淺談智能低壓電容器在無(wú)功補償應用中的技術(shù)與經(jīng)濟性

摘要：主要介紹了電容器無(wú)功補償的作用，并對低壓并聯(lián)電容器無(wú)功補償的種類(lèi)、電容補償容量確定以及補償控制的選擇作了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：低壓并聯(lián)電容器；無(wú)功補償；技術(shù)；經(jīng)濟性

0引言

無(wú)功補償是現階段維持電力系統平衡的主要因素。在輸、配電系統中，無(wú)功補償是電感性設備正常運轉*的條件，也是保證電壓質(zhì)量和供電作業(yè)正常運行的常用手段。通過(guò)優(yōu)化電力系統的無(wú)功平衡，提高其負荷的功率因數，可有效降低變壓器和線(xiàn)路中的有功功率損耗和其他部分的電能損耗，提高電能質(zhì)量，從而保障電力系統的正常運行和各行業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。

1無(wú)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(kāi)支

對低功率因數的負荷進(jìn)行無(wú)功補償，與并聯(lián)電容器相連通，在無(wú)功電流得到補償的情況下，負荷電流相應地會(huì )被減少。

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

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

在補償前，1000kW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(shí)，其相對應負荷輸電的變配電設備容量的縮減值達到了376kVA。也就是說(shuō)，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(zhù)十分明顯的經(jīng)濟效益。

1.2降低電網(wǎng)中的功率損耗

當負荷的功率因數從1下降至cosφ時(shí)，電網(wǎng)中的功率損耗將增加的百分數約為：

1.3有利于減少線(xiàn)路壓降

線(xiàn)路中的電流傳送隨著(zhù)功率因數的提高而變小，從而減少了系統中線(xiàn)路電壓的損失，對改善線(xiàn)路末端的電能質(zhì)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*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(lián)電容器無(wú)功補償的分類(lèi)

低壓并聯(lián)電容器的無(wú)功補償分為集中補償、個(gè)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(xiàn)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(wú)功負荷也隨之減少，供電線(xiàn)路的無(wú)功負荷同樣也會(huì )降低。但是，對于低壓電網(wǎng)來(lái)說(shuō)， 集中補償法并不能降低其無(wú)功負荷。(2)個(gè)別補償。個(gè)別補償方式常見(jiàn)于電壓網(wǎng)絡(luò )，其電容器與用電設備直接相連。個(gè)別補償方式所進(jìn)行的無(wú)功補償較好。通過(guò)個(gè)別補償，高壓線(xiàn)路和變壓器的無(wú)功電流得以減少，低壓干線(xiàn)與其分支線(xiàn)的無(wú)功電流同時(shí)也減少，這對線(xiàn)路和變壓器在有功損耗控制方面是一個(gè)較大的改善。但在釆用個(gè)別補償方式時(shí)，其缺點(diǎn)是用于電容器的投資過(guò)大，且電容器利用率不高。因此，個(gè)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(wú)功補償較大的負荷往往具有很高的使用價(jià)值，同時(shí)也適用于長(cháng)距離供電線(xiàn)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(chē)間配電室的母線(xiàn)直接連接。與個(gè)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(xiàn)路和變壓器來(lái)說(shuō)，分組補償能夠有效降低其無(wú)功負荷，并且能夠以負荷變動(dòng)為依據，對電容器組實(shí)施投入或者切除。但是分組補償的安裝作業(yè)較為繁瑣，也不能減少分支線(xiàn)路中的無(wú)功電流。

3無(wú)功補償應注意的技術(shù)問(wèn)題

3.1防止涌流

在投入電容器的過(guò)程中，往往會(huì )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（2）如下：

式中，Is為電容器投入時(shí)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釆取以下3種方式加以控制：(1)將電抗器串聯(lián)；(2)提高投切電容器的容量；(3)使用專(zhuān)門(mén)用于電容器投切的接觸器。

3.2防止系統諧波產(chǎn)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(chǎn)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(lèi)現象，可以考慮將一定感抗值的電抗器串聯(lián)在一起，以避免諧振現象的發(fā)生。在這里我們取電抗器的百分比為字母K，在電網(wǎng)中，當5次諧波較高、3次諧波略低時(shí)，K值宜取4.5%；若3次諧波過(guò)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(fā)生

