无功功率补偿范文

导语：如何才能写好一篇无功功率补偿，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：无功补偿；配电系统；电容器

由于现代企业采用大量的感应电动机和变压器等感性负荷，特别是近年来大功率可控硅的应用，供电系统除供给有功功率外，还需供给大量无功功率，使发电和输配电设备的能力不能充分利用，无功功率对供电系统及工厂内部配电系统都有极不良影响，从节约电能和提高电能质量出发，都必须考虑改善功率因数措施。为此，必须提高用户的功功率因数，减少对电源系统的无功需求量

1无功补偿的总原则

无功补偿的总原则：全面规划，合理布局，分散补偿，就地平衡，降低损耗提高质量，满足需求，可靠保证。无功补偿方式制定时，应全面分析本系统的无功电力需求量，以确定最优的补偿量与最优的补偿方式。

我国在《电力系统电压和无功电力技术导则)中规定质功补偿与电压调节应按以下原则进行：

1.1总体平衡与局部平衡相结合，即要满足全网的总无功平衡，又要满足分支线的无功平衡。

1.2电力补偿与用户补偿相结合，供电部门在电源点进行补偿与用户自身用电设备进行补偿，两者实现理想配合。

1.3分散补偿与集中补偿相配合，以分散补偿为主。

1.4降损与调压相结合，以降损为主。

2无功补偿装置

无功补偿装置主要有同步调相机，并联电容器，静止补偿器等。

2.1同步调相机

同步调相机也叫同步补偿机，它实际上是接在电网上不带机械负载的同步电动机，专门用来调节电网功率因数或用在长距离输电线路中提高电压的稳定性，假若忽略同步补偿机的损耗，按电动机惯例写出其电势方程如下，

可见，I超前U90°，纯粹是直轴电流，即I=Id，并且电枢反应磁势起去磁作用。此时，补偿机从电网吸取超前的无功功率(也可以说成是向电网输出滞后的无功功率)，相当于是接在电网上的电容。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，同步补偿机容量可以很大，并且无功功率易于平滑调节。在需要提高电网功率因数时，调节同步补偿机使其在过励状态下运行，由电网吸取电容性无功功率 (或说成是向电网发出电感性无功功率)。当电网轻载时，调节同步补偿机使其在欠励状态下运行，由电网吸取电感性无功功率，这就相当于是在线路中接入了感性负载，从而可以保持受电端电压不变。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最大容量只有过励磁容量的50％-65％，装有自动励磁调节装置的同步补偿机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出(或吸取)无功功率，进行电压调节。有强励磁装置时，系统故障下能调整系统电压，从而提高系统的稳定性。但由于同步补偿机是旋转机械，运行维护比较复杂，满负荷时有功功率损耗为额定容量的1.5％―5％，容量越小，百分值越大，所以小容量的每KVA容量投资费用大，故同步补偿机宜大容量使用，在我国一般用在枢纽变电所。

2.2静止电容器和静止补偿器

静止电容器一般都采用并联电容器的方法进行人工补偿，电力电容器具有投资省，有功功率损耗小，运行维护方便，故障范围小，装设容量灵活，即可集中使用，又可分散装设来就地供应无功功率，以降低网络电能损耗等优点。为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除，可控硅投切型电容器补偿装置就可以实现补偿功率的调节。

电容器的缺点是当通风不良或因电网高次谐波造成电容器过负荷使运行温度过高时，易出现外壳鼓肚、漏油，甚至爆炸和引起火灾。因此，规定电容器组应独立设室。为便于管理维护，多采用集中固定补偿，若补偿前功率因数为COS，补偿后提高到，则补偿所用电力电容器容量应为kyar

上式是按平均负荷计算的所需补偿容量，也有按最大负荷PmaxΣ进行计算的。如果按 PmaxΣ计算所需补偿的无功功率Qc，则当P＜ maxΣ,时，将出现过补偿现象。为了取得较好的补偿效果，按平均负荷计算是合适的，以免所选电容过多。补偿电力电容器多接成三角形，因每个电容器的无功容量为Qcl＝ωC1U2，当容量一定时，电压高电容可以小。只有当电容器额定电压低于网络电压时，才考虑接成星形。电容器组还应单独装设控制、保护和放电设备。电容器组的放电设备必须保证在电容器与电网的联接断开时，放电一分钟后电容器组两端的残压在65V以下，以保证人身安全，一般1000V以上的电容器组用电压互感器作为放电设备。

静止补偿器是近年来的一种动态无功功率补偿装置，它是将电力电容器与电抗器并联起来使用，电容器发出无功功率，电抗器吸收无功功率，两者结合，再配以适当的调节装置，能够平滑地改变输出(或吸收)无功功率的静止补偿器，能满足动态无功补偿的需要，与同步补偿机比较，运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿，以适应不平衡的负荷变化，对于冲击负荷有较强的适应性，在我国电力系统中得到了广泛应用。

3无功补偿方式

无功补偿就补偿方式来说分为高压补偿和低压补偿，高压补偿通常是在变电所高压侧进行，对补偿点前端的无功功率进行补偿，对后端的负载及线路起不到补偿作用，低压补偿可直接补偿配电线路和负载的无功功率，补偿效果较为理想。

3.1高压补偿，高压补偿主要是针对变电所主变压器和一些高压负荷，可集中补偿也可分散补偿，补偿装置独立设室，保证通风良好，充分发挥补偿装置的效率。因此应根据负荷的变化，安排、设计好变电所的无功补偿容量，运行中在保证电压合格和无功补偿效果最佳的情况下，尽可能使电容器投切开关的操作次数减少。

3.2低压补偿，低压补偿有集中补偿，分散补偿和就地补偿。

集中补偿是将电容器装设在用户专用的变电所内，对无功进行统一补偿，对负荷比较集中，距离变电所近，无功补偿容量较大的场合采用较为合适。优点是可以补变电所母线、受电线路的无功损耗，负荷变化能对母线电压起一定的调节作用，便于管理、维护、操作及集中控制。缺点是它只减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所造成的损耗，而不能减少用户内部通过低压线路向用电设备输送无功功率所造成的损失。

分散补偿是将电容器组按低压配电网的无功负荷分布分组装设在相应的母线上，或者直接与低压干线相连接，形成低压、电网、内部的多组分散补偿方式，适合负荷比较分散的补偿场合。分散补偿的优点是对分散的用户，有利于无功负荷的就地平衡，减少配电网络和配电变压器中无功电流的损耗和电压的损失，使线损显著降低，负荷不变的条件下增加网络的输出容量。缺点是装设的电容器无法分组，则补偿容量无法调整，运行中可能出现过补偿或欠补偿，补偿设备的利用率较集中补偿方式低，安装分散，给维护管理带来不便。

就地补偿是就地补偿用电设备(主要是电动机)所消耗的无功功率，将电容器组直接装在用电设备旁边，与用电设备的供电回路并联，以提高供电系统的功率因数，从而获得明显的降损效益。优点是无功电流与附近的用电设备相互交换，不流向网络其它点，在网络中无功电流的无功损耗和电压损耗小，被补偿网络最经济，在配电设备不变的情况下可增加网络的供电容量，导线截面可相应减少，适应性好。缺点是对于电网内公用负荷与集中补偿和分散补偿相比，补偿相同容量的无功负荷所需的补偿电容器总容量和补偿装置总数量增加，投资增大，补偿装置利用率较低。

4无功补偿容量的配置

变电所安装电容器，其主要作用是补偿变压器的无功损耗及配电线路前段的无功负荷及无功损耗，同时可以进行调压。变电所电容器的补偿容量按主变压器额定容量的10％-15％来配置，根据变电所的负荷性质和调压要求，确定合理的无功补偿容量。

配电线路是电力网的重要组成部分，配电线路上电容器容量的确定，应按

最大限度地降低无功损耗的原则来考虑，要根据无功负荷情况采取分散补偿的方式进行补偿。

参考文献

[1]《工厂供电设计》李宗纲，刘玉林，施慕云，韩春生等著，吉林科学技术出版社.

