无功功率范文

导语：如何才能写好一篇无功功率，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】电力系统 无功功率 无功补偿 配置

当前能够对能源进行有效利用并便于传输的供电系统基本上都是交流电形式，即其电压和电流变化在时间轴上的变化规律是按照正弦周期性变化。

电流及电压值随时间轴按正弦方式作周期变化的交流电力系统，是当今有效利用能源、方便传输能量、灵活使用能量的有利工具。相比于直流供电形式，交流系统电源主要以两种方式向负载供应电功率：有功功率及无功功率，有功功率即实现将电能转为其他用途的功率(如光能、机械能等)，而无功功率则主要在电网线路内部用于电、磁场之间的转化，以及在一些特殊电器件中形成并保持磁场。在正常情况下电力系统中的无功功率是由异步电动机、电力变压器，电弧炉和线路无功损耗以及串并联电抗器等无功负荷产生的，其中电机、变压器在电网中所占的无功功率比例是最高的，有些甚至占全厂负荷载重的80%之上。若此时电网供给的无功功率不能满足其负载需求，则无功电源及其负载保持低电压平衡。由于电力系统运行电压水平低，会给电力系统带来一系列危害，表现在以下四个方面：

1 设备出力不足

线路及变压器装置允许的通过容量减少，由于并联电容器与之电压有平方关系，故其也减少出力，进而造成无功功率更少，导致发电机出力不足，电压降低幅度在10%到15%，有功、无功功率出力降低约为10%到15%。

2 设备损坏

由于电压低，用户电动机出力降低。如果电压降低20%，电动机转矩减少36%，电流增加约为20~25%，设备温度升高12~15%。若电压降低，则无法带动电机轴正常运转，造成其堵转，绕组形成过电流，因发热过多而烧坏设备。

3 电力系统损耗增加

线路、变压器有功损耗和无功损耗增加。如果线路电压平均降低15%，线路损耗增加大约32%。

4 电力系统稳定度降低

若电网系统的无功功率不足时，则发电机无功出力将被迫增大，同时受端系统的电压值降低。若送电线路突发故障时，电源供给的无功功率更小，则受端系统的电压降低幅度更大，若电压降到低于额定值的70%或更多，则可能会造成电压崩溃，进而造成断电。

由于无功不足带来的危害极大，需要用无功补偿设备补偿系统中无功功率的不足，以维持整个系统的无功平衡和稳定。电容器、调相机和静止无功补偿器是无功补偿的主要设备，而其中的电容器具有小成本投入、有功功耗低且运维管理便利等特点，因而常使用并联形式的电容器用于电网运行系统中的无功功率补偿器件。当其连接到电网线路时，需注意以下要求：

（1）为降低因无功功率在传输中造成的电网有功功率的损耗，原则上应对无功功率进行就地平衡补偿，即低电压区的无功功率使用低压电容器件进行补偿，高电压区进行高压补偿；另外，在正常环境下的电厂中，低压电容器应尽量以分散形式补偿；针对容量大、负荷稳定且频繁工作的用电设备的无功功率补偿，应单独就地进行。

（2）若使用的电容器容量值较大，则应按照其工作电压变化情况、负荷跳动、设备本身的技术条件、电网处的背景谐波含量等因素进行分组，且分组后的电容器装置在各组中工作时，不能出现谐振情况。

（3）为了抑制谐波和抑制涌流，电容器组宜串联适当参数的电抗器。仅用于抑制涌流时，电抗率宜取0.1%~1.0%。在对谐波进行抑制时，电抗率的选定需以并联电容器件接到电网处的背景谐波含量为参考依据。

（4）为更好地对无功功率进行补偿，并减少功耗，应避免用户向电网传输无功功率；在高压区无高压负载时，不应在高压区安装并联电容器。

为使无功功率在远程传输或多级变压器中功率损失降低最低，并减少在其过程中造成的有功功耗，提升电网的整体供电效率，对无功功率的补偿应遵循“就地补偿、分层分区进行平衡”等原则。这个原则对地区配电网显得尤其重要，以下是根据东北电网和一些地区电网的实际调查分析，无功负荷构成比例参加如图：

通过表格看出，地区电网中负荷和配电网无功网损占无功总负荷的80%左右；35KV及以上电网无功网损占20%左右，所以合理配置配电网中的无功补偿显得尤其重要。

综上所述，在供配电电网中进行无功补偿和无功平衡，是保障电网中电压稳定及满足用户对用电质量需求的必要方法，同时对降低电能的损耗，提高电网在供电上的有效利用率方面也极具重要意义。

参考文献

[1] 中国机械工业联合会.供配电系统设计规范 GB50052-2009[M].北京：中国计划出版社，2010（5）.

[2]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册[M].北京：中国电力出版社,1998(6).

[3]朱耀辉.提高配电网的功率因数,优化无功配置[J].黑龙江科技信息,2009(17):15-17.

篇2

【关键词】无功功率；补偿；电容器容量

工业厂房中电力设备大部分的工作原理是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场。在一个周期内吸收功率、释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，电源能量仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动。由于这种交换功率并不对外做功，因此被称为无功功率。

从物理角度来解释感性无功功率：由于线圈是贮藏磁场能量的元件，磁场能量随着加在线圈上的交流电压的变化而变化。当电压增大，电流增大，磁场能量相应加强，此时线圈的磁场能量将外供能量以磁场能量形式贮藏起来；当电压减小，电流减小，磁场能量相应减弱时，线圈把磁场能量释放并输回到外面电路中。在此过程中，交流电感电流不消耗功率，电路仅是电源能量与磁场能量之间的往复转换。

从物理角度来解释容性无功功率：由于电容器加上交流电压后，电压交变时，相应的电池能量也随之变化。当电压增大，电流增大，电场能量也相应加强，此时电容器的电场能量将外供能量以电场能量形式贮藏起来；当电压减小，电流减小，电场能量相应减弱时，电容器的电场能量将外供能量以电场能量形式释放并输回到外面电路中。在此过程中，交流电容电路不消耗功率，电路中仅是电源能量与电场能量之间的往复交换。

一、无功功率的影响

⑴设备容量增加。无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备和导线容量增加。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。

参考文献

篇3

关键词 无功功率 电容 电感元件 交流电路 功率补偿

中图分类号：G718.2 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2013）24-0040-02

