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前言

在水泥廠最常用的無功功率補(bǔ)償方法有：變電站補(bǔ)償、隨機(jī)補(bǔ)償和隨器補(bǔ)償?shù)取?/p>

（1）變電站補(bǔ)償：補(bǔ)償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是這種補(bǔ)償方式對10kV配電網(wǎng)的降損不起作用。

（2）隨機(jī)補(bǔ)償：將電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電動機(jī)同時投切的一種無功補(bǔ)償方式。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償裝置投入；用電設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償裝置退出。更具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低的特點(diǎn)。適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主，可較好的限制配電網(wǎng)無功峰荷。年運(yùn)行小時數(shù)在1000h以上的電動機(jī)采用隨機(jī)補(bǔ)償較其他補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)。

（3）隨器補(bǔ)償：將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是接線簡單，維護(hù)管理方便，能有效地補(bǔ)償配電變壓器空載無功，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無功網(wǎng)損，是目前無功補(bǔ)償最有效的手段之一。缺點(diǎn)是由于配電變壓器的數(shù)量多、安裝地點(diǎn)分散，因此補(bǔ)償工作的投資比較大，運(yùn)行維護(hù)工作量大。

一、“無功補(bǔ)償”電容器容量計(jì)算舉例

1.1 電容器的容量計(jì)算

電容器的補(bǔ)償容量，需根據(jù)配變?nèi)萘俊⒇?fù)荷容量、負(fù)荷性質(zhì)、三相電壓平衡度、自然功率因數(shù)、目標(biāo)功率因數(shù)等背景參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算確定。

（1）對于35～110kV變電所中電容器裝置的總?cè)萘?，按照無功功率就近平衡的原則，可按主變壓器容量的10%～30%考慮。并建議10kV側(cè)電容器組分組容量確定為2000、3000、6000kvar。

（2）對于普通負(fù)荷的公用變的0.4kV低壓補(bǔ)償，可按配變?nèi)萘康?0%～30%進(jìn)行補(bǔ)償。

（3）當(dāng)三相電壓不平衡時（如單相負(fù)荷較多），需考慮一定容量的分相補(bǔ)償。

（4）對于企業(yè)專用變壓器的0.4kV低壓補(bǔ)償，可按配變?nèi)萘康?0%～60%進(jìn)行補(bǔ)償。

（5）當(dāng)補(bǔ)償點(diǎn)處有諧波時，還要考慮串聯(lián)一定比率的電抗器，以構(gòu)成調(diào)諧支路，濾除線路上的高次諧波。

（6）當(dāng)采用固定補(bǔ)償方式時，補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)選小些，避免線路輕載時出現(xiàn)過補(bǔ)，產(chǎn)生無功倒送。

（7）當(dāng)采用自動補(bǔ)償方式時，補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)選大些，避免高峰負(fù)荷時出現(xiàn)欠補(bǔ)，造成力率過低。

（8）當(dāng)電容器額定電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓不相等時，補(bǔ)償容量≠安裝容量，裝機(jī)容量需進(jìn)行修正。

1.2 隨機(jī)補(bǔ)償裝置電容器容量QC的計(jì)算公式

（1）按電動機(jī)的空載電流選擇

高壓電動機(jī)隨機(jī)裝置電容器容量計(jì)算：

以從電動機(jī)樣本中查?。虎劢?jīng)驗(yàn)方法，對于大容量電動機(jī)，約為額定電流的20%～35%。對于小容量電動機(jī)，約為額定電流的35%～50%（計(jì)算后，應(yīng)該取最小值，帶入計(jì)算）。

建議：兩種計(jì)算方法取得的QC值的結(jié)果可能并不一致，應(yīng)采用較小的數(shù)值。

高壓電動機(jī)采用進(jìn)相機(jī)實(shí)施無功補(bǔ)償，也是近年來應(yīng)用比較多的一種隨機(jī)補(bǔ)償設(shè)備。

與電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式有著本質(zhì)的區(qū)別。電容補(bǔ)償只是在電機(jī)之外的電網(wǎng)上對電機(jī)的無功進(jìn)行補(bǔ)償，無法改善電機(jī)本身的運(yùn)行狀況；而進(jìn)相機(jī)裝置是串接在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，不僅可顯著提高功率因數(shù)，使電機(jī)定子電流約減少15%~20%左右，而且電機(jī)溫升明顯降低，電機(jī)的效率和過載能力有一定提高。