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关键词：无功功率补偿装置, 功率因数, 补偿方式

中图分类号：TM933文献标识码： A

我公司现有35KV变电站1座，总装机容量63MVA，下设6KV低压配电室7座，其中400V 低压配电室23处。现变电站内基波无功补偿容量为10Mvar，在正常运行过程中无功补偿的投切依据仅依靠功率因数进行投切，对无功的浪费较大。为扭转由于无功的大量浪费，造成有功功率的大量损失，在2003年经过与北京电力科学院电力电子公司的协商，在满足补偿我公司炼钢生产过程中产生的感性无功的前提下新上一套容量为60Mvar的无功动态补偿装置，通过近两年的运行经验来看，补偿效果良好，功率因数指标能够控制在0.85～0.92之间。在此有必要就无功补偿装置的选择方面做一下简单的介绍（以低压无功补偿装置为例）。

众所周知合理的选择无功补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗使电网质量提高，反之如选择和使用不当，可能造成供电系统电压波动，谐波增大和有功功率的大量损耗等诸多因素，危害电网的安全运行。

一、低压无功功率补偿装置，一般采用自动补偿方式。按投切方式可进行如下分类：

1、延时投切方式

这种投切依靠于传统的接触器动作，当然用于投切电容的接触器是专用。它具有抑制电容的涌流作用。延时投切的目的在于防止电容不停的投切，导致供电系统振荡，这一危险情况的出现。这种补偿方式是通过补偿装置的控制器，检测供电系统的物理量，来决定电容器投切的这个物理量，这种物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率，是我们常用的一种补偿方式。

2、瞬时投切方式

瞬时投切方式是电力电容器件与数字技术综合的技术结晶。即我们所说的动态补偿，实际就是在半个周波至1个周波内完成采样计算，在下个周期到来前，控制器已经发出控制信号了，通过脉冲信号通知投切执行元件，即晶闸管导通。投切电容器组大约20－30毫秒内完成一个全部动作，作为一种新的补偿装置有着广泛的应用前景。

其动作原理是当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令（投入一组或多组电容器的指令）此时由触发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电容器组也就并入线路运行。晶闸管的导通条件必须满足其所在相的电容器端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，也就是说电力电子器件控制的无功投切是无涌流投切；当控制指令撤消时，触发脉冲随即消失，晶闸管零电流自然关闭，关断后的电容器电压为线路电压交流峰值，必须由放电电阻尽快放电，以备电容用以投入。用于控制电容器投切的元器件可以用单相晶闸管、并联的双向晶闸管，也可选适合容性负荷的固态接触器。元件的耐压及额定电流要选择合理。这种补偿方式其最主要的制约因素是用于投切控制的元器件的散热方式及冷却方式。我公司现上无功动态补偿装置的冷却方式选用水冷内循环，各晶闸管的运行温度能够控制在40～50℃之间。

在低压无功功率补偿装置的应用方面，选择延时速是瞬时的补偿方式。要依电网的状况所定。首先要对所补偿的方式性质有所了解，对负荷较大且变化较快的工况。如电焊机、电动机的方式应采用瞬时的补偿方式；对于相对稳定的负荷可采用延时补偿方式，也可使用瞬时的补偿方式。一般电焊工作时间均在几秒钟以上。电动机启动也在几秒钟以上。而瞬时补偿的响应时间在几十毫秒。按40ms考虑则从40ms到5秒钟之内是一个相对稳态过程，瞬时补偿能完成这一过程。

二、无功功率补偿控制器

无功功率补偿控制器按照采样方式可分为三类，即功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择哪一种物理控制方式实际上就是对无功功率控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，是进行采样运算、发出投切信号、参数设定、测量、元件保护等功能的一个核心装置。现在对上述所说的三种补偿装置简单的进行一下介绍：

1、功率因数型控制器。

功率因数用cosφ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosφ＝1时，就是说明线路中没有无功损耗，提高功率因数并减少无功功率和无为有功功率的损耗是这类控制器的最终目标，这种控制方式也是传统的方式，采样控制较易实现。这种采样方式在运行中既要保证系统稳定和无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果。对于这种补偿方式很重要的一点就是如何进行参数设定，只能在现场视具体情况将参数整定在一个较好的状态下进行工作，既使参数调整的较好，也无法弥补这种补偿方式自身的缺陷，尤其是在负荷较重的环境中，例如：设定投入门限cosφ=0.95（滞后）此时工作环境为重负荷，既使此时的无功损耗很大。无功缺额很大，再投电容器组也不会出现过补偿。但cosφ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器投入。故不推荐使用这种补偿方式。

2、无功功率（无功电流）型控制器。

这种方式可完善的解决功率因数型的缺陷，一个良好设计的无功型控制器，它是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性、检测和无功补偿的效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测。这种补偿装置可实现如下功能：

四象限操作、自动和手动切换、自识别各路电容器组的功率，可根据负荷自动调节切换时间，具有谐波过压报警及保护，可防止线路发生谐振，具有过电压保护、低电流报警，可检测所补偿系统的电压、电流畸变率，显示电容器功率、显示cosφ、U、I、S、P、Q及频率。

由以上功能可以看出其控制功能非常强大。由于是无功型控制器，也就能够将补偿装置的效果发挥到极至。此时既使在重负荷的情况，负荷发出的无功功率已经相当大，那怕cosφ已达到0.99（滞后）也可根据要求再投入一组，使补偿效果达到最佳。

3、动态补偿的控制器

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关键词 无功功率；补偿装置；设计选用

中图分类号TM715 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）86-0132-02

0引言

由于电网中大量非线性负载的使用，造成了系统电压升降、电能损失、功率因数降低、谐波干扰等问题，严重危及电力系统的安全经济运行。国家“十二五”规划明确指出，将“依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设”，而电能质量和功率因数是智能电网的重要因素。世界各国对电力用户的用电功率因数都有要求，并按功率因数的高低给予奖惩。因此，合理选用无功功率补偿装置对电力系统有着重要的意义。

1 补偿原理

造成功率因数低的主要原因是电网中的感性负荷，其无功电流相位滞后电压90度，由于容性负荷的无功电流相位超前电压90度，与感性无功电流的相位差180度，因此可用容性无功电流抵消感性无功电流，缩小功率因数角。一般情况下，可用电容器来补偿负荷产生的无功电流。电容器价格便宜，易于安装，到目前为止仍是我国主要的无功补偿器件。