一、无功功率概念

我们知道，在我们中职学校《电工基础》教材中，已经介绍了电路的基本元件有三种：电阻、电感、电容。当交流电通过这三种元件时，电阻元件由于电流与电压相同，所以瞬时功率在任一瞬间的数值都为正值。说明电阻始终在消耗电能，因此，电阻元件是一种耗能元件，我们把它消耗的功率叫有功功率，用大写字母P表示。交流电流通过纯电感元件的电路中，电压超前电流90埃煌ü康缛莸缏肥钡缌鞒暗缪？0埃绺械拇懦『偷缛莸牡绯诮涣鞯绫浠恢芷诘囊徊糠质奔淠谝徊糠执拥缭次展β剩硪徊糠钟质头殴β省T谝桓鲋芷谀诠β实钠骄滴恪K侵挥氲缏方换荒芰浚陨聿⒉幌牡缒埽虼怂鞘歉龃⒛茉N颐俏撕饬看⒛茉偷缏方换荒芰康墓婺#胛薰β实母拍睢N薰β矢拍钪皇俏颐俏饲鹩泄β矢拍疃摹R虼私涣鞯缏分杏傻缭垂涸氐牡绻β视辛街郑阂恢治泄β剩恢治薰β省6杂谟泄β剩淖饔眯Ч惫郏阌谘斫夂驼莆眨衷诙云涠家丫荒吧恕6杂谖薰β剩芄徽啡鲜逗驼莆盏难⒉欢啵踔劣邢嗟币徊糠盅阉衔恰拔抻谩钡墓β省U庵饕且蛭薰β时冉铣橄螅饔眯Ч床患⒚蛔潘隆J率瞪希薰β什皇恰拔抻谩钡墓β省K邓俏薰β剩皇且蛭酝獠蛔龉Γ疟怀莆拔薰Α薄N吮苊舛晕薰β什淼娜鲜逗屠斫猓⒁桓鐾暾⒄返慕涣鞯绻β实母拍睢N薰β实母拍钍窍喽杂谟泄β识缘囊桓龈拍睢K接泄β示褪侵副3钟玫缟璞刚T诵兴璧牡绻β剩簿褪墙缒茏晃渌问侥芰浚ɑ的堋⒐饽堋⑷饶埽┑牡绻β省@缫桓？.5KW的电动机，就是把2.5KW（有功功率）的电能转为机械能，然后通过机械设备对外做功。而无功功率是指为建立交变磁场和感应磁通或是电容为在两极板上积累电荷而需要的电功率。用于电路内电场与磁场的交换，起到在电气设备中建立、维护和稳定磁场或电场的作用。电动机内部磁场的建立就需要这个功率。因此无功功率的含义：“为建立交变的电场和交变磁场而需要的电功率称为无功功率”。其物理意义是：电路中电感元件与电容元件正常工作所需要的功率交换。

二、无功功率存在的意义

所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，相反它的用处很大，电动机需要从电源取得无功功率才能建立和维持旋转磁场，使转子转动；变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。各种继电器也是同样需要无功功率建立磁场来进行工作。只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。一部分将用于做功而被消耗掉，如电流通过电阻元件时产生的热量。这部分称为“有功功率”；另一部分能量是用来建立磁场、电场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有做功，称为“无功功率”，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立磁场，电动机、变压器等设备就不能运转；电容器就不能充放电进行整流了。无功功率不足，无功电源和无功负荷将处于低电压的平衡状态，将给电力系统带来诸如出力不足，电力系统损耗增加，设备损坏等一系列的损害，甚至可能引起电压崩溃事故，造成电网大面积停电。

三、无功功率补偿原理

1.在电容和电感元件间进行互补

在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流滞后电压90埃康缛莞涸刂械缌鞒暗缪？0耙簿褪撬荡康缛葜械缌骱痛康绺兄械牡缌飨辔徊钗？80埃梢曰ハ嗟窒吹钡缭聪蛲夤┑缡保行愿汉上蛲馐头诺哪芰坑扇菪愿汉纱⒋嫫鹄矗坏备行愿涸匦枰芰渴保儆扇菪愿汉上蛲馐头诺哪芰坷刺峁D芰吭诹街指汉杉湎嗷ソ换唬行愿汉伤枰奈薰β示涂捎扇菪愿汉墒涑龅奈薰β手械玫讲钩ィ迪至宋薰β示偷亟饩觯锏讲钩サ哪康摹？

2.采用同步电动机与感应电动机互补

通过调节同步电机的励磁电流，可使同步电机发出滞后或超前的无功功率。

无论是工矿企业用电设备，还是家用电器，或是其他部门用电，最主要的是感应电动机和变压器等感性负载，均要向电网吸收滞后的无功功率，因此我们在一些拖动转速不变的大功率生产机械设备，如球磨机、鼓风机、水泵等采用同步电动机，随着变频技术的发展在一些大型提升机、皮带运输机等尽量采用同步电动机，使其工作在过励状态下吸收超前的无功功率，达到无功功率的互补的目的。

四、无功功率进行补偿的意义

1.电源设备的能量不能充分利用

我们知道，发电机和变压器正常运行时不能超过其额定电压UN和额定电流IN，即其视在功率（S）是一个确定的值。由于S2=P2+Q2，Q的存在降低发电机有功功率的输出。

2.电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加，输电效率则低

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【关键词】:无功功率 无功功率补偿 并联电容器 静止补偿装置

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1003-8809（2010）05-0120-01

一、无功功率的定义及无功补偿原则

接在电网中的许多用电设备都是根据电磁感应原理工作的。例如：通过磁场，变压器改变电压并将能量送出去，电动机转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的，电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫做感性无功功率。电容器在交流电网中接通时，在一个周期内，上半周的充电功率和下半周的放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已，因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。电网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，在一定的有功功率下，当用电企业cosφ越小，其视在功率也越大，而我们希望的是功率因数越大越好，这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

无功补偿应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输，在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。

二、无功功率补偿的基本原理

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路中，当容性功率负荷释放能量时，感性功率负荷吸收能量；当感性功率负荷释放能量时，容性功率负荷吸收能量；两种负荷之间互相进行能量交换。由此，感性功率负荷所吸收的无功功率可由容性功率负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。

三、无功功率补偿的方法

无功功率补偿的方法有很多种，主要是采用电力电容器或是采用具有容性负荷的装置进行补偿。

1.同步电动机补偿。这种方法是改善用电的功率因数，但设备复杂，造价高，只适用于在具有大功率拖动装置时采用；

2.调相机补偿。这种装置调整性能好，在电力系统故障情况下，也能维持系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性，但造价高，投资大，损耗也较高，且运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变电所，一般用户较少用。

3.异步电动机同步化补偿。这种方法有一定的效果，但自身损耗大，一般都不采用。

4.加装并联电力电容器补偿。这种方法具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小等优点，是当前国内外广泛采用的补偿方法。并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以无功就地平衡为原则。安装并联电容器补偿无功功率时，可采取个别补偿、分散补偿和集中补偿三种方式。

四、无功补偿装置

同步电机、静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这四种装置又称为无功补偿装置。目前所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三大类型：

1.具有饱和电抗器的无功补偿装置

具有饱和电抗器的无功补偿装置分为两种，即自饱和电抗器和可控饱和电抗器无功补偿装置。具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身固有的能力来稳定电压，利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小。可控饱和电抗器是通过改变控制绕组中的工作电流控制铁心的饱和程度，从而改变工作绕组的感抗，进一步控制无功电流的大小。具有饱和电抗器的静止无功补偿装置目前应用的较少，一般只用在超高压输电线路中。

2.静止无功补偿装置

静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止无功补偿器由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，可分为晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器两种补偿装置。

⑴晶闸管控制电抗器（TCR）

晶闸管控制电抗器由两个相互反向并联的晶闸管与一个电抗器相串联，其三相多接成三角形。这种具有TCR型的补偿器反应速度快，灵活性大，目前在输电系统和工业企业中应用最为广泛。

⑵晶闸管投切电容器（TSC）

晶闸管投切电容器是为了解决电容器组频繁投切的问题而产生的。两个相互反向并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流。TSC补偿装置用于三相电网中，一般负荷对称网络采用星形连接，负荷不对称网络采用三角形连接。TSC补偿装置可以很好的补偿系统所需的无功功率，如果级数分得足够细化，基本上可以实现无级调节。

3.新型静止无功发生器（ASVG）

静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。静止无功发生器响应速度快，谐波电流少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。由于ASVG在改善系统电压质量，提高稳定性方面具有SVC无法比拟的优点，因此ASVG是今后静止无功补偿技术发展的方向。针对电力有源滤波器在滤除谐波的时候与电力系统不发生谐振的特点，今后的发展将是电力有源滤波与ASVG相结合以消除传统ASVG设备中并联无源滤波器的所产生的谐振问题。

