虞俊杰

0 引言

無功補償是現(xiàn)階段維持電力系統(tǒng)平衡的最主要因素。在輸、配電系統(tǒng)中，無功補償是電感性設(shè)備正常運轉(zhuǎn)不可或缺的條件，也是保證電壓質(zhì)量和供電作業(yè)正常運行的常用手段。通過優(yōu)化電力系統(tǒng)的無功平衡，提高其負荷的功率因數(shù)，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(zhì)量，從而保障電力系統(tǒng)的正常運行和各行業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。

1 無功補償?shù)淖饔?/h2>

1.1 有利于提高變、配電設(shè)備的利用率，降低投資開支

對低功率因數(shù)的負荷進行無功補償，與并聯(lián)電容器相連通，在無功電流得到補償?shù)那闆r下，負荷電流相應(yīng)地會被減少。

在變配電設(shè)備中，由于功率因數(shù)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(shù)；cosφ2為補償后負荷的功率因數(shù)；ΔS為所減少的設(shè)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(shù)是0.7，用公式（1）可以計算得出，當補償功率因數(shù)值到達0.95時，其相對應(yīng)負荷輸電的變配電設(shè)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(shè)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(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(shù)從1下降至cosφ時，電網(wǎng)中的功率損耗將增加的百分數(shù)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(shù)的提高而變小，從而減少了系統(tǒng)中線路電壓的損失，對改善線路末端的電能質(zhì)量也非常有益。

1.4 提高功率因數(shù)，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(shù)調(diào)整電費辦法》對3種功率的因數(shù)標準值作了明確規(guī)定，以此為依據(jù)，電費成本也相應(yīng)縮減。

2 低壓并聯(lián)電容器無功補償?shù)姆诸?/h2>

低壓并聯(lián)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(tǒng)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)，其電容器與用電設(shè)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(shè)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(shè)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(jù)，對電容器組實施投入或者切除。但是分組補償?shù)陌惭b作業(yè)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(yīng)注意的技術(shù)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(lián)；（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(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)象的發(fā)生。在這里我們?nèi)‰娍蛊鞯陌俜直葹樽帜窴，在電網(wǎng)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(fā)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(lián)，當電源被切斷后，由于慣性作用，電動機仍將繼續(xù)運轉(zhuǎn)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?shù)碾娙萜魅萘窟^大時，電動機磁場就會得到自勵，進而產(chǎn)生電壓，即電動機仍處于發(fā)電的工作狀態(tài)。所以，在無功補償過程中，電容器的補償容量應(yīng)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(tǒng)電壓；I0為發(fā)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(tǒng)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(shè)備的正常運行帶來極大影響。電力部門為了改善供電質(zhì)量，通常會在某些線路或者變電站內(nèi)增設(shè)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?shù)蛪簾o功和常年穩(wěn)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(tài)下電壓過高以及容易引起設(shè)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?shù)降墓β室驍?shù)為cosφ2，補償前自然功率因數(shù)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(tài)下，要避免過度補償現(xiàn)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(shù)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(shù)高，則損耗減少的作用就越不明顯，我們一般認為合理補償?shù)墓β室驍?shù)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(shù)，選用電容器容量的必要條件就是不是電容器造成自勵現(xiàn)象，這里可以采用公式（3）進行計算。

5 結(jié)語

無功補償是一項能夠有效提高功率因數(shù)的節(jié)能措施，有著見效快、投資少的特點。并聯(lián)補償電容器的工作原理簡單，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(shù)的合理性。目前，我國很大一部分地區(qū)的配電網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)的平均因數(shù)過低，相信通過采用補償電容器進行合理的補償，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。

［1］鄧麗.淺談低壓電容器無功補償?shù)募夹g(shù)與經(jīng)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(shù)及其經(jīng)濟性［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010（11）

［3］鄧強.淺談低壓電容器無功補償?shù)募夹g(shù)與經(jīng)濟性［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)：下，2009（7）