2 无功功率补偿方式的选择

根据投切容量的变化可分为稳态补偿和动态补偿。稳态补偿主要是安装固定容量补偿负载变化相对稳定的补偿方式，多采用并联电容器进行。将电容器组与负载并接，同时投切。优点：投资和线路损耗减少、安装容易、维护简单、故障率低等。

动态补偿则根据负载的变化随时切换补偿量进行补偿，动态补偿装置用于急剧变动的冲击负荷，如炼钢炉等，主要由补偿器件电抗器和电容器、控制器、投切开关等组成，控制器采集电网的电压、电流量等参数，进行运算，再根据参数设定值发出投切指令。投切开关器件主要有一代普通交流接触器、二代电力电子元件（如晶闸管、绝缘栅双极型晶体管）、三代复合开关（将可控硅与接触器并接）。电力电子元件控制，应用较广泛 。复合开关具有可控硅过零投切的优点，又具有接触器无功耗的优点，是较先进的控制方式[1-2]。投切开关参数选择应遵守《低压并联电容器装置使用技术条件》（DL/T 842-2003）标准的规定，否则很易损坏。该标准规定： 对于半导体开关电器和复合开关电器，额定电流（有效值）应不小于2.5倍单组电容器额定电流选取。机械开关电器额定电流额定电流（有效值）应不小于2倍单组电容器额定电流选取。

并联电容器装置的设备选型应遵守《并联电容器装置设计规范》GB50227-95的要求，根据电网谐波水平、补偿容量及扩建规划等因素进行确定。

施耐德公司针对低压配电系统中的谐波污染程度的不同，提供了不同的无功补偿方案，根据如下公式选择：a= Gh /Sn 。a-谐波污染率，Sn-变压器视在功率，Gh-产生谐波设备的视在功率（整流/变频、中/高频、电弧炉、电焊机等）[3]。

4结论

无功补偿是电网优质、安全、经济运行的一项重要技术措施。本文重点对电容补偿的容量计算、容量修正、补偿方式选择进行了探讨，并通过大量的工程验证了实效性，仅供同行们在以后的设计中参考。

参考文献

[1]田艳兵.矿山井下供电系统无功功率因数与节能[J].煤矿机械，2010，6.

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关键词：无功功率补偿；电容器；电抗器；调谐型；

中图分类号： TM53 文献标识码： A 文章编号：

引 言

随着各种电力电子设备等非线性负荷的大量使用，同时用户节能意识的增强和对电能质量问题的日益关注，无功功率补偿装置作为电能质量治理设备，成为电力系统中越来越重要的电气设备。作为低压配电系统中设计比较复杂的无功功率补偿电容柜，正确的产品设计选型和安装，对提高设备使用寿命，以及节约电能具有重要意义的。

在系统中安装无功补偿装置的必要性和作用

工业生产广泛使用的交流异步电动机、电焊机、电磁炉等设备都是感性负载，这些感性负载在进行能量转换的过程中，使加在其上的电压超前电流一个角度，这个角度的余弦COS￠叫做功率因数。当功率因数即无功功率很大时，会有以下危害：1）增大线路电流，使线路损耗增大，浪费电能；2）因线路电流增大，一旦输电线路较远，线路上的电压降就大，电压过低就可能影响设备正常使用；3）对变压器或者发电机而言，无功功率大，变压器或者发电机输出的电流也大，往往是输出电流已达额定值，这时负荷若再增加就需要多加一台变压器或发电机，浪费资源；4）月平均功率因数，工业用户低于0.92，普通用户低于0.9，若低于此项要求，将要被供电管理部门处于不同额度的罚款。

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗，稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量，无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。

补偿容量、类型的选择

一般情况下，设计时可根据变压器容量的20%~40%选择无功补偿容量。

补偿类型的关键选型依据是系统的谐波污染程度，由于配电系统中非线性负载越来越多的被使用，其带来的谐波污染问题日益严重，而无功补偿电容器是配电设备中受谐波危害最大的设备之一，谐波不仅会造成电容器过载，补偿乏值降低，缩短使用寿命，还可能造成电网谐波，发生严重的电气事故，另外，不正确的补偿类型选择还会造成谐波放大，进一步加剧配电网谐波污染程度。因此，必须根据谐波污染程度选择正确的无功补偿类型。

首先将配电系统简化，将系统简化为变压器（容量Sn），所有非线性负载总容量（容量Gh），将Gh/Sn的比值，即非线性负载占系统容量的比例作为补偿类型的选型依据：（1）当Gh/Sn≤15%时，表示系统谐波污染程度较轻，推荐补偿类型为标准型无功功率补偿。一般400V配电系统采用415V的电容器。（2）当15%＜Gh/Sn≤25%时，表示系统谐波污染程度较严重，推荐补偿类型为过谐型无功功率补偿。过谐型无功功率补偿方案采用比电网高一等级的电容器，如400V配电系统采用450V或480V的电容器。注意，当采用过谐型无功功率补偿电容器时，电容器将降容，降容系数为：K=（Vn/Vr）2，Vn为电网电压等级，Vr为电容器标准电压等级。例如：一台480V,30kvar的电容器相当于一台400V,21kvar的电容器，30kvarX(400/480)2=21kvar。（3）当Gh/Sn≥25%时，表示系统谐波污染程度严重，推荐补偿类型为调谐型无功功率补偿。调谐型无功功率补偿方案由调谐电抗器和过谐型电容器组成。由于调谐补偿方案采用了电抗器与电容器串联，而电抗器与电容器的电压方向正好相反，所以电容器的端电压实际上被抬升。以阻抗比为12%的调谐方案为例，电容器实际端电压Uc=400/(1-12%)=454V,所以必须采用480V电容器以防止过压。需要注意的是，调谐型和过谐型电容的降容计算有所不同。这里以电抗器阻抗为12%，要求实际补偿容量为300kVar的调谐补偿方案为例，按单步实际补偿30kVarX10路设计，步骤1：计算不考虑串联电抗器时补偿30kvar容量所需的480V电容器容量Q1，Q1*(400/480)2=30kvar,Q1=43.5kvar;步骤2：再考虑电抗器，计算出实际补偿30kvar容量所需的480V电容器容量Qc, Qc= Q1*(1-12%)=38.3kvar。结果：本系统按单步30 kvar设计10路，每步电容器为38.3 kVar/480V,电抗器为30 kVar/阻抗12%。（4）当Gh/Sn≥50时，建议使用有源滤波设备。

当电抗器所工作的电网中，谐波总畸变率在4%以下，可以只考虑限制电容器投切过程中的合闸涌流，电抗器的电抗率可选：K=(0.1~1)%。当K≤0.1%时，可安装在电容器外壳内。当0.1%《K≤1%时，可选用XD型电抗器。这种电抗器是单相结构，在安装时，注意一，安装在B相的电抗器，进出线次序与A、C相相反，以免互相影响。注意二，它对3、5次谐波电流略有放大。