五、结束语

随着电力电子技术的迅猛发展及其在电力系统中的更广泛应用，无功功率补偿装置将向着管理系统化、补偿准确化、操作简单化的方向发展，远程无功功率补偿控制管理系统将是今后发展的潮流。

参考文献

[1] 米勒．电力系统无功功率控制。

[2] 王庆林．无功功率快速自动补偿装置设计探讨。

[3] 姜齐荣，等．采用GTO的±120kvar新型静止无功发生器。

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关键词： 无功功率补偿； 控制方式选择； 经济效益

中图分类号： TM761+.1 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）02-0047-02

1 无功功率补偿控制概述

1.1无功功率的产生和影响

在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时也发无功功率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率，称为线路的充电功率，它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户（负荷）在需要有功功率（P）的同时还需要无功功率（Q），其大小和负荷的功率因数有关；有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗（ΔP）和无功功率损耗（ΔQ），也会产生电压降落（ΔU）。无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗以及电压降落；由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值，所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大，并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。

1.2无功补偿的作用

无功补偿可以收到下列的效益：①提高用户的功率因数，从而提高电工设备的利用率;②减少电力网络的有功损耗；③合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；④在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；⑤装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形，减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

1.3无功补偿装置

除发电机和输电线外的无功电源主要有：①并联电容器组是一种静态的无功补偿装置。用它进行的补偿称为并联电容补偿。②同步调相机；③静止无功补偿器。后两者属于动态的无功补偿装置。

另外，在远方水电站和坑口火电厂等的出线母线上，长距离输电线的两侧线路上，以及长距离输电线的开关站等地方接有并联电抗器，也是一种无功补偿装置。用其进行的补偿称为并联电抗补偿。远方电站出口母线上的并联电抗器主要是吸收发电机所发的无功功率，以使发电机能运行在合理的功率因数下而又避免无功的长距离输送。长距输电级上配置的并联电抗器，主要是吸收线路空载和轻载时的充电功率，使沿线电压分布合理并降低工频稳态和暂态过电压。

鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低对发、供、用电设备的充分利用、节约电能和改善电压质量有着重要影响。为了提高用户的功率因数并保持其均衡，以提高供电用双方和社会的经济效益，特制定功率因数的标准值与功率因数调整电费。如表一。

2 补偿方式的选择

2.1 个别补偿

即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。

适合用于低压网络，优点是补偿效果好，缺点是电容器利用率低。

2.2分组补偿

即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。

优点是电容器利用率较高且补偿效果也较理想（比较折中）。

2.3集中补偿

即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。

优点：是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。

缺点：不能减少用户内部配电网络的无功负荷。实际中上述方法可同时使用。对较大容量机组进行就地无功补偿。

3 控制方式的选择

3.1个别补偿的控制方式

3.1.1 启动不频繁的设备

启动不频繁的设备可选择空气自动开关、熔断器作为保护设备

3.1.2启动较频繁的设备

启动较频繁的设备可选择FKA系列智能复合开关(投切间隔时间大于30s)、TSC动态投切开关。选型如表2、表3.

3.2分组补偿、集中补偿的电力电容器柜

装置中使用了交流接触器、投切专用交流接触器、可控硅功率模块、固态继电器、复合固态继电器等作为并联电容器的投切开关，由于并联电容器的投切开关对装置的性能具有决定性的影响，因而合理的选择投切开关就显得十分重要。

3.2.1交流接触器和投切专用交流接触器

交流接触器是传统的低压补偿并联电容器的投切开关，优点是成本低、控制简单、使用方便，缺点是投切时会产生较大的涌流和过电压，其大小与感性负载的大小(如变压器的短路容量)、阻抗、电容器的容量，交流接触器的性能有关。切除时易产生电弧，触点易于烧毁、寿命较短，不适用于频繁投切的场合。

电容器投切专用交流接触器是为了减轻涌流对交流接触器的影响而设计的，其与普通交流接触器的不同之处是将普通接触器触点加以改善，配上抑制投切电流的电阻，采用并联开关分步投切的方法，先合上带电阻的开关再合上不带电阻的开关来减少投切过程中产生的涌流和过电压。由于其只能降低投切过程中产生的涌流和过电压，并不能从根本上解决问题，在电容器容量相对较大时，仍然会产生很大的涌流，因而其应用仍然受到一定的限制。

由于上述两种交流接触器在应用于低压并联电容器投切时存在着不可克服的涌流问题和触点的烧蚀问题，对电容器和装置的寿命有较大的影响，所以其在电容器投切领域的应用越来越少，正逐步被功率电子开关所替代。但由于其价格低廉，在某些技术要求较低、电网波形畸变严重不适于应用电力电子开关的场合仍有使用，需安排人巡查、定时更换。

3.2.2 可控硅开关、固态继电器

反并联可控硅开关加上具有过零检测功能的驱动电路，即成为一个典型的具有“零压差”投入，零电流退出功能的电力电子投切开关，具有较高的dV/dt和dI/dt承受能力，可有效的抑制电容器投入时的浪涌电流和过电压的产生及退出时的拉弧电流。常规的做法是将反并联的可控硅模块外部配装专用的触发线路板。

投切专用的固态继电器是将上述开关的反并联的可控硅模块及外部配装专用的触发线路板的全部器件以固态继电器的标准封装形式封装在一个壳体内，内置阻容吸收，故结构紧凑，综合成本较低，外形上有方型或长条型以适合不同用户的联接需要。具有体积小、耐蚀防潮、安装使用方便等特点，是目前可控硅开关的常用封装形式。

上述两种电力电子投切开关的工作原理完全相同，都是以具有零检测功能的触发电路控制反并联的可控硅无触点开关。优点是投切电容器时“零压差"投入、零电流切除，实现无涌流或小涌流投切，提高了电容器寿命，无触点无拉弧，开关速度高、反应时间快，干扰小、体积小、耐腐蚀，寿命长、可靠性高，易于与计算机接口、适用于智能型无功控制器或配电综测仪对电网进行动态无功补偿和远程控制。另外可方便地实现单相分相补偿或三相共补。缺点是工作中功耗较大，使用时需加装散热器，成本也比适用交流接触器高许多。但由于其性能优越，应用者众多。

3.2.3复合投切开关、复合固态继电器

交流接触器投切开关压降小、发热少，但涌流大、寿命短，电力电子投切开关涌流小、寿命长，但压降高、功耗大、需要散热，各有优缺点。能否整合它们的优点，优势互补，制造出具有“零压差”投入、零电流切除、低压降保持特性的投切开关，科技人员采用电力电子开关负责控制电容器的投入和切除，交流接触器负责保持电容器投入后的接通的方法制造出了复合投切开关。这种投切开关同时具备了交流接触器和电力电子投切开关的优点，不但抑制了涌流，避免了拉弧，而且功耗较低，不再需要配备笨重的散热器和冷却风扇。尤其是复合固态继电器将复合投切开关集成一体，体积小、重量轻、性能优良，是低压无功自动补偿装置中并联补偿电容器的理想投切开关。

4补偿容量测量与计算

4.1测量方法

采用双钳相位表测量（以单相为例）A相电流、电压值以及电流电压角，譬如电流53A、电压224V、电压超前45°，则：

总功率S=I*U=53*224=11.87(kW)

有功功率P=I*U*COSΦ=53*224*COS45°=8.393(kW)

无功功率Q=I*U*SINΦ=53*224*SIN45°=8.393 (kva)