二、經(jīng)濟(jì)效果分析舉例

（1）顯著改善電壓質(zhì)量

從（3）式可以看出，越靠近線路末端裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置效果越好。

（2）降低電能損耗

如輸送的有功P為定值，加裝無功補(bǔ)償設(shè)備后功率因數(shù)由cosΦ提高到cosΦ1，因?yàn)镻=U×I×cosΦ，負(fù)荷電流I與cosΦ成反比，又由于P=I2R，線路的有功損失與電流I的平方成正比。當(dāng)cosΦ升高，負(fù)荷電流I降低，即電流I降低，線路有功損耗就成倍降低。反之當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)從1降低到cosΦ時，電網(wǎng)元件中功率損耗將增加的百分?jǐn)?shù)為ΔPL%，計(jì)算如下：

③安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，可使發(fā)電機(jī)多發(fā)有功功率。系統(tǒng)采取無功補(bǔ)償后，使無功負(fù)荷降低，發(fā)電機(jī)就可少發(fā)無功，多發(fā)有功，充分達(dá)到銘牌出力。

（4）減少用戶電費(fèi)支出

①可以避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。

②可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應(yīng)可以減少電費(fèi)的支出。

　三、應(yīng)用說明

對于遠(yuǎn)離配電中心、功率又比較大的低壓電動機(jī)采用無功功率就地補(bǔ)償，就是把電動機(jī)所需要的無功電流局限在電動機(jī)設(shè)備的終端，實(shí)現(xiàn)無功功率就地平衡，使得整個變配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)都比較高，有效地減少輸配電線路的無功損耗。

同時，低壓電動機(jī)采用無功就地補(bǔ)償裝置，還有利于降低電動機(jī)起動電流，延長電動機(jī)與控制設(shè)備的使用壽命。低壓電動機(jī)起動頻繁或經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場合，不宜采用就地補(bǔ)償。

電容器對電壓變化十分敏感，長時間過電壓會使電容器嚴(yán)重發(fā)熱，電容器的絕緣會加速老化，壽命縮短，甚至發(fā)生電擊穿或熱擊穿；電網(wǎng)電壓一般應(yīng)低于電容器本身的額定電壓，長期工頻穩(wěn)態(tài)過電壓不得超過1.1倍額定電壓。因此，并聯(lián)電容器裝置必須能在1.05倍額定電壓下長期運(yùn)行，并在一晝夜中，在最高不超過1.1倍額定電壓下允許運(yùn)行時間不超過6h；當(dāng)周圍空氣溫度24h平均最高值低于標(biāo)準(zhǔn)10℃時，電容器能在1.1倍額定電壓下長期運(yùn)行。根據(jù)調(diào)查，部分水泥企業(yè)的低壓配電電壓經(jīng)常運(yùn)行在420～430VAC之間，這對電容器的安全運(yùn)行是十分不利的。同時，對電動機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也是十分不利的，建議加強(qiáng)這方面的管理工作。

四、無功補(bǔ)償裝置常用的投切方式

（1）延時投切方式，又稱作“靜態(tài)”補(bǔ)償方式。這種投切方式依靠于專用的接觸器的動作，具有抑制電容的涌流作用。延時投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動作，造成電容器損壞，而更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險的。

（2）瞬時投切方式，又稱作“動態(tài)”補(bǔ)償方式，實(shí)際就是一套“快速隨動系統(tǒng)”，控制器一般能在半個周波至1個周波內(nèi)完成采樣、計(jì)算，在2個周期到來時，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導(dǎo)通，投切電容器組大約20~30毫秒內(nèi)就完成一個全部動作，這種控制方式是機(jī)械動作的接觸器類無法實(shí)現(xiàn)的。動態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景。

（3）混合投切方式，實(shí)際上就是將“靜態(tài)”與“動態(tài)”補(bǔ)償?shù)幕旌?，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導(dǎo)體器件。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢互補(bǔ)，比單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍，節(jié)能效果更好。補(bǔ)償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補(bǔ)償效果更加細(xì)致，更為理想。還可采用分相補(bǔ)償方式，可以解決由于線路三相不平衡造成的損失。