当电抗器所工作的电网中，谐波总畸变率在4%以上，应先通过谐波检测仪表查明该电网的主要谐波含量，然后再合理确定K值。如果电网背景谐波为5次及以上时，这时应配置电抗率为（4.5~7）%。一般用电抗率为6%的电抗器。要注意的是，6%的电抗器，抑制5次谐波效果好，但对3次谐波有明显的放大作用。如果电网原来3次谐波含量就接近容忍值，就要注意选择电抗率K偏离6%少许。比如选K为4.5%的电抗器对3次谐波放大轻微。

如果，电网背景谐波为3次及以上时，这时应配置电抗率为12%的电抗器。从材料的价格上分析，在同样电压电流情况下，K值越高，其端电压也越高，电抗器的电抗和电感也大，即K值越高，价格也高些。所以，如果3次、5次、7次及以上谐波含量都超标需要治理时，建议用一部分K为7%的电抗器，用一部分K为12%的电抗器。

保护元件的选择

当采用断路器作为主保护时，热保护整定值设定：

（1）1.36In-适合标准型无功功率补偿

（2）1.5In-适合过谐型无功功率补偿

（3）1.12~1.31In-适合调谐型无功功率补偿，电抗率越大，系数越小

（4）短路保护为10In

当采用熔断器作为主保护时，一般选择1.5In

支路保护熔断器的选择

1.6In-适合标准型和过谐型无功功率补偿

1.5In-适合调谐型无功功率补偿

支路保护中不能采用微型断路器，因为微型断路器的分断能力太低，动作时间也没有熔断器快。

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关键词： 铁路供电系统 功率因数 无功功率补偿

中图分类号：U223文献标识码： A 文章编号：

1. 引言

许多铁路用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，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。 在功率三角形中（如图1-1所示），有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：

cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2 （1-1）

图1-1 功率三角形

在铁路电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，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。2. 影响功率因数的主要因素

首先是大量的电感性设备，如铁路机务段、车辆段、联合车库等大型车间中异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在铁路大型车间所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

其次，变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善铁路供电系统的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

再者，供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使铁路供电系统的供电电压尽可能保持稳定。

对于铁路供电系统，输电线路距离远且高速铁路多为全电缆线路，空载或轻载时线路电容的充电功率是很大的，通常充电功率随电压的平方面急剧增加，巨大的充电功率将增大线路功率和电能损耗以及引起自励磁、工频电压升高，还将增大线路的功率和电能损耗，同期困难等问题。

3. 无功补偿的一般方法

铁路供电系统通常采用的无功补偿方法有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

3.1 低压个别补偿:

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。

低压个别补偿的优点：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 3.2 低压集中补偿：

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。

低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

3.3 高压集中补偿：

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在铁路10kV配电所的高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。

4. 采取适当措施，设法提高铁路供电系统自然功率因数

提高自然功率因数是指不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。

4.1 调整加工工艺，改善设备的工作状况，使电能得到最好的利用

电动机、变压器等电感性负载，励磁无功功率在满载和轻载时变化不大，而轻载时有功功率较小，所以功率因数较低。此时可以采用小容量电动机代替负荷不足的大容量电动机；或者将电动机的定子绕组由Δ形改接成Y形，减少无功功率。还应限制感应电动机空载运行。

4.2 提高异步电动机的检修质量

4.3 合理选择配电变压器容量，改善配电变压器的运行方式

根据变压器的最佳负荷系数合理选用变压器，将变压器进行更换及调整，在负荷小的时候切除部分变压器，这样可以减少无功功率的需求量，使自然功率因数得到提高。配电变压器易选择d，yn11接线方式，以消除三次谐波影响，提高电压质量和功率因素。

4.4条件允许时，用同等容量的同步电动机代替感应电动机

5. 无功电源

铁路供电电力系统的无功电源有并联电容器、并联电抗器、静止无功补偿器等，这些装置又称为无功补偿装置。

5.1 并联电容器

通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，可视为向电网发出无功功率：Q=U2/Xc（5.1-1）其中：Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。 并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。

5.2 并联电抗器

并联电抗器主要是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整并联电抗器的数量或者改变电抗器铁蕊偏磁调节电感量来调整运行电压。铁路10kV系统主要采用分组式投切电抗器或磁阀式可控电抗器。

磁阀式可控电抗器根据直流偏磁特点可以分为4种控制方式：（1）高压自励磁，高压端控制方式。电抗线圈与励磁线圈共用。（2）高压自励磁加低压外励磁混合方式。电抗线圈与励磁线圈共用外，加低压外励磁绕组。（3）高压外励磁，低压端控制方式。电抗线圈与励磁线圈共用，可控的直流偏磁电流通过隔离变压器注入高电位的励磁线圈。（4）低压外励磁，低压端控制方式。可控的直流偏磁电流直接通过外施电源注入单独的低压励磁线圈。铁路一般采用高压自励磁方式，电抗线圈和励磁线圈共用，通过改变铁心磁导率（原理如图5.2-1所示），实现电抗值的连续可调且响应时间短（如图5.2-2图5.2-3所示），其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高，不会过补和欠补（如图5.2-4所示）。

图5.2-1磁控电抗器原理接线图

图5.2-2 快速励磁响应时间实测

图5.2-3 快速退磁响应时间实测

图5.2-4补偿效果实测

分组式投切电抗器是将电抗器分成几个组，利用对系统无功功率的取样，自动控制开关分组投切电抗器，其调节方式是离散式的。分组投切式电抗器采用机械动作原理（如图5.2-5所示），结构相对简单，检修不复杂，另外铁路供电电力系统除10kV配电所设置集中高压补偿外，贯通线也分散设置定容电抗器进行补偿，负载变化不大，设置分组投切电抗器相对成本低。但分组投切式电抗器开关投切时产生的涌流过大，一般在7倍左右，威胁设备的安全，另外为离散式调节方式，组别设置不当容易产生过补、欠补和引起电压波动（如图5.2-6所示）。

图5.2-5主接线图

图5.2-6 分组投切式电抗器补偿效果曲线图

某高铁配电所分组投切电抗器实测数据（5.2-7）

5.3 静止无功补偿器 静止无功补偿器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。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；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。 6. 结束语 综上所述，随着铁路建设的快速发展，铁路用电设备日益增多，为了节约能源和提高铁路供电系统质量，应根据具体情况进行无功补偿以提高功率因数，这对铁路用电设备是十分有益的。

参考文献:

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关键词：煤矿；井下供电系统；无功功率补偿技术

由于煤矿的井下供电网络线路长度较大，导致电网的负荷量较大，用电设备将长期处于低功率运行的状态下，从而导致电能受到极大的浪费和损耗。这种情况在中央变电所的供电系统中尤为常见。无功功率补偿技术的应用能够提高供电系统中的功率因数，从而降低电网的负荷和电能的损耗，改善供电的条件，提高供电的质量。因此，无功功率补偿技术在供电系统中具有良好的应用前景，特别是在煤矿的井下供电系统中具有良好的节能作用。