在使用電容器對電動(dòng)機無(wú)功功率進(jìn)行就地補償過(guò)程中，電容器與電動(dòng)機直接并聯(lián)，當電源被切斷后，由于慣性作用，電動(dòng)機仍將繼續運轉一段時(shí)間，此時(shí)電容器的放電電流就成為勵磁電流。當用于無(wú)功補償的電容器容量過(guò)大時(shí)，電動(dòng)機磁場(chǎng)就會(huì )得到自勵，進(jìn)而產(chǎn)生電壓，即電動(dòng)機仍處于發(fā)電的工作狀態(tài)。所以，在無(wú)功補償過(guò)程中，電容器的補償容量應低于電動(dòng)機的空載容量，通常情況下取空載容量的0.9倍。計算公式（3）如下：

式中，Qc為補償電容器容量；U為系統電壓；Io為發(fā)動(dòng)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(xiàn)路過(guò)長(cháng)，負荷過(guò)大，電壓也明顯偏低，給用電設備的正常運行帶來(lái)較大影響。電力部門(mén)為了改善供電質(zhì)量，通常會(huì )在某些線(xiàn)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(dòng)投切和自動(dòng)投切2種。手動(dòng)投切適用于補償低壓無(wú)功和常年穩定的高壓電容器組；自動(dòng)投切則適用于避免過(guò)量補償、在輕載狀態(tài)下電壓過(guò)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(yōu)先考慮低壓自動(dòng)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(jìn)行負荷計算，確定無(wú)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(wú)功補償容量進(jìn)行確定時(shí)，同時(shí)要保證以下3點(diǎn)：(1)輕負荷狀態(tài)下，要避免過(guò)度補償現象，以免做無(wú)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，這里可以釆用公式(3)進(jìn)行計算。

5安科瑞AZC/AZCL智能電力電容器產(chǎn)品介紹

5.1概述

AZC系列智能電容器是0.4KV、50Hz 低壓配電節能、降低線(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。替代常規由熔絲、 復合開(kāi)關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線(xiàn)連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補償裝置。改變了傳統無(wú)功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，從而使新一代低壓無(wú)功補償設備具有補償效果更好，體積更小，功耗更低，價(jià)格更廉，節約成本更多，使用更加靈活，維護更方便，使用壽命更長(cháng)，可靠性更高的特點(diǎn)，適應了現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的更高要求。

AZC系列智能電容器采用定制段式LCD液晶顯示器，可實(shí)時(shí)顯示三相母線(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度。

在AZC基礎上，AZCL系列智能集成式電力電容補償裝置串接合適電抗率（7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境，14&適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境）的電抗，可有效抵制諧波，避免諧振放大諧波，保護電容柜本身壽命。

5.2應用場(chǎng)合

醫院類(lèi)、商業(yè)中心、數據中心、變頻器行業(yè)、光伏行業(yè)、港口/油田類(lèi)、化工/冶煉類(lèi)...

5.3安科瑞AZC/AZCL系列智能電容器的選型

AZC智能電力電容補償裝置

AZCL智能集成式電力電容補償裝置

6結語(yǔ)

無(wú)功補償是一項能夠有效提高功率因數的節能措施，有著(zhù)見(jiàn)效快、投資少的特點(diǎn)。并聯(lián)補償電容器的工作原理簡(jiǎn)單，操作方便，運行經(jīng)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(wǎng)和農網(wǎng)的平均因數過(guò)低，相信通過(guò)釆用補償電容器進(jìn)行合理的補償，其供電質(zhì)量一定能夠得到有效提高，并能取得更為明顯的經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

• 虞俊杰.淺談低壓電容器無(wú)功補償的技術(shù)與經(jīng)濟性[J].機電信息，2013年第6期
• 張潤果.淺談低壓電容器無(wú)功補償技術(shù)及其經(jīng)濟性[J].科技情報開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟，2010(11)
• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版
• 安科瑞電能質(zhì)量監測與治理選型手冊.2019.11版