若将功率因数由目前的0.707分别提高到0.9和1需要并联多少千乏电容器， Q1=P*SINΦ/ COSΦ=8.393*0.43/.09=4.06(kva)

ΔQ=8.393-4.06=4.333(kva)

故：提高到0.9和1需要并联4.333和8.393千乏电容器，由上式可知功率因数由0.707提高到0.9需要4.333千乏功率因数由0.9提高到1需要4.06千乏。这说明功率因数由低提高到高投入容量较小，而由较高水平提高到更高则投入容量大。所以，要合理选择功率因数提高的水平。

4.2 根据电度表及负荷工作时间计算方法

已知：某工厂有功功率月耗电量15000kWh，月平均功率因数为0.65，30天日平均负荷工作时间为6小时。欲把功率因数提高到0.95，需配多大容量电容器。

平均有功功率P=15000/30*6=83.33kW

无功功率Q=P*tgφ=83.33*1.169=97.42(kav)

功率因数提高到0.95时，S=P/COSφ=83.33/0.95=87.72KVA

Q=S*SINφ=87.72*0.31=27.2(kva)

故补偿电容量ΔQ=97.42-27.2=70.22（kva）

5 无功补偿投资与经济效益

以上述为例，选择20kva，380V，50Hz电容器6只（每千乏10元），控制器一只（约700元），FKA系列智能复合开关6只（每只300元），控制屏一个（约1200元），共计4900元，每月无功功率调整电费15000*0.6*0.15=1350（元）

投资回收期（月）=4900/1350=4（月）

一般来说无功补偿投资回收期应小于2年为宜。

结语

随着电力电子技术的迅猛发展，造价低廉，控制精度高，稳定性好的可控硅开关、固态继电器、复合固态继电器将不断面世，为无功功率补偿的应用提供了更好的前景。大力推广无功功率补偿技术必将为企业带来良好的经济效益和创建节约型社会做出贡献。

参考文献：

[1] 钱平主编.交直流传动控制系统[M].北京:高等教育出版社，2007.

[2] 黄坚主编.自动控制原理极其应用[M].北京:高等教育出版社，2001.

[3] 刘春华主编.工业企业电器调整手册[M].北京：冶金工业出版社，2001.

篇6

关键词：煤矿井下；无功功率；检测与补偿

Abstract: combining the current situation of the coal mine underground power grid, to all sorts of reactive compensation schemes are compared, in the instantaneous reactive power theory basis, put forward based on the thyristor controlled reactor compensation scheme. The circuit structure is simple, fast dynamic response, can improve the whole underground power grid power factor.

Keywords: coal mine underground; Reactive power; Detection and compensation

中图分类号 TM714.3 文献标识码 A 文章编号2011-03（03）1821

在煤矿用电负荷中,提升机、皮带运输机等频繁启动的大功率冲击负荷,会对煤矿电网造成无功冲击,而这些大功率冲击负荷必须要提供无功功率。因此,如何解决好无功补偿问题对煤矿具有极为重要的意义。目前，一般煤矿电网的无功补偿是在地面上中央变电站母线上装设电容器组进行集中补偿,其主要缺点是只能补偿10kV母线前供电线路上的无功功率，母线后的井下电网并没有得到补偿；并且这种补偿方式只能输出固定无功功率，对于煤矿大量短时循环工作制的负载，会出现过补偿或欠补偿。

煤矿大功率、冲击性负荷必须就地补偿无功功率，随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关SCR、GTR、GTO等的出现，将其作为投切开关，速度可以提高到10us以下，对任何系统参数，无功补偿都可以在一个周波内完成，而且可以进行单相调节[2,3]。本文采用晶闸管控制电抗器(TCR)进行动态无功补偿，它可根据负载无功的变化进行动态补偿，使电网始终处于最佳状态。

1 无功功率对煤矿井下电网的影响

煤矿井下电网的安全稳定运行，与无功功率调节是分不开的。无功功率的增加，会导致电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，导致供电质量严重降低。电压是衡量电能质量的一个重要指标。当电压过高时，会对负荷的运行带来不良影响，有时会引起电力系统电压崩溃；电压降低时，会使电网中的有功功率损耗和能量损耗增加，危及电力系统稳定性。以煤矿中大量应用的异步电动机为例，其功率因数随电压变化而变化，电压下降时，由于异步电动机转矩与电压的平方成正比，电压下降越大，电动机的转差率越大，定子和转子的电流就越大，电动机温度上升的也越快，严重时可烧坏电动机；电压升高时，电动机铁芯中的磁通密度增大，逐渐趋于饱和，从而导致激磁电流与铁芯损耗大大增加，使设备过热，效率下降，电气设备加速老化和损坏。从以上分析可以看出，电压偏移对电网和电力设备的影响非常大，维持电压在合理的范围内，关系到煤矿井下各种供电设备的安全运行。

2 各种无功补偿方式

2.1同步调相机

同步调相机是空载运行的同步电机，它装有自励装置，能在欠励或过励的情况下吸收或发出无功功率，主要优点是能根据电压大小平滑地调节输入和输出无功功率；其主要缺点是投资大、有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢、只能固定安装在中心变电站，应用有较大的局限，现已逐渐退出运行。

2.2并联电容器

并联电容器是用得最多的一种无功功率补偿设备，它应用范围广，既可以集中安装在中心变电站，也可以分散安装在电力负荷处；可根据所需无功的多少，自动切投电容，是一种性能优越的无功补偿方法。但是电容器的投切是有限的，它不能动态跟踪系统所需无功功率的变化，易出现过补偿或欠补偿现象。

2.3并联电抗器

为了防止线路轻负荷运行时，线路电压升高，一般装设并联电抗器吸收线路的无功功率，同时，并联电抗器也可用来限制由于突然减负荷或接地故障引起的过电压，保护设备的绝缘安全。

2.4静止补偿器

调相机、电容器、电抗器是对电力系统静态无功功率的补偿，静止补偿器主要用于动态无功功率的补偿，它最大特点是调节快速。静止补偿器实际上是将可控电抗器与电容器并联使用，电容器发出无功功率，电抗器吸收无功功率，其控制系统由可控电子器件实现，响应速度快，主要用于动态冲击负荷的补偿，迅速改变所输出无功功率的性质，保持电压恒定。

3 瞬时无功功率的检测

瞬时无功功率理论亦称p-q理论，是以电压和电流在α-β坐标系下进行坐标变换为基础，建立瞬时有功功率p和无功功率q。

设三相电压和电流的瞬时值分别为νa，νb、νc和ia、ib、ic。把它们转换到α-β两相正交的坐标系下，可得两相瞬时电压να、νβ、和两相瞬时电流iα、iβ，矢量图如图l所示，其转换公式如下：

式中

由矢量图l可知，在α-β坐标系下，να、νβ和iα、iβ又可由矢量V和I表示：

ν=να+νβ=V∠φe

i=iα+iβ=I∠φi

式中V、I分别是ν、i的模，φe和巾φi分别为电压电流的幅角。

图1α-β正交坐标系

由有功功率和无功功率的定义可知，有功功率p和无功功率q如下式表示：

p=νicosφ

q=νisinφ(4)

式中φ=φe-φi。

把(3)代入(4)可得：

式中

基于瞬时无功功率理论的无功电流检测原理图如图2所示，它可根据瞬时无功功率定义计算出瞬时有功功率p和无功功率q。

图2瞬时无功功率检测图

4动态无功补偿装置原理

对煤矿大功率、冲击性负荷，必须就地补偿无功功率，就地无功补偿的优点是能够针对负荷的运行情况进行无功补偿，减小了井上变电站向大功率、冲击性负荷输送的无功功

率，同时也能够减少冲击性负荷向矿井电网中注入的谐波。本文采用TCR动态无功补偿装置，TCR的单相原理图如图3所示，它能根据冲击性负荷的工作特点随时调整所补偿的无功功率。