1 煤矿井下供电系统的特点

煤矿井下供电系统的运行条件较为恶劣，井下的环境阴暗潮湿，经常会引起电缆等设备受潮的现象。井下供电系统通常是使用电缆来连接各个用电设备，用电线路中的负荷变化性较大，容易对线路造成较大的损坏。此外，井下的电缆巷道相对较窄，当巷道中出现矿车倾倒或岩石掉落的问题，将会引起电缆的极大破坏，从而影响井下的正常供电。在井下采矿的过程中，所需的用电设备较多，电气设备长期处于过载运行的状态中。而一些大功率的用电设备采用的都是全压直接启动的方式，在启动的瞬间，急速增加的电流会导致线路中的电流达到额定电流的10倍以上。在这种情况下，线路中的电压会急速下降，若电网的安全保护装置设置不合理，将极有可能导致电网出现大面积的停电故障。

我国的煤矿井下供电网络主要采用中性点不接地的系统。在这种系统中，一旦出现金属相接地的现象，用电器仍然能够正常的运行，但未接地的两端电压会出现相对升高，这很容易引起用电事故。因此，当出现一相接地的现象时，用电系统是不能长期运行的，必须在2小时之内切断电源，只有这样才能防止事故的进一步扩大。

2 煤矿井下无功功率存在的危害

煤矿井下供电系统中存在的大量感性负荷会消耗大量的无功功率，从而导致电路中电压的损耗和电能的损耗增加。一些无功负荷还会造成电压的剧烈波动，导致电网的供电稳定性遭到破坏，一些设备出现开机困难的问题，甚至被烧毁。这种作用在一些大功率的用电设备上表现更为明显。

3 井下使用无功补偿的意义

煤矿井下用电系统采用无功补偿的意义主要体现在四个方面。

首先，补偿无功功率可以降低无功损耗，从而起到节约电能的作用。井下供电系统采用无功功率进行补偿后，可以提高电能的利用率，其实质就是节约了能源。其次，无功功率能够提高电网中的功率因数。按照就近原则，无功功率可以抵消电网中的感性无功电流，从而起到提高功率因数的作用，使其达到国家对电网的标准。再次，无功功率可以提高变压器的利用率和电网的负载能力。无功功率在电网中起到了承载容量的作用。这有效地分担了电网线路中的负载，使得变压器的容量使用率也有所下降。在进行无功补偿后，变压器的无功功率输出减少，实际的工作功率近似于有功功率，这就提高了功率的利用率，降低了电路中的无功电流，提高了线路的承载力。最后，无功功率补偿还可以稳定电网中的电压。当井下电网中存在较多的无功功率时，电网中电压的波动较大。在补偿了无功功率后，电网电压的稳定性得到了更好的保障，二次电压波动的现象得到了较好的控制。

4 无功功率自动补偿装置的工作原理

无功补偿技术的原理就是通过能量之间的转换来实现容性设备无功功率的补偿。井下电网在运行的过程中会产生大量的感性负荷，这些感性负荷的存在会导致无功功率受到一定的损耗，从而导致电网中的电压和电流出现不同的相位，产生的相位差被称为功率因素角。在电路中将具有容性功率负载的装置和感性负载装置进行并联，就能使两者相互吸收所释放的能量，从而完成能量的转换，低效率电流和电压之间的相位差，从而提高了无功功率。

5 无功补偿技术的主要类型

5.1 就地无功补偿

就地无功补偿是指在用电设备的周围直接并联一个电容器，从而在电路中形成与电动机的回路并联。这种补偿方式在低压电网中使用的较多。在这种补偿方式中，主要采用的设备有晶闸管和机械开关。两者都可以作为电路中的投切开关来使用。电容器的自动投切则由就地电压传感器来控制。在电网运行的过程中，电容器为电机提供无功负荷，这样能够减少能量交换的距离，将线路的电路控制在最小的范围内。在电路不变的情况下，线路的损耗和电流呈正比，就地无功补偿的方式能够起到良好的节能效果。

5.2 分散无功补偿

分散无功补偿是在变压器的低压端并联一个电容器，以此来达到增强支路功率的作用。在此情况下，电路中的电流和电能损耗都能得到有效的降低。

5.3 集中无功补偿

集中无功补偿的方式是将电容器并联在变电站降压母线的一段。这种补偿方式的优点在于能够对电路电压实现良好的控制，在自动投切的实现上也更加容易，能量的利用率高，电网更易维护，电网、变压器和线路中的无功负荷能够得到有效的控制。但这种方式也有一个缺陷，就是不能降低电网支路中的无功负载和能量的损耗。

6 无功补偿技术在煤矿供电系统中的应用

6.1 降低供电线路的功率损耗

在三相供电网络中，线路功率的损耗主要是以热损耗的形式产生的。煤矿井下供电系统的功率通常较低，采用无功补偿的方式能够将自然功率进行显著提升。在电路负载稳定的情况下，电路中的功率损耗能够得到有效控制。

6.2 提高线路的供电能力

供电网络在经过无功补偿后，线路的负载电流能够得到有效的降低，所需电缆的横截面积也有相应的下降。因此，经过无功补偿后的电路节电的效果十分显著，供电能力也有了极大的提高。

6.3 减少供电线路电压的损失

在电路中安装无功补偿装置后，线路上只需要有较小的电流进行完成电能的正常传输，这样能够将线路中的电压损失降到最低，并且提高电压的稳定性，对用电设备而言，工作的负荷也有了相应的降低。

7 结束语

无功补偿技术在煤矿井下供电系统中的应用能够有效地降低电网中的电能损耗，提高供电的稳定性和质量，能够更好地确保煤矿企业的经济效益，供电的安全性也能够得到更好的保障，因此，无功补偿技术在煤矿产业中具有良好的应用前景。

参考文献

[1]樊英，张丽，薛钟兵，等.基于V2G的无功功率补偿技术[J].电网技术，2013（2）：67-68.

篇7

关键词：节能减排无功功率就地（末端）补偿

1．概述

在中小型工厂企业中，绝大部分用电设备是三相异步电动机，是感性负载，需要从电力系统中吸收无功功率，当有功功率需要量保持恒定时，无功功率需要量的增大将引起以下极不良的影响：

 电流的增大，使电力系统中的元件，如变压器、电器开关设备的容量和导线截面增大；

 电流的增大，使设备及供电线路的能量损耗大大地增加；

因此，工厂企业内部要消除以上不良影响，就要降低无功功率需要量，即提高功率因数。一般中小型工厂企业降低无功功率需要量，提高功率因数的主要方法是：采用人工电力电容器补偿。

2．就地补偿技术优势明显、可产生巨大的效益

下面以某万吨纸厂的打浆工段作为分析计算的依据，对低压集中补偿与就地补偿进行比较，以点带面可以分析计算出一个造纸厂的节能情况。为了避免繁琐，将计算过程略去，只列出结果。

2.1无功补偿一次投资比较

低压侧集中补偿容量与投资：按要求功率因数需补偿到cosФ2=0.95、tgФ2=0.329，

补偿容量为：QC=αP30(tgФ1-tgФ2)=191 kvar（α为年平均有功负荷系数，取0.75；P30为计算负荷，经计算为512 kW；经计算自然功率因数cosФ1=0.771、tgФ1=0.773）