五、無功自動補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方式

以節(jié)能為主者，采用無功功率參數(shù)調(diào)節(jié)；當(dāng)三相平衡時，也可采用功率因數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)；為改善電壓偏差為主者，應(yīng)按電壓參數(shù)調(diào)節(jié)；無功功率隨時間變化穩(wěn)定者，可按時間參數(shù)調(diào)節(jié)。

（1）功率因數(shù)型控制器：功率因數(shù)用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當(dāng)cosΦ=1時，線路中沒有無功損耗。提高功率因數(shù)以減少無功損耗是這類控制器的最終目標(biāo)。這種控制方式是比較傳統(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn)。

（2）無功功率（無功電流）型控制器：較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷。智能化的設(shè)計(jì)，有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測補(bǔ)償效果，并能對補(bǔ)償裝置進(jìn)行完善的保護(hù)及檢測。由于是無功型的控制器，也就將補(bǔ)償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。如線路在重負(fù)荷時，哪怕cosΦ已達(dá)到0.99（滯后），只要再投一組電容器不發(fā)生過補(bǔ)，也還會再投入一組電容器，使補(bǔ)償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。

（3）用于動態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破鳎簩τ谶@種控制器要求就更高了，一般是與觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，更重要的是有很好的完成動態(tài)補(bǔ)償功能。由于這類控制器也都基于無功型，所以它具備靜態(tài)無功型的特點(diǎn)。該類產(chǎn)品的穩(wěn)定性還處于逐步完善中。

六、濾波補(bǔ)償系統(tǒng)

電容器對高次諧波最敏感，因?yàn)楦叽沃C波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運(yùn)行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負(fù)荷而發(fā)熱，并可能發(fā)生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導(dǎo)致電容器過熱損壞。

電容器對電網(wǎng)高次諧波電流的放大作用十分嚴(yán)重，一般可將5～7次諧波放大2～5倍，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)接近諧波諧振頻率時，高次諧波電流的放大可達(dá)10～20倍。因此，不僅需考慮諧波對電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網(wǎng)設(shè)備，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)要使在工頻情況下呈現(xiàn)容性，以對線路進(jìn)行無功補(bǔ)償，對于諧波則為感性負(fù)載，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸變率。增加電抗器后，要考慮電容端電壓升高的問題。

濾波補(bǔ)償裝置既補(bǔ)償了無功損耗又改善了線路質(zhì)量，雖然成本提高較多，但對于諧波成分較大的線路還是應(yīng)盡量考慮采用，不能認(rèn)為裝置一時不出問題就認(rèn)為沒有問題存在。很多情況下，采用五次、七次、十一次或高通濾波器可以在補(bǔ)償無功功率的同時，對系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行消除。

七、電抗器電抗率的選擇原則

（1）系統(tǒng)中3次諧波含量已超過或接近于標(biāo)準(zhǔn)限值時，宜選用串聯(lián)l2%～13%的電抗器。

（2）系統(tǒng)中5次諧波含量已超過或接近于標(biāo)準(zhǔn)限值時，宜選用串聯(lián)4.5%～6%的電抗器。

（3）系統(tǒng)中以3次、5次諧波成分為主，且兩者含量均較大時，宜采用電抗率為12%～13%與電抗率為4.5%～6%的電抗器混裝方式或采用串聯(lián)3%左右的電抗器。

（4）系統(tǒng)中以3次、5次諧波為主，且含量較小時，可不串接電抗器；也可選用0.1%～1%的電抗器。

（5）當(dāng)電網(wǎng)中含有多種諧波成分，且都具有較大含量時，串聯(lián)電抗器的選用，應(yīng)使電容器支路對于在較大含量的各次諧波中的最低次諧波總阻抗呈感性，此時該電容支路對于較大含量的各次諧波均不會產(chǎn)生放大作用。

（6）當(dāng)電網(wǎng)的背景諧波未知的情況下，電容裝置選用阻尼式限流器，限流器中串聯(lián)電抗器的額定電流按電容器組的最終容量考慮選擇。諧波的防止應(yīng)在諧波源就地治理。