图3 TCR补偿器结构图

图3中，两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联，分别作单相交流半波开关运行，其三相多接成三角形，这样的电路并入到电网中相当于交流调压器电路接电感性负载。晶闸管

T1在电压的正半波导通，而晶闸管T2在供电电压的负半波导通，晶闸管的触发角以其两端之间电压的过零时刻作为计算的起点，触发角α的可控范围是90°~180°。当触发角从90°变到接近180°时，TCR中的电流呈非连续脉冲形，对称分布于正半波和负半波。当触发角为180°时，电流减少到零，此时电抗器吸收的无功电流最大。当触发角低于90°时，将在电流中引入直流分量，从而破坏两个反并联阀支路的对称运行。通过控制晶闸管的触发延迟角，可以连续调节流过电抗器的电流，相当于改变电抗器的等效电抗器。所以通过调整触发角的大小就可以改变补偿器所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果，电压电流特性如图4所示。

图4 TCR电压电流特性

5结论

通过对各种无功补偿的优缺点阐述，详细描述了煤矿电网中冲击性负荷进行动态就地补偿的原因，叙述了瞬时无功功率检测的基本原理，提出了对冲击负荷进行动态就地补偿的想法，该技术的应用可对煤矿电网的良好运行起到很大作用。

参考文献

[1]王崇林,邹有明.供电技术[M]．北京:煤炭工业出版社,1997

[2]许业清等.实用无功功率补偿技术[M]．北京:中国科学技术出版社,1998

[3]苑舜,韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M]. 北京:中国电力出版社,2003

[4]王兆安,杨军，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M]. 北京:机械工业出版社,1998

[5]靳龙章,丁毓山．电网无功补偿实用技术[M]. 北京:中国水利水电出版社,1997

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[关键词]同步发电机无功功率摆动励磁系统

1.概述

山西铝厂热电分厂共有六台汽轮发电机，额定电压为6.3kV，额定容量分别为一期12MW三台;二期25MW三台。从1996年—2002年3#、4#、5#、6#机组多次出现发电机无功功率自然摆动，其最大摆幅8Mvar，给生产的组织和调整带来了很大的影响，为此通过多次的试验和分析，查找到了其无功摆动的原因，并提出了对发电机励磁系统改进的措施。

为分析机组无功功率自然摆动的原因，于2002年2月7日0点到24点，对5#、6#机组实施无功功率的24小时在线监测，其监测数据如表1、表2。

从上表可以看出，5#机组在0.36到20.33期间发生无功摆动;6#机组在0.20到19.50期间发生无功摆动，其他时间未摆动。6#机组在1.55无功功率由17Mvar自然降到10Mvar，摆动幅度7MVAR;在6.23无功功率由13Mvar自然上升到20Mvar，摆动幅度为7Mvar，并且无功功率已超过发电机的额定值。

在2002年4月10日13点由于4#机组紧急停机，5#机组无功功率由12Mvar直线下降到0，发电机定子电流最大摆到4000A，有功功率由25MW上升到26MW，“电压回路断线”信号出现，强励动作，励磁电压为30V，励磁电流为50A。检查磁场变阻器没有异常后手动调整增加无功负荷，恢复正常。4月12日11:58分，5号机无功功率由10Mvar降到0，其它参数正常。

2.发电机无功功率摆动理论分析

2.1电力系统中的无功功率

发、供电的质量指标主要表现为电压和频率。频率是由电力系统发电有功功率和有功负荷消耗的总电量来决定的;电压则是靠电力系统中无功功率平衡来维持的。如果电力系统中的无功功率严重短缺，则系统中的电压水平过低，使某个系统的母线电压运行在临界值以下时，母线电压有一微小的下降就会发生负荷消耗的无功功率增量大于系统向该点提供的无功功率增量，使无功缺额进一步增大，电压进一步下降，这种恶性循环将造成系统“电压崩溃”。电压崩溃后，大量电动机自动切除，某些发电机组失步，导致系统解列或大面积停电。

2.2无功功率平衡与电压水平的关系

ΣQGi=ΣQLj+ΣΔQΣk

式中:ΣQGi—无功电源向系统供应的无功功率;

i—无功电源的个数;

QLj—负荷所消耗的无功功率;j无功负荷的个数;

ΔQΣK—电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率;

图1无功功率平衡和电压水平关系

图1为电力系统无功负荷的静态电压特性，如果电力系统电压Ux运行在额定电压Ue，则系统无功负荷所消耗无功功率为Qe，则ΣQLj+ΣΔQΣk=Qe，如果电力系统中所有的无功电源发出无功功率总和ΣQGj也等于Qe，电力系统就会维持在额定电压运行。那么无功功率平衡关系则为ΣQGie=QLje+ΣΔQΣke(角标“e”表示运行在额定电压)。

如果系统中所有无功电源发不出Qe那么多无功功率，而只能发出Qa这么多,系统负荷就只能消耗Qa这么多。这时系统将运行在a点，系统电压Ux=Ua，系统负荷消耗的无功功率为Qa。则数学表达式即ΣQGia=ΣLja+ΣΔQΣka，角标“a”表示系统运行在a点。或者系统中所有无功电源发出的无功功率稍大于Qe为Qb，而系统中负荷消耗也达到了Qb这么多，则系统运行在b点。系统电压Ux=Ub，负荷消耗的无功功率为Qb，则数学表达式即ΣQGib=ΣQLib+ΣΔQΣkb，角标“b”表示系统运行在b点。电气规程要求系统正常运行的电压允许在Ux=Ue±5%Ue的范围内，所以a、e、c三点都是电力系统无功功率的平衡点，即系统可以稳定地在电压Ua、Ue、Ub下运行。因此要控制系统在额定电压下运行，就要控制系统中的无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时所消耗的无功功率。如果这个“等式”关系不能满足，则电力系统就会偏离额定电压运行。当无功电源发出的无功功率偏离负荷在额定电压下所需消耗的无功功率过多时，作为无功电源的发电机就会出现无功功率摆动，电力系统电压就会过多地偏离额定电压。可见，维持电力系统电压在允许范围内是靠控制系统无功电源的出力来实现的。

2.3无功功率与发电机励磁电流的关系

电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间的无功功率分配。无功功率是通过调整励磁电流来实现对系统电压的平衡。

图2(a)同步发电机运行原理图(b)等值电路

(c)适量图(d)同步发电的外特性图

图2（a）是同步发电机的原理图，图中FLQ是励磁绕组，机端电压为Uf，电流为If。在正常情况下，流经FLQ的励磁通量电流为Ifd，由它所建立的磁场使定子产生的空载感应电势为Eq，改变Ifd的大小，Eq值就相应地改变。通过图2（b）的等值电路图，可以得出:

Uf+JIfxd=Eq

式中Xd——发电机直轴电抗。

根据图2（c）的矢量关系:Eqcosδ=Uf+Iwxd

式中δ——Eq与Uf间的相角，即发电机的功率角;