根据补偿容量为191 kvar，集中补偿需选用一块主屏和一块辅屏，投资约为2.6万元。

此式与集中补偿相差一个系数α,这是因为集中补偿相互间可利用，而就地补偿则为一对一的补偿，即此系数为1，即就地补偿容量大于集中补偿容量。

总补偿容量为:QC=∑QC(i)=266 kvar

就地补偿电容器参考价为：60元/ kvar，投资为1.596万元。

采用就地补偿后，本车间无功补偿一次投资可节约2.6-1.596=1.004万元。

2.2 线路电流比较

下面对就地补偿前后各设备的额定电流I、I’和计算电流I30、I30’进行比较。采用就地补偿后，各设备的额定功率不变，但无功功率得到了补偿，即无功功率减少了，所以流进设备线路的额定电流、计算电流就减少了。

补偿前：I--由手册直接查出；补偿后：I’=S’/ Ueη

补偿前：I30=S30/ Ue； 补偿后：I30’= S30’/ Ue

线路电流的减少量在9.4%~23.3%之间。

2.3 线路投资比较

由线路电流比较可知补偿后各设备的额定电流和计算电流都得到了不同程度的减少，因此可降低导线截面，从而线路投资可得到降低。

2.4 功率及能量损耗的比较

在线路规格不变的情况下，由于线路电流的减少，线路的功率损耗和能量损耗也会相应减少。

功率损耗：下面只比较补偿前后线路功率损耗之差：

ΔP=Δp-Δp’=3I302R -3I30’2R

（Δp、Δp’--补偿前后线路功率损耗, I30、I30’--线路补偿前后的计算电流， R=R0•L --线路电阻，R0--线路的单位电阻，由手册查得）

各线路补偿后功率损耗的减少量计算结果分别见图2-1。

ΔP1L=0.456 kW；ΔP2L=0.303 kW

总功率损耗的减少量为：ΣΔPi=2.342 kW

能量损耗：纸厂一般每天生产24小时、每年生产约330天，则每年可节约电能：W=ΣΔP•t=2.342X24X330=18549kWh

电费按0.6元/ kWh计，则每年可节约的电费为：

18549X0.6=11129元

2.5 全厂估算

下面用单位功率法来进行全厂的粗略估算，某万吨纸厂的总装机容量为4684/933kW(使用/备用)，而打浆工段装机容量为640.2/115kW(使用/备用)：

（1）无功补偿一次投资：备用设备也需要安装补偿装置，估算时应采用系数②，所以采用就地补偿后全厂可节约线路一次投资为：7.44 X1.004=7.47万元。

（2）线路一次投资：备用设备也需要线路投资，估算时应采用系数②，所以采用就地补偿后全厂可节约线路一次投资为：7.44X2.7488=20.451万元。

（3）节约电费：备用设备正常时不投入，估算时应采用系数①，所以采用就地补偿后在线路不变的情况下，全厂可节约电费：

7.32X11129=81464元=8.15万元。

3．结论

从上面的分析、计算、比较可得出以下结论,采用就地补偿后,可产生巨大的社会效益和企业效益,一个万吨纸厂：

(1)无功补偿一次投资可节约7.47万元

(2)线路一次投资节约20.451万元；

(3)在线路不变的情况下、运行费用可得到降低，每年可节约电费8.15万元；

(4) 在线路不变的情况下、节约电能效果显著，每年可节约电能约13.58万度电；

(5)由于电流的减小，使线路截面，开关、设备、变压器等的容量得到降低，节约了有色金属消耗量；

(6)由于电流的减小，增大了设备、线路的供电能力；延长了设备、线路的使用寿命；

(7)由于电流的减小，降低了电压损失，提高了供电质量；

篇8

关键词：无功功率补偿谐波危害低压无源滤波低压有源滤波

中图分类号：C35文献标识码： A

前言：

近年来，随着全球工业化进程的不断加快，对地球环境的污染和破坏也空前加剧。为此，在全世界范围内掀起了环境保护的热潮，电力系统也是一种“环境”，也面临着污染，公用电网中的谐波电流和谐波电压就是对电网环境最严重的一种污染。

1996年10月08日水利电力部了文号为电力工业部令第8号《供电营业规则》国家法律法规。《供电营业规则》受电设施建设和维护管理中规定：“无功电力应就地平衡。”“除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：100千伏.安及以上高压供电的用户功率因数为0.9以上；其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上；农业用电，功率因数为0.8。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝接电。”供电质量与安全供用电中规定：“电网公共连接点电压正弦波畸变率和用户注入电网的谐波电流不得超过国家标准GB/T14549-93的规定。”若不满足要求，“供电企业可中止对其供电。”

一、无功功率补偿和谐波的简述

1.1无功功率补偿介绍

无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的，电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。在电力系统中，粗略的说，为了输送有功功率，就要加送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现，而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率，网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中获得。显然，如果这些无功功率都是由发电机提供并经过长距离的传输是不合理的，也是不可能的，所以最合理的方法是需要消耗无功功率的地方进行无功功率补偿。

1.2无功功率对公用电网的影响

增加设备容量

增加设备及线路损耗

使线路及变压器的电压降增大，电压产生剧烈波动，供电质量严重降低。

1.3无功功率补偿的作用

提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。

稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。

在长距离输电线路中可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。

1.4补偿方式

根据系统负载情况的不同和需要达到的补偿效果的不同，按照电容器安装的位置不同，无功功率补偿方式分为三种：

（1）集中补偿（2）分组补偿（3）就地补偿

补偿容量示意图

1.5补偿容量的计算

如果已知负荷的有功功率P和补偿前的功率因数cosΦ1中，现将功率因数提高到cosΦ2中，所需补偿的无功功率Q可按下式计算：

1.5.1低压集中补偿

需补偿的无功功率：

上式中：P-负荷的有功功率，千瓦；

cosθ1-补偿前负荷的自然功率因数；

cosθ2-补偿后负荷要求达到的功率因数；

1.5.2电机就地补偿

需补偿的无功功率：

上式中：P-负荷的有功功率，千瓦；

cosθ1-补偿前负荷的自然功率因数；

cosθ2-补偿后负荷要求达到的功率因数；

η-电机的效率；

1.5.3电容器额定电压

在380V电网系统中，本公司建议使用450V电压等级产品，以适应中国国情的电网。也是今后加装电抗器的需要，串联电抗器后电容器两端电压升高，电容器额定基波电压Un=Uo（系统基波电压）（1-λ），λ为电抗率。

2.1谐波定义

供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）A称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到污染。电工技术领域主要研究谐波的发生，传输，测量，危害及抑制，其频率范围一般为2≤n≤50。

