浅谈低压电容器无功补偿的技术与经济性

虞俊杰

0 引言

无功补偿是现阶段维持电力系统平衡的最主要因素。在输、配电系统中，无功补偿是电感性设备正常运转不可或缺的条件，也是保证电压质量和供电作业正常运行的常用手段。通过优化电力系统的无功平衡，提高其负荷的功率因数，可有效降低变压器和线路中的有功功率损耗和其他部分的电能损耗，提高电能质量，从而保障电力系统的正常运行和各行业的生产发展。

1 无功补偿的作用

1.1 有利于提高变、配电设备的利用率，降低投资开支

对低功率因数的负荷进行无功补偿，与并联电容器相连通，在无功电流得到补偿的情况下，负荷电流相应地会被减少。

在变配电设备中，由于功率因数的增长而导致的所减少的容量（kVA）可以用公式（1）来表示：

式中，cosφ1为补偿前负荷的功率因数；cosφ2为补偿后负荷的功率因数；ΔS为所减少的设备容量；P为负荷的有功功率。

在补偿前，1 000 kW负荷容量的功率因数是0.7，用公式（1）可以计算得出，当补偿功率因数值到达0.95时，其相对应负荷输电的变配电设备容量的缩减值达到了376 kVA。也就是说，在新建项目中，变配电设备容量可以比原额定容量减少376 kVA，从而使基本的电费支出得以削减，新建项目的总体投资费用也随之降低，有着十分明显的经济效益。

1.2 降低电网中的功率损耗

当负荷的功率因数从1下降至cosφ时，电网中的功率损耗将增加的百分数约为：

1.3 有利于减少线路压降

线路中的电流传送随着功率因数的提高而变小，从而减少了系统中线路电压的损失，对改善线路末端的电能质量也非常有益。

1.4 提高功率因数，减少耗电费用

国家水利电力部、国家物价局在1983年颁布的《功率因数调整电费办法》对3种功率的因数标准值作了明确规定，以此为依据，电费成本也相应缩减。

2 低压并联电容器无功补偿的分类

低压并联电容器的无功补偿分为集中补偿、个别补偿、分组补偿3种方式：（1）集中补偿。将移相变压器与降压变电所或者地方变电所的母线直接相连。这种补偿方式对电容器的利用率很高，电力系统和变电所主变压器的无功负荷也随之减少，供电线路的无功负荷同样也会降低。但是，对于低压电网来说，集中补偿法并不能降低其无功负荷。（2）个别补偿。个别补偿方式常见于电压网络，其电容器与用电设备直接相连。个别补偿方式所进行的无功补偿较为彻底。通过个别补偿，高压线路和变压器的无功电流得以减少，低压干线与其分支线的无功电流同时也减少，这对线路和变压器在有功损耗控制方面是一个较大的改善。但在采用个别补偿方式时，其缺点是用于电容器的投资过大，且电容器利用率不高。因此，个别补偿方式有一定局限性，它对于大容量电气设备或者所需无功补偿较大的负荷往往具有很高的使用价值，同时也适用于长距离供电线路的电气设备。（3）分组补偿。分组补偿方式是将移相电容器与车间配电室的母线直接连接。与个别补偿方式相比较，分组补偿对电容器的利用率较高。对于高压供电线路和变压器来说，分组补偿能够有效降低其无功负荷，并且能够以负荷变动为依据，对电容器组实施投入或者切除。但是分组补偿的安装作业较为繁琐，也不能减少分支线路中的无功电流。

3 无功补偿应注意的技术问题

3.1 防止涌流

在投入电容器的过程中，往往会伴随有很大的涌流。电容器投入涌流在IEC出版物831电容器篇中的计算公式如下：

式中，Is为电容器投入时的涌流（A）；In为电容器额定电流（A）；S为安装电容器处的短路功率（MVA）；Q为电容器容量（Mvar）。

针对这种情况，在低压电容器回路中可采取以下3种方式加以控制：（1）将电抗器串联；（2）提高投切电容器的容量；（3）使用专门用于电容器投切的接触器。

3.2 防止系统谐波产生的影响

电容器回路作为LC电路，很容易对某些特定的谐波产生谐振的现象，从而使谐波放大，电流随之增加，电压也同样升高。要解决此类现象，可以考虑将一定感抗值的电抗器串联在一起，以避免谐振现象的发生。在这里我们取电抗器的百分比为字母K，在电网中，当5次谐波较高、3次谐波略低时，K值宜取4.5%；若3次谐波过高，K值则取12%；谐波不高的情况下，K值取0.5%为佳。

3.3 防止自励情况的发生

在使用电容器对电动机无功功率进行就地补偿过程中，电容器与电动机直接并联，当电源被切断后，由于惯性作用，电动机仍将继续运转一段时间，此时电容器的放电电流就成为励磁电流。当用于无功补偿的电容器容量过大时，电动机磁场就会得到自励，进而产生电压，即电动机仍处于发电的工作状态。所以，在无功补偿过程中，电容器的补偿容量应低于电动机的空载容量，通常情况下取空载容量的0.9倍。计算公式如下：

式中，QC为补偿电容器容量；U为系统电压；I0为发动机空载电流。

4 电容补偿控制的选择和补偿容量的确定

在电力系统中，某些末端变电站由于输电线路过长，负荷过大，电压也明显偏低，给用电设备的正常运行带来极大影响。电力部门为了改善供电质量，通常会在某些线路或者变电站内增设电容器组，以提高末端电压，达到平衡电压的目的。

4.1 电容器组的投切方式

电容器的投切方式有手动投切和自动投切2种。手动投切适用于补偿低压无功和常年稳定的高压电容器组；自动投切则适用于避免过量补偿、在轻载状态下电压过高以及容易引起设备损坏的情况。若高压补偿效果与低压补偿效果相同，则优先考虑低压自动补偿装置。

4.2 确定电容器补偿容量

在对电容器补偿容量确定之前，要先进行负荷计算，确定无功功率Q和有功功率P，需要补偿到的功率因数为cosφ2，补偿前自然功率因数为cosφ1，那么补偿电容器容量为：

在对电容器无功补偿容量进行确定时，同时要保证以下3点：（1）轻负荷状态下，要避免过度补偿现象，以免做无用功导致功率损耗增加，造成资源浪费。（2）功率因数的变化与每千瓦补偿容量损耗减少的作用成反比。即功率因数高，则损耗减少的作用就越不明显，我们一般认为合理补偿的功率因数值为0.95。（3）励磁电流是就地补偿电容器容量的主要选择参数，选用电容器容量的必要条件就是不是电容器造成自励现象，这里可以采用公式（3）进行计算。

5 结语

无功补偿是一项能够有效提高功率因数的节能措施，有着见效快、投资少的特点。并联补偿电容器的工作原理简单，操作方便，运行经济效益高，并且能够分组投切以保证电压合格率和功率因数的合理性。目前，我国很大一部分地区的配电网和农网的平均因数过低，相信通过采用补偿电容器进行合理的补偿，其供电质量一定能够得到有效提高，并能取得更为明显的经济效益。

［1］邓丽.浅谈低压电容器无功补偿的技术与经济性［J］.北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2011（7）

［2］张润果.浅谈低压电容器无功补偿技术及其经济性［J］.科技情报开发与经济，2010（11）

［3］邓强.浅谈低压电容器无功补偿的技术与经济性［J］.企业技术开发：下，2009（7）