Iw——发电机的无功电流。

一般情况下δ的值很小，可近似为cosδ=1则上式可简化为Eq≈Uf+Iwxd。

从式中可以看出，同步发电机的外特性是下降的，当励磁电流Ifd一定时，发电机端电压Uf随无功负荷增大而下降。图2（d）说明，当无功电流为Iw1时，发电机端电压为额定值Ufe，励磁电流为Ifd1。当无功电流增到Iw2时，如果励磁电流不增加，则电压降至Uf2，可能满足不了运行要求，必须将励磁电流增大至Ifd2，才能维持端电压为额定值Ufe。同理，无功电流减小时，Uf也会上升，必须减小励磁电流。所以说，同步发电机发出的无功功率必须通过对励磁电流的调整，才能满足系统负荷对无功功率的需求，进而才能保证电力系统电压的稳定。

3.引起机组无功功率摆动的原因

3.1机组问题

3.1.11996年，三号机发生无功摆动以后，我们对直流励磁机进行空载试验，励磁机和励磁系统正常，9月份电机大修期间发电机转子返厂，最后检查为转子线圈有匝间短路现象。

3.1.22001年6月份，4号机因励磁机碳刷打火，换向器表面有烧伤，无功功率摆动频繁，最后检查确定励磁机转子有匝间短路现象。

3.1.32001年4月，5号机因无功功率摆动停机后，发现励磁机的换向器片间有短路现象。

3.1.42002年4月10日-12日，5号机两次出现无功功率直线下降为零，经停机检查，属换向器的片间出现瞬间短路所引起的。

3.2同步发电机无功功率的分配

汽轮发电机组发出的有功功率只受汽轮机调速系统的控制，与励磁电流的大小无关。故无论励磁电流如何变化，发电机的有功功率均为常数。发电机励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率的大小。我厂发电机组并联运行的母线，属于直配母线，也就是发电机的出线直接与6kV配电室并联运行。改变其中一台发电机的励磁电流，不但影响它的电压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的无功功率。由于多台机组并联运行，机组之间存在着抢带无功的现象，所以当系统出现无功缺额或无功过量时，总是存在着部分发电机抢带或抢甩无功的现象，而这种现象的发生使系统电压处于稳定状态，而另一部分发电机就出现无功缺额或无功过剩现象，最终反映出来的就是这一部分发电机的无功功率摆动。为了消除无功功率大幅度的摆动,只有调整励磁电流来维持本台发电机的无功平衡。

3.3电力系统扰动的因素

电力系统的负荷每时每刻都在发生变化，特别是大负荷的起动和停用，都对系统的有功功率和无功功率产生波动。我们厂处在山西电网的末端。在这个末端电网内电力系统有两个电厂，再加上我们的自备电厂总装机容量为1000MW左右，而运城地区的农业用电较多，工业用电较少，气候环境对电负荷的影响特别大，天阴下雨大面积甩负荷，天气干旱，又大量用电，以及我厂的同步电动机的起停，这就产生了系统的正常扰动。这种扰动就使发电机发出的有功功率和无功功率进行重新分配，于是出现无功功率的摆动。

3.4同步发电机励磁控制系统的应用

同步发电机励磁系统都带有自动控制调整装置，但是一些老机组和小机组因种种原因将自动控制系统退出运行，改为手动调整，我厂就属于这种。手动调整励磁有很多缺点，如调整时间不能及时把握;调整励磁电流的大小无法控制等等。更重要的是如果调整不及时会造成发电机失磁运行，或者在事故情况下造成系统“电压崩溃”。调整励磁就是调整励磁电流。同步发电机的励磁自动控制系统，就是解决并联运行机组之间的无功功率合理分配问题，同时通过不断地调节励磁电流来平衡系统的无功功率，进而维持机端电压为额定水平。随着微机控制的发展和应用，发电机的励磁自动控制系统不断地更新，自动化程度在不断地提高，性能也在不断地完善，这对我们能够及时发现发电机励磁系统的一次设备问题非常重要，并且能够彻底解决发电机的无功摆动问题。

4.结论

发电机的无功功率摆动是由于发电机励磁系统的一次设备线圈发生匝间短路或换向器片间短路所引起，这种短路在动态情况下能引起励磁电流发生变化，最终表现为无功功率摆动，这是一种不正常现象，应及时处理。

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【关键词】电力系统 无功功率 电压控制

一、前言

总体来说，电力系统有效和可靠的运行，电压和无功功率的控制应满足以下目标：（一）系统中有所有装置的在端电压应在可接受的限制内。（二）为保证最大限度利用输电系统，应加强系统稳定性。（三）应使无功功率传输最小，以使得RI2和XI2损耗减小到最小。

当负荷变化时，输电系统的无功功率的要求也要变化。由于无功功率不能长距离传输，电压只能通过遍布整个系统的具体装置来进行有效控制。

二、无功功率的产生和吸收

同步发电机可以产生或吸收无功功率，这取决于其励磁情况。当过励时产生无功功率，当欠励时吸收无功功率。

架空线路产生或吸收无功功率取决于负荷电流。当负荷低于自然负荷（波阻抗），线路产生纯无功功率；当高于自然负荷时，线路吸收无功功率。

地下电缆，由于它们对地电容较大，因此具有较高的自然负荷。它们通常工作在低于自然负荷情形下，因此在所有运行条件下总发生无功功率。

变压器不管其负载如何，总是吸收无功功率。空载时，起主要作用的是并联激励电抗；满载时，起主要作用的是串联漏抗。

负荷通常吸收无功功率。由电力系统的供电的典型负荷节点由许多装置所组成。这种组成随日期、随季节和气候的变化而不同。通常负荷节点的负荷特性是吸收无功功率的，复合负荷的有功功率和无功功率都是电压幅值的函数。具有低的滞后功率因数的负荷使传输网络有大的电压降落，因而供电也不经济，对于工业用户，无功功率通常和有功功率一样要计费，这就鼓励企业通过使用并联电容器来提高负荷功率因数。

三、无功功率的补偿

（一）无功功率不足的危害：交流电力系统需要电源供给两部分能量：一部分将用于做功而被消耗掉，这部分称为“有功功率”；另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有做功，称为“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立磁场，电动机，变压器等设备就不能运转。其物理意义是：电路中电感元件与电容元件正常工作所需要的功率交换。无功功率不足，无功电源和无功负荷将处于低电压的平衡状态，将给电力系统带来诸如出力不足，电力系统损耗增加，设备损坏等一系列的损害，甚至可能引起电压崩溃事故，造成电网大面积停电。

（二）无功补偿原理：在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流之后电压九十度，纯电容负载中电流超前电压九十度，也就是说纯电容中电流和纯电感中的电流相位差为180度，可以互相抵消，即当电源向外供电时，感性负荷向外释放的能量由荣幸负荷储存起来；当感性负载需要能量时，再由荣幸负荷向外释放的能量来提供。能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。

（三）无功补偿的三种形式：

1.集中补偿。集中补偿就是把电容器组集中安装在变电所的二次侧的母线上或配电变压器低压母线上，这种补偿方式，安装简便，运行可靠，利用率高，但当电气设备不连续运转或轻负荷时，又无自动控制装置时，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质量变坏。季节性用电较强，空载运行较长又无人值守的配电变压器不宜采用。

2.分散补偿。分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所个分路的出线上，形成抵押电网内部的多组分散补偿方式，它能与工厂部分负荷的变动同时投切，适合负荷比较分散的补偿场合，这种补偿方式效果较好，且补偿方式灵活，易于控制。

3.个别补偿。个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的方法，把电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路，用同一台开关控制，同时投运或断开，俗称随机补偿。这种补偿方法的效果最好，它能实现就地平衡无功电流，又能避免无负荷时的过补偿，是农网中队异步电动机进行补偿的常用方法。

