95，功率损失可减少46%，如果功率因数从0.7提高到0.90，则功率损失可减少40%，效果是很明显的，因此，提高用户功率因数是节约电能的重大措施。
(4)功率因数愈低，还会使线路及变压器的电压降增大。如果是冲击性无功负载，还会使电网产生剧烈波动，使得用电设备的运行条件恶化，以及供电质量严重降低。
可见，提高功率因数不仅对电力系统，而且对企业的经济运行有着重大意义。工业企业在考虑提高功率因数时，应采用人工无功补偿装置，以提高电力系统的功率因数，改善供电质量。
3 无功补偿的原理
3.1 并联电容器补偿
在实际电力系统中，大部分的负载为异步电动机。包括异步电动机在内的绝大部分电气设备的等效电路可看作电阻
和电感
的串联电路。
图3-1 等效电路
图3-2 功率因数得到提高 图3-3 过补偿
其功率因数为：
cos
=
,
式中
给
、
电路并联接入
之后，电路图如图3-1所示，电路的电流方程为：
由图3-2的相量图可知，并入电容后，电压
和电流
的相位差减小了，即供电回路的功率因数得到了提高。若并入电容
的容量过大，使得供电电流
的相位超前电压
的相位，这种情况称之为过补偿，其相量图如图3-3所示。通常不希望出线过补偿的情况，因为这会引起变压器二次电压的升高，而且容性无功在电力线路上传输同样会增加电能损耗。还有如果供电线路电压因此升高，会增大电容器本身的功率损耗，温升增大，影响电容器的使用寿命。
3.2 谐波对并联电容器影响以及串抗的必要性
(1)谐波对并联电容器的直接影响
谐波电流叠加在电容器的基波电流上，使电容器电流的有效值增大，温升增大，甚至引起过热而降低电容器的使用寿命或使电容器直接损坏。
谐波电压叠加在电容器的基波电压上，不仅使电容器电压有效值增大，并可能使电压峰值大大增大，这往往是使电容器损坏的一个主要原因。
(2)并联电容器对谐波的放大
电容器将谐波电流放大，不仅危害电容器本身，而且会危及电网中的电气设备，严重时会造成损坏，甚至会破坏电网的正常运行。
(3)并联电容器串入谐波抑制电抗器的必要性
无功补偿装置在存在谐波的情况下做无功补偿时，并联电容器可以串联谐波抑制电抗器，使其在基波频率下做无功补偿时，在谐波频率下表现感性，偏移谐振点，避免发生谐振，防止谐波放大。
4 并联电容器补偿无功功率的方式
4.1 高压集中补偿
电容器组集中装设在企业或地方总压降变电所的6~10kV母线上，
用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡，可减少高压线的无功损耗，而且能够提高本变电所的供电电压质量。
4.2 分组补偿
将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或厂区等终端变配电所高压或低压母线上。这种补偿方式具有集中补偿相同的优点，仅无功补偿的容量和范围相对小些，但是分组补偿的效果相对明显，采用的也较为普遍。
4.3 就地补偿
将电容器或电容器组设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行无功补偿，也称单独补偿。这种方式既能提高用电设备的功率因数，又能改善用电设备的电压质量，对中、小型设备十分适用。
5 安科瑞无功功率补偿装置方案
5.1 分立元件方案
图5-1 安科瑞无功补偿装置分立元件方案
图5-2 分立元件模块
该方案结构设计紧凑，模块化设计，不嫌整齐大方，维护方便，整洁美观，耐老化，抗腐蚀，高寿命。
具有多种补偿方式：三相共补、三相分补、共补+分补三种形式。可根据电网的实际情况，兼顾补偿效果和成本，选择合理的补偿形式。
此外还具有数据采集和标准通讯接口，实现远程实时监控和计算机联网管理。
5.2 智能电容方案
图5-3 安科瑞无功补偿装置智能电容方案
图5-4 AZC和AZCL智能电容模块
AZC和AZCL系列智能电容器是0.4KV、50Hz
低压配电系统中用于节能、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元、投切开关、线路保护单元、低压电力电容器等构成。改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式。具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，价格更廉，节约成本更多，使用更加灵活，维护更方便，使用寿命更长，可靠性更高等特点，适应了现代电网对无功补偿的更高要求。
该系列智能电容器采用LCD液晶显示器，可实时显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等电参量。
6 典型案例的应用
兴化市某铸钢有限公司，生产现场负载主要是中频炉和生产电机，配电室有1#、2#、3#变压器，容量均为1250kVA。从现场工作人员了解到：无功需求主要由电机产生，1#、2#、3#变其下电机负载基本相同，之前电容柜(补偿形式均为共补)投切过，发生过补偿电容被击穿烧毁的事故，中频炉处于保温状态使，系统的功率因数偏低，已经被供电局罚了很多款项。
图6-1 现场测量示意图
后经我司工作人员在现场正常工况下，对其电能质量进行测量，然后结合现场和对测得数据进行分析，得出主要原因有两个方面：
*，原电容柜其下补偿电容未串抗。系统中主要谐波为5、7、11、13次谐波。现场电容柜未串联电抗器，纯电容型无功补偿装置相对谐波电流为低阻抗通道，因此补偿装置极易放大谐波电流，严重时甚至可能与系统产生谐振，造成设备损毁，现场补偿电容被烧毁的原因就在于此。
**，1#变数据中，中频炉刚开启时谐波电流182A，到保温状态，谐波电流250A，约1.3倍;3#变测量数据，两台中频炉启动时谐波电流应该在400A左右，而到保温状态会超过500A，综合考虑治理效果和成本，建议1#变选用300A有源滤波器，3#变选用500A有源滤波器进行谐波治理，减小电网谐波，这样电网谐波对电容柜的冲击也会大大降低。
现考虑电容补偿这部分的整治，由于该系统5次及以上谐波含量较大，建议对电容柜进线改造，串联7%电抗率的电抗(能抑制5次及以上谐波流入电容柜)。
以3#变测量数据为例，在正常工况下(此时负载以全部开启，电容柜未投入)，负载有功总功率P约为680kW，功率因数为
，若要达到目标功率因数
，则需要补偿的无功容量为：
由于无功的实际输出和加在电容两端的电压平方成正比
：，串抗之后还有一个与电抗率有关的衰减，这样要保证360kvar的实际输出，装机容量则需：
考虑到电容柜工作时，电容器组能够循环工作，避免所有电容器组满负荷投切，故留有一定裕量，建议变压器低压侧电容柜的装机容量为600kvar。
(1)分立元件方案
配置方案：共补600kvar = 共补50kvar * 12
柜体尺寸：1000(W)*2200(H)*1000(D)
图表6-1 分立元件主要器件选型表
(2)智能电容方案
配置方案：共补600kvar = 共补50kvar * 12
柜体尺寸：1200(W)*2200(H)*800(D)
图表6-2 智能电容主要器件选型表
7 结束语
综上所述，电网无功补偿是一项建设性的技术措施，对电网安quan、优zhi、经济运行有重要作用。电网和负载的特点选择合理的补偿方式是有效补偿的关键。针对目前电网谐波污染严重的现状，在做无功补偿时一定要选择合适的装置，避免谐振和谐波放大的现象,保证电容电抗的寿命和无功补偿装置的补偿效果，为客户创造价值。
【参考文献】
[1] 安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
[2] 谐波抑制和无功补偿.王兆安.机械工业出版社
作者简介：王长幸(1985-)，女，江苏安科瑞电器制造有限公司 ,汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统 QQ:2880263323