2.2谐波源

用户向公用电网注入谐波电流的电气设备或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，统称谐波源。

常见的谐波源主要有：换流设备、电弧炉、铁芯设备、照明设备、某些生活日用电器等非线性电气设备。

2.3谐波的危害

使旋转电机效率降低，发热增加，并且由于集肤效应，在转子表面形成环流，造成局部发热，缩短使用寿命。

变压器由于谐波电流产生大的附加损耗，引起过热，从而使绝缘介质老化加速，导致绝缘损坏。谐波电流还能引起变压器铁芯的磁滞伸缩和噪声。

谐波易引发并联电容器的过载发热，易构成谐波谐振，当谐波电压与基波电压峰值发生叠加时，易引起电容器介质的局部放电，同时缩短并联电容器的绝缘寿命。

断路器由于谐波的存在会降低热元件的发热动作电流，断路器的开断能力降低，当存在严重的谐波电流时，某些断路器的磁吹线圈不能正常工作。

电子设备受到谐波干扰易误动作。

继电保护由于谐波引起的相位变化会产生误动或拒动。

谐波对通信线路、信息线路产生噪声，甚至造成故障。

2.4电力系统抑制谐波的措施

为了把谐波对电力系统的干扰（污染）限制在系统可以接受的范围内，我国和国际上分别颁布了电力系统谐波管理暂行规定和IEC标准，明确了各种谐波源产生谐波的极限值。

电力系统抑制谐波的主要措施有：

2.4.1在补偿电容器回路中串联一组电抗器如果对应某次谐波有Xin-Xcn=0即发生谐振，其谐波电流、电压都趋于无穷大。为了摆脱这一谐振点，通常在电容器支路串联电抗器，其感抗值的选择应使在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感抗而不是容抗，从根本上消除了产生谐振的可能性。

2.4.2装设由电容，电感及电阻组成的单调谐滤波器和高通滤波器。

单调谐滤波器是针对某个特定次数的谐波而设计的滤波器，高通滤波器是为了吸收若干较高次谐波的滤波器。应装设滤波器的类型、组数及其调谐频率（滤波次数）可由具体计算决定。

2.4.3增加整流相数

高次谐波电流与整流相数密切相关，即相数增多，高次谐波的最低次数变高，则谐波电流幅值变小。一般可控硅整流装置多为6相，为了降低高次谐波电流，可以改用12相或24相。当采用12相整流时，高次谐波电流只约占全电流的10％，危害性大大降低。

2.4.4当两台以上整流变压器由同一段母线供电时，可将整流变压器一次侧绕组分别交替接成Y型和型，这就可使5次、7次谐波相互抵消，而只需考虑11次，13次谐波的影响，由于频率高，波幅值小，所以危害性减小。

二、无功功率补偿和谐波抑制的设置

现阶段，低压电力电网中，无功功率补偿和谐波抑制主要分三种方案：（一）低压无功功率补偿装置，（二）低压无源滤波补偿装置，（三）低压有源滤波补偿装置。

（一）低压无功功率补偿装置

1.1无功补偿的基本原理：

电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率。直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能。

电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90°.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90°.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180°.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小。无功补偿的具体实现方式：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，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

1.2低压无功功率补偿的功能特点：

（1）结构简洁，操作方便，运行安全可靠；

（2）模块化结构，随着企业的发展，无功补偿容量不足时，可随时增加模块进行扩容；

（3）装置补偿方式灵活，依据实际需求可以选择三相补偿、分相补偿、混合补偿，达到

补偿最佳效果；

（4）采用智能型控制，容量相同的电容器按循环投切原则，容量不同的电容器按适补原则投切，具有循环休息功能；

（5）装置能够有效改善电能质量，提高功率因数，降低电能功耗，节能效果明显。

（二）低压无源滤波补偿装置

2.1无源滤波的基本原理：

无源滤波的本质是阻抗分流。滤波器由滤波电容器和滤波电抗器串联组成，并调谐在某个特定的谐波频率。滤波器对其所调谐的特征次谐波来说呈现一个低阻抗通路，分流掉对应的大部分谐波。无源滤波在满足滤波效果的同时可以满足无功补偿要求，因此滤波装置的分组及电气元件的参数需要精确的计算及选型。

2.2低压无源滤波装置的功能特点

（1）即能治理谐波又能补偿无功，治理后谐波达到国家标准要求，并可节约电费开支10~30%。

（2）滤波效率高，可滤除3、5、7、11、13等各次特征谐波，谐波滤除率可高达60~75%。

（3）快速跟踪系统负荷无功变化，实时动态响应投切，系统响应时间≤10ms。

（4）采用先进的设计手段，可滤除大部分谐波电流、降低谐波电压畸变率、抑制谐波危害、具备防止谐波放大的功能，避免系统谐振。

（5）改善电压质量，减小负载引起的电流冲击，减少电压波动和抑制电压闪变，提高系统稳定性。

（6）有效降低系统损耗，功率因数可提高到0.96以上，使用户线损降低可提高配电变压器的承载效率，经济效益明显。

（三）低压有源滤波装置

3.1有源滤波的工作原理

有源滤波装置由谐波电流检测回路、补偿电流控制电路和驱动电路三个主要部分组成。谐波电流检测电路实时监视线路中的电路，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流控制电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，实现滤波功能。

3.2低压有源滤波装置的功能特点

（1）滤波范围广，可同时滤除2~50次谐波或选择2~50次内任意次数谐波进行补偿。

（2）响应速度快，可以1ms内检测到谐波的变化，对阶跃变化的谐波完全补偿时间小于10ms(1/2周波)。

（3）谐波滤除率高，采用全数字控制方式，可迅速、精确消除谐波，谐波消除率在95%以上。

（4）具有补偿谐波，同时补偿无功和负载三相电流不平衡三种工作模式。

（5）自动消除谐振，不受电网阻抗和系统阻抗变化影响。

（6）单相动态注入电流，不受系统不平衡的影响。

（7）设计选型简单，不需要进行详细的电网分析，只需要测量谐波电流的大小。

三、综述

谐波抑制和无功功率补偿是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、理论电工等领域的重大课题。由于电力电子装置的应用日益广泛，使得谐波和无功问题引起人们越来越多的关注。同时，也由于电力电子技术的飞速进步，在谐波抑制和无功补偿方面也取得了一些突破性的进展。我们在设计过程中要准确合理地根据工程的具体情况选择好谐波抑制和无功功率补偿的原器件或成套装置。

参考文献:

[1]王兆安，杨君，刘进军，王跃.谐波抑制和无功功率补偿（第二版），北京：机械工业出版社，2005.10

[2]工业与民用配电设计手册（第三版），北京：中国电力出版社，2005

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关键词：电力系统网络；无功控制；补偿器；控制电抗器

中图分类号：TM472 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）33-0059-02

在电力系统中，无功功率的平衡对于保证电网安全、可靠、经济运行极为重要，对于高电压、长距离输电线路更是如此。由于传统并联电抗器SR（Shunt Reactor）的功率不能够自动连续平滑调节，故不能很好地满足超高压长距离输电网无功平衡的需要。而对于静止晶闸管补偿器STC（Static Thyristor Compensator），由于其技术复杂、造价昂贵、维护困难而没有得到大量使用。磁饱和式可控电抗器MCR（Magnetically Controllable Reactor）具有功率自动连续平滑调节的特点。但是MCR具有谐波含量高，响应速度慢得缺点。

CSRT不仅可以用于电网的无功控制，而且由于响应速度快，也可以用于电网过电压限制和用作快速消弧线圈，可应用于负荷功率变化大的线路中起到稳定和调整电压的作用，近年来，CSRT做为柔流输电系统家族中的重要成员，由于具有诸多优点而被广泛研究。