（四）无功补偿设备

根据补偿的效果而言，电容器可以补偿负荷侧的无功功率，提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。电抗器可以吸收电网多余的线路充电功率，改善电网低谷负荷时的运行电压，减少发电机的进相运行深度，提高电网运行性能。

1.无源补偿设备装置。并联电抗器，并联电容器和串联电容器。这些装置可以是固定连接式的或开闭式的，无源补偿设备仅用于特性阻抗补偿和线路的阻抗补偿，如并联电抗器用于输电线路分布电容的补偿以防空载长线路末端电压升高，并联电容器用来产生无功以减小线路无功输送，减小电压损失；串联电容器可用于长线路补偿等。电力系统变电站内广泛安装了无功补偿电容器，用来就地无功平衡，减少线损，提高电压水平。

2.有源补偿装置。通常为并联连接式的，用于维持末端电压恒定，能对连接处的微小电压偏移做出反应，准确地发出或吸收无功功率的修正量。如用饱和电抗器作为内在固有控制，用同步补偿器和可控硅控制的补偿器作为外部控制的方式。

四、结束语

无功补偿对提高功率因数，改善电压质量，降损节能、提高供电设备的出力都有很好的作用。只要依靠科技进步，加大资金投入，优化无功补偿配置，实现无功的动态平衡是完全可能的。

参考文献：

[1] PRABHA KUNDUR 著.电力系统的稳定与控制[M].中国电力出版社.

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【关键词】低压；无功功率；补偿柜；节能设计选型

在我国社会主义现代化建设不断推进的今天，农业、工业及服务业的电力负荷量呈现出明显的上升，大幅度增量电源，这样不仅导致整个电力供应系统的网络结构出现改变，同时也使得整个系统的电源分布产生改变，这样导致整个电网系统的无功分布出现明显的不合理现象。如果在配电网中出现明显的感性负荷时，则会降低电网的功率因数，其原因在于感性负荷吸收了电网中的无功功率。在配电网的经济指标中，功率因数作为一项重要的技术经济指标之一，如果能够通过安装无功补偿装置来提高电网的功率因数，则可能极大的改进电网的电能质量，降低配电网的线损值，最终起到节能效果。

1 概述

1.1 系统中安装无功补偿装置的必要性

客观地讲，无功补偿可提高功率因数、增加用电设备的出力，消除力率电费。减少线路及变压器的电能损耗，减少相应电费。改善电压质量和电动机运行状况，降低动力设备的使用电流。减轻电器、开关和供电线路负荷，减少维修量延长使用寿命，提高电力系统的可靠性。降低变压器负荷，释放变压器容量，使变频调速系统的节能效果提高。

1.2系统中安装无功补偿装置的作用

随着我国现代化建设进程的不断推进，居民、商业和工业的用电量越来越大，由于线路的负荷功率因数较低以及无功消耗较大，从而对整个配电网的供电质量与效益产生严重影响。因此，在配电网中采取无功补偿，可有效提升配电网系统运行的可靠性、安全性及经济性。在设置配电网无功补偿时可以通过计算获取最佳方案，同时用户也可以自愿选择使用无功补偿装置，这样不仅有利于改善整个配电网及用户的电压质量，有效降低线路的损耗，减少配电网的运行成本，提高配电网的经济效益，还为广大用户节约了大量的经济支出。

2 无功补偿的种类

静态补偿：静止无功补偿器SVC（Static Var Compensator）是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制[2]。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性，该方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率。

动态补偿：动态无功补偿是从补偿效果来进行描述定义的，一般的补偿是有级的，也就是常用的补偿装置如电容，是按组来进行投切的，也就用电系统里产生的无功不会是你补偿的一样多，但是由于这种补偿已经将功率因数达到0.95。用行业内的话就是动态补偿装置能够产生的无功是呈线性的。总体来说，动态无功补偿就是能够根据实际的无功需求快速进行补偿，也就是能够跟上网内需求的变化节奏，所以称之为动态无功补偿。

3无功补偿方式选择

3.1 自动补偿

无功功率自动补偿控制器是低压配电系统补偿无功功率的专用控制器，可以与多种等级电压在400V以下型号的静电容屏配套使用。产品具备RS485通讯接口，其所采样得到的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、有功谐波百分量、功率因数、温度可通过通讯接口传送到其它外部设备。

3.2 分相补偿

分相补偿是在补偿装置中使用一定数量单相电力电容器，通过检测三相电流来进行分别计算并控制各相电容器的投入数量来达到补偿目的，因此可以使各相的无功电流均获得良好的补偿。这种补偿方式适用于对办公楼、居民小区等单相负荷为主的负荷进行补偿。单相电容器分相投切型补偿装置只能补偿不平衡的无功电流，对不平衡有功电流没有调整能力。

3.3 混合补偿

所谓的混合补偿是针对三相还是单相补偿来说的。混合补偿就是大部分补偿为共补，少部分采用分补。其补偿一般分为：低压侧，高压侧，集中补偿，分散补偿。其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每一相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的平衡补齐，然后再进行三相补偿。

4 无功功率补偿柜配置方案及元器件设计选择

4.1 改进无功功率补偿柜设计的探讨

4.1.1 电容器的选择

（1）选择至少可以承受 100/n的浪涌电流和电压高一个等级的电容（比如用 440V 电容取代 400V 电容），像 FRAKO 电容，可以承受 200-300/n的浪涌电流。较高的电压等级和耐浪涌电流的能力，可以使电容在谐波存在的情况下，寿命更长。

（2）选择节能（能耗在 0.2～0.5W/Kvar）环保型的干式电容，由于采用了自愈式和分段薄膜技术，电容器带有预充电电阻，内置保险，可以使把电容的灾难性的损坏变成渐进式的或自愈式的。不能选择油浸式的电容，不利于环保并有火灾的风险。

4.1.2 电容器的保护

（1）检查供电侧的用电质量，确认是否在可接受的范围之内（V-THD

（2）选择熔断器隔离开关代替空气开关，电容投切可以采用可控硅与交流接触器相结合的复合开关，可以有效的降低电容投入时的涌流和电容断开时接触器的拉弧。

（3）无功功率补偿组应该留出 30%～40%的余量，内部电缆应适当放大，并且必须是 A 级阻燃电缆，控制电线也必须是阻燃的。

（4）在控制线路设计中，应采用以单片机为基础的控制器，按负荷侧有功、无功的值取样，进行分析计算，自动识别工作电容器和备用电容器，发出指令，自动循环选择不同的电容器进行投切，使每个电容的运行时间大致相同，延长电容器的使用寿命。控制器同时还具有电容回路过压，过流等保护功能。

4.2 无功功率补偿柜柜体的设计

（1）电容器要与电抗器要相互隔离，两者都要与接触器，熔断器隔离开关，电缆，母排等隔离，同时每个柜之间也要隔离，把故障限制在每个柜子里。下图1是一个很好的例子（其中的进线开关不建议安装，应由电缆供电）

（2）使用强制通风系统

根据电容器的经验法则，电容器的工作温度，每降低 10℃，寿命会增加一倍。一般电容器规定的最高工作温度为 55℃，所以期望电容器工作温度在40～45℃左右。

目前很多 PFC 柜都是自然通风方式，强烈建议安装强制通风系统。PFC 柜前后都有进风口，顶部安装至少两个抽风扇（下面装有防止风扇意外跌落下来的装置），带自动恒温调节器和超温报警装置，如果 PFC 柜的通风系统出现风机跳闸或进风口堵死等情况，可以立即知道。

