無(wú)功補(bǔ)償基本原理

電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分 [1]  ：一是有功功率：直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、熱能、化學(xué)能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；二是無(wú)功功率：消耗電能，但只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無(wú)功功率（如電磁元件建立磁場(chǎng)占用的電能，電容器建立電場(chǎng)所占的電能）。

意義

⑴ 補(bǔ)償無(wú)功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。

⑵ 減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時(shí)，裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW；反之，增加0.52KW對(duì)原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，對(duì)新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無(wú)功補(bǔ)償，便可以減少設(shè)計(jì)容量，從而減少投資。

⑶ 降低線損，由公式ΔΡ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，cosθ為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則：

cosΦ>cosθ，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計(jì)容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償勢(shì)在必行。

電網(wǎng)中常用的無(wú)功補(bǔ)償方式包括：

① 集中補(bǔ)償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組；

② 分組補(bǔ)償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器；

③ 單臺(tái)電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償：在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等。

加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。

確定無(wú)功補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

① 在輕負(fù)荷時(shí)要避免過(guò)補(bǔ)償，倒送無(wú)功造成功率損耗增加，也是不經(jīng)濟(jì)的。

② 功率因數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數(shù)提高到0.95就是合理補(bǔ)償。

無(wú)功就地補(bǔ)償容量可以根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：Q≤UΙ0式中：Q---無(wú)功補(bǔ)償容量（kvar）；U---電動(dòng)機(jī)的額定電壓（V）；Ι0---電動(dòng)機(jī)空載電流（A）；但是無(wú)功就地補(bǔ)償也有其缺點(diǎn)：⑴不能全面取代高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償；眾所周之，無(wú)功補(bǔ)償按其安裝位置和接線方法可分為：高壓集中補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償。其中就地補(bǔ)償區(qū)域最大，效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬?duì)較小，利用率也高，且能補(bǔ)償變壓器自身的無(wú)功損耗。為此，這三種補(bǔ)償方式各有應(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實(shí)際確定使用場(chǎng)合，各司其職分類。

不同裝置

投切介紹

延時(shí)投切方式即俗稱的"靜態(tài)"補(bǔ)償方式。延時(shí)投切的目的在于防止過(guò)于頻繁的動(dòng)作使電容器造成損壞，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(xiǎn)的 [1]  。

延時(shí)投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復(fù)合開(kāi)關(guān)或者同步開(kāi)關(guān)（又名選相開(kāi)關(guān)）。

投切電容器專用接觸器有一組輔助接點(diǎn)串聯(lián)電阻后與主接點(diǎn)并聯(lián)。在投入過(guò)程中輔助接點(diǎn)先閉合，與輔助接點(diǎn)串聯(lián)的電阻使電容器預(yù)充電，然后主接點(diǎn)再閉合，于是就限制了電容器投入時(shí)的涌流。

復(fù)合開(kāi)關(guān)就是將晶閘管與繼電器接點(diǎn)并聯(lián)使用，但是復(fù)合開(kāi)關(guān)既使用晶閘管又使用繼電器，于是結(jié)構(gòu)就變得比較復(fù)雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對(duì)過(guò)流、過(guò)壓及對(duì)dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合開(kāi)關(guān)故障多半是由晶閘管損壞所引起的

同步開(kāi)關(guān)是近年來(lái)最新發(fā)展的技術(shù)，顧名思義，就是使機(jī)械開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)準(zhǔn)確地在需要的時(shí)刻閉合或斷開(kāi)。對(duì)于控制電容器的同步開(kāi)關(guān)就是要在接點(diǎn)兩端電壓為零的時(shí)刻閉合，從而實(shí)現(xiàn)電容器的無(wú)涌流投入，在電流為零的時(shí)刻斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)的無(wú)電弧分?jǐn)唷Ｓ捎谕介_(kāi)關(guān)省略了晶閘管，因此不僅成本降低，而且可靠性提高。同步開(kāi)關(guān)是傳統(tǒng)機(jī)械開(kāi)關(guān)與現(xiàn)代電子技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，使機(jī)械開(kāi)關(guān)在具有獨(dú)特技術(shù)性能的同時(shí)，其高可靠性以及低損耗的特點(diǎn)得以充分顯示出來(lái)。

當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時(shí)，如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載，這時(shí)電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個(gè)角度，當(dāng)負(fù)荷呈容性時(shí)，如過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，這時(shí)電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個(gè)角度，功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過(guò)補(bǔ)償裝置的控制器檢測(cè)供電系統(tǒng)的物理量，來(lái)決定電容器的投切，這個(gè)物理量可以是功率因數(shù)或無(wú)功電流或無(wú)功功率。

下面就功率因數(shù)型舉例說(shuō)明。當(dāng)這個(gè)物理量滿足要求時(shí)，如cosΦ超前且>0.98，滯后且>0.95，在這個(gè)范圍內(nèi)，此時(shí)控制器沒(méi)有控制信號(hào)發(fā)出，這時(shí)已投入的電容器組不退出，沒(méi)投入的電容器組也不投入。當(dāng)檢測(cè)到cosΦ不滿足要求時(shí)，如cosΦ滯后且<0.95，那么將一組電容器投入，并繼續(xù)監(jiān)測(cè)cosΦ如還不滿足要求，控制器則延時(shí)一段時(shí)間（延時(shí)時(shí)間可整定），再投入一組電容器，直到全部投入為止。當(dāng)檢測(cè)到超前信號(hào)如cosΦ<0.98,即呈容性載荷時(shí)，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時(shí)就要先切除。如果把延時(shí)時(shí)間整定為300s，而這套補(bǔ)償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時(shí)間就為5分鐘，切除也這樣。在這段時(shí)間內(nèi)無(wú)功損失補(bǔ)只能是逐步到位。如果將延時(shí)時(shí)間整定的很短，或沒(méi)有設(shè)定延時(shí)時(shí)間，就可能會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。當(dāng)控制器監(jiān)測(cè)到cosΦ〈0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投入期間，此時(shí)電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即過(guò)補(bǔ)償了，控制器則控制電容器組逐一切除，周而復(fù)始，形成震蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負(fù)載的性質(zhì)有密切關(guān)系，所以說(shuō)這個(gè)參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況整定，要在保證系統(tǒng)安全的情況下，再考慮補(bǔ)償效果。