（3）电容器的装配方法对于通风和散热也起到很重要的作用，电容器不应该安装在水平封闭的底板上，底板板上应该有通风孔。

（4）柜子的设计还要体现安全的原则，不允许有的母排和手指可能触摸到的带电体。若有，必须用阻燃隔板加以隔离，并贴有“当心触电”的标识。PFC 柜的顶部应该安装防护板，距离柜顶约 200mm，防止垂直滴下来的液体直接进入配电盘，也利于散热；防护板的尺寸应略大于电柜柜顶尺寸，四周有折边，略微倾斜，留一面小开口，让液体可以从柜体旁落到地面，使柜体的防护等级达到应为 IPX1。

5 总结性论述

综上所述， 无功电流在系统中大量流动， 使线损增加、电能质量降低， 对发电、供电、用户三方都产生不良影响。因此必须对系统进行无功补偿， 以消除这些不良影响。在配电网中利用无功功率补偿的办法， 可使系统中的用电设备所需的无功功率就地平衡， 使配电网的功率因数得以调节， 对改善配电网电能质量， 降损节能具有重要意义。在补偿技术和装置不断发展和完善的趋势下， 无功补偿技术和无功补偿装置会在电网和广大的城乡领域得到广泛应用。

参考文献：

[1]琚志强.论配电网无功功率的补偿[J].宁夏电力，2006（4）.

[2]李葆申，叶淑珍.关于无功补偿分类术语和定义的探讨[J].电力电容器与无功补偿.2011（32）..

[3]何希文.浅谈配电网低压无功补偿技术及其相应措施[J].中国高新技术企业，2009（10）.

篇10

【关键词】无功补偿技术；分类与应用研究

0.前言

无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗、节能以及安全运行所不可缺少的部分。在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性；在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。电力系统中无功要保持平衡，否则将会使系统电压下降，严重时会导致设备损坏、系统解列，此外，网络的功率因数和电压降低，使电气设备得不到充分利用，促使网络传输能力下降，损耗增加。

1.目前我国电网中常见的无功补偿方式分类及其特点

1.1按补偿方式进行分类

（1）在变电站集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组，用以补偿主变的空载无功损耗并适当补偿输电线路的无功功率损耗，以改善输电网的功率因数，提高终端变电站电压；（2）随线补偿：在高压配电线路上分散安装并联电容器，主要补偿配电线路的无功功率，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的；（3）随器补偿和随机补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏或电动机上直接安装并联补偿电容器，接线简单，投资少，安装容易，配置方便灵活，维护简单，事故率低，但易产生铁磁谐振；（4）低压集中补偿：在用户专用变压器及农网中广泛采用，但在公用变压器上由于管理、维护问题，容易成为生产安全隐患而难以采用，而且无法减少低压线路上的无功传输；（5）低压分散补偿：在节能降损、改善电压质量、提高线路供电能力方面效果明显，但容易造成补偿容量和地点较难选择，电容器在轻载时闲置，使设备利用率不高；（6）单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

1.2按补偿设备进行分类

（1）同步调相机：同步调相机实质是一种不带机械负载的同步电动机，它在过激运行时向系统供应感性无功功率，欠励运行时从系统吸收感性无功功率，对提高电力系统的稳定性有很大好处；（2）静止补偿装置：该装置主要由并联电容器和饱和电抗器组成，能平滑无级地调节无功功率和电压，可实现在几个周波内进行快速调节；（3）同步电动机：同步电动机过激运行时向系统供应感性无功功率，欠励运行时从系统吸收感性无功功率，能明显改善系统的功率因数，但设备投资成本高，维护工作量大；（4）移相电容器：移相电容器设备投资少，有功损耗小，维护工作量小，不会增大系统的短路容量，但只能分级补偿，不能吸收无功功率，且对环境温度及运行电压要求较高。

1.3按网络类型分类

按网络接线方式还可分为输配电网络的无功补偿优化和配电线路及用户的无功补偿优化。为了提高电力系统的供电可靠性，在中压系统中通常把不同的两回中压配电线路的末端或中部连接起来构成环式，但在实际应用中，为了避免产生电磁环路，简化继电保护，网络一般采用开环方式运行。

1.4按无功优化的使用目的分类

（1）系统规划设计的最优配置：在配电网规划建成前期或现有的配电网需要重新配置无功补偿设备时，对无功补偿方式、补偿设备的最佳安装地点和最佳配置容量的确定；（2）系统在线运行的最优控制：对系统已配置的无功补偿设备最佳出力的确定和投切的控制。

2.无功补偿技术在电气自动化中的应用与分析

2.1无功功率补偿技术的原理及作用

在交流电路中，有功功率将电能转换为机械能、光能、热能；无功功率则用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场就要消耗无功功率。无功功率决不是无用功率，它的用处很大，电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的；变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压，如果没有无功功率电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

2.2应用无功功率补偿技术的必要性

无功功率补偿的主要目的是为了提高功率因数，常用电气设备的功率因数除白炽灯、电热器等接近1外，电动机、变压器、架空线及电气仪表的功率因数均小于1，如交流异步电动机，在空载时的功率因数只有0.2-0.3；在轻载时均为0.5；在额定负载时均为0.7-0.89。负载时功率因数低对供、用电设备会产生一定的不良影响，具体为：（1）降低发电机有功功率的输出；（2）降低输、变电输电线路供给的无功功率，使得供电质量降低；（3）造成线路电压损失增大和电力系统电能损耗的增加；（4）造成低功率因数运行和电压下降，使电力系统和用电企业的电气设备不能被充分利用。

对电力系统输配电线路来说，当输送同样大小的有功功率P=IUcos？准时，功率因数cos？准越低，输电线路中的电流I=P/Ucos？准就越大，势必造成线路中电压降增大，这将导致线路末端的电压降低，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来提高功率因数是非常必要的，这样可保证用电设备在额定电压下工作及用户对无功功率的需求，不仅提高电力系统和用电企业设备的利用率，减小电能损耗，也是提高用电质量、节约用电的一项很重要的技术措施。

2.3 电力系统无功补偿技术的现状和策略

在电力系统中一个非常重要的评价标准是电能质量，而电压是电能质量的最核心的影响因素。近些年，我国对电气自动化中的无功补偿技术做了很多深入的研究，采用的无功补偿技术主要有：（1）真空断路投切电容器；（2）可控饱和电抗器；（3）有源滤波器；（4）固定滤波器、电容器和电抗器的调压；（5）有源滤波器和无源滤波器等，应用在变电站方面居多，一般的220KV变电站有较多的无功调节功能，其调节的容量根据地区的不同而有所不同，负荷功率因数在最高峰时可以达到0.98左右，要根据实际情况来对变压器合理地进行调整和补偿，还需要有具体细化的应用方案来提升无功补偿的应用效果。我国的电气化铁路对无功补偿的应用主要方式是AT供电方式，用的是SCOTT变压器，用晶闸管电子开关来控制电容的投切，这个策略在我国铁路的现状上来看，能够很大程度地降低较长辐射线路上存在的负序问题，既降低了资源浪费的可能性，也提高了电气自动化系统的安全性。

3.结束语

无功补偿技术不仅降低了资源浪费的可能性，也提高了电气自动化系统的安全性，全面提升了经济效用，降低了故障处理的预算，在电气自动化中应用无功功率补偿技术，能够使得电气自动化系统得到更好的优化。

【参考文献】

[1]王李杨.浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].价值工程，2011（06）.

[2]谢常华.电气自动化的发展[J].企业导报，2010（11）.