一、CSRT的构成及其等效电路

CSRT相当于具有高短路阻抗的三绕组变压器如图1（a）所示：

变压器一次绕组接入电网，二次绕组（控制绕组）串接晶闸管控制模块，三次绕组（补偿绕组）内并联接入3、5、7次LC滤波器。

滤波器由串联的电容器和电感线圈组成，选择其参数时应使得在相应高次谐波发生谐振，因此：

； （1）

其中 K――高次谐波次序号，

则在工频电压下，各次滤波器的等效电抗值为：

显然，由于K>1，滤波器等效电抗为负值，则其等效阻抗具有容抗特性。由此可见，此控制电抗器不仅仅可以吸收轻载输电线路的剩余无功，还可以通过改变滤波器电容的参数来实现对重载输电线路提供所需的补偿无功功率。

CSRT在工频电压下的等效电路图（图1（b））其中：

（3）

，，――不同绕组短路时CSRT的等效电抗（角标1对应系统绕组，2――控制绕组，3――补偿绕组，其中角标第二个数字表示对应绕组短路时）。

通过在一次绕组和二次绕组之间装设第三补偿绕组，其短路电抗参数则具有以下关系（不考虑补偿绕组的厚度）：

（4）

――位置系数，其值变化范围从0.5到0.8受补偿线圈的装设的位置影响。

二、CSRT工作原理及参数计算

现在来分析一下当晶闸管触发角分别为90°和180°时的工作状况：

当触发角为180°时二次绕组相当于开路，容性电流（）通过一次系统绕组传递到电力系统，其

值为：

（5）

――控制补偿器必需的额定等效电抗（在感性工作方式下），――额定容性功率相对于额定感性功率的比值。

由此可以得到所需要的等效容抗值：

（6）

现在我们来讨论当晶闸管触发角为90度的情况（相当于二次绕组在短路状态）：此时在系统绕组中将通过额定感性电流：

（7）

由此可以得到感性工作方式下的额定电抗值：

（8）

这样，通过提高滤波器电容的容量实现了控制补偿器在容性工作状态下对容性电流的调整（可达到100%）。通过在二次侧控制晶闸管的触发角在180°～90°之间变化，可以使得控制补偿器所提供的电流从额定容性电流变化到额定感性电流（～）。图2为CSRT的电流相对值和晶闸管触发角之间的关系曲线，由图可见，当晶闸管触发角在某一个角度时，必然使得容性电流和感性电流大小相等，相互抵消，这时控制补偿器不提供任何电流给系统。感性电流和容性电流在内部相互补偿（此时一次绕组中电流为0）。

在印度BHEL公司（г. Бхопал）所属的变压器厂进行了在CSRT基础上实现容性补偿的实验，试验一次侧额定电压11kV，容量为2Mva，=0.67，3个并在补偿绕组中的电容分别为720、360、180μF，这次试验完全肯定了上述分析的正确性。当控制绕组断开时，在额定电压下，CSRT提供容性电流为105、40和17A（）。当控制绕组短路时，CSRT提供感性电流为96、99和104A（额定电流为105A）。此项实验验证了上述理论实现的可能性，也为CSRT的广泛应用提供了实践依据。

三、结论

这种变压器式静态无功控制功率补偿器的优

势是：

1．一次侧绕组可以不需要经过断路器而直接接入高压线路。

2．只需要提高一定的电容容量就可以实现较宽的无功功率范围（从吸收额定感性无功功率到发出额定容性无功功率）。

3．晶闸管模块装设在二次绕组中，降低了对晶闸管模块的绝缘特性要求，降低了成本。

参考文献

[1] 田铭兴，励庆孚．变压器式可控电抗器的谐波分析和功率级数计算[J]．中国电机工程学报，2003，23（8）．

[2] 陈伯超，田翠华，梁柏华，等．单相可控电抗器的一种谐波抑制原理及实现[J]．中国电机工程学报，2002，22（3）．

[3] Г.Н. Александров，Управляемый шунтирующийреактор трансформаторного типа. Электротехника 1996，67（10）.

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关键词：无功功率；方法；配电网规划；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.157

0 引言

在我国目前的电力工程之中，在电网当中针对用电设备进行使用之时，除了会对有功功率进行使用以外，还需要消耗无功功率。基于这一因素，在我国电力网络当中，电力部门为了可以更加合理化、科学化的对用电设备功率进行限制，便需要对其所消耗的无功功率进行合理的补偿，由此才能满足电力系统当中针对无功功率的基本需求。而在配电网的规划工作当中，有关部门需要甄选出效果理想、成本合理的方法来对用电设备进行无功率补偿。

1 关于无功功率的概念

所谓无功功率，就是指在规定的时间当中，在电气设备内部所生产的能量，同时在无电磁能量的状况下，给予电源设备带来感应电流。在理想状况当中，无功功率不会主动消失，它会在电源和电气设备当中开展电磁转化。由性质的角度进行分析，无功功率则可以被分成感性与容性两个种类。详细地说，电容器装置设备的损耗，便是容性无功功率，而电动机装置当中的损耗便属于感性无功功率。在中国现有的电力工程之中，针对感性无功功率和容性无功功率的判定，有着十分重大的意义。这是因为在配电网络当中，含有很多的电感配件，这些电感配件会在很大程度上对无功功率进行损耗，因此，在配电网规划的过程之中，需要使用有效的办法针对无功功率开展合理的补偿，由此保障我国电力工程在运行过程中的稳定以及安全。

2 我国电力工程常用的无功功率补偿方法

一般情况下，在我国配电网络当中所采用的无功功率补偿方法主要有变电站集中补偿、低电压集中补偿、杆上无功补偿以及用户终端分散补偿等方法，本文针对这些方法进行逐一的介B。

2.1 变电站集中补偿法

电力部门需要将配电网络当中的无功功率进行平衡，可以在变电站当中开展集中补偿，在此种方法下，无功功率补偿的主要作用便是对配电网当中的功率因数进行改变，增加终端变电站上的电压强度，对主变压器当中的的无功损耗开展补偿。相关补偿设备一般是连接在10千伏的母线当中。这种补偿方法有着管理方便、维护简单以及成本投入较低等一系列的优点，但是针对配电网络当中的损耗控制很难发挥出有效的作用。

2.2 低电压集中补偿法

当下，低电压集中补偿法是我国使用频率最高的一种无功补偿方法，该方法是在配电变压器的低电压一端开展无功功率的补偿。在使用低电压集中补偿法时，补偿设备按照用户的用电多少的变化，投入对应数量的电容器开展跟踪补偿。该种补偿方法最为主要的作用是增强专业变压器使用者的功率因数，完成无功功率在电能使用地点的就地平衡，不但针对配电变压器与配电网络的损耗有很好的控制效果，同时也可对电力使用者的电压水平进行保障。该补偿设备一般是按照功率因数或者无功功率开展电容器的自动投切。该种补偿方法所遵循的原则尽管对于保障用户的用电质量有很大的帮助，但是在操作的过程当中，无功功率的投切量往往和现实要求存在有很大的差异，由此导致在配电网络当中，无功功率补偿过大或者补偿量不足的状况时有发生，使得电力系统的正常运行受到严重影响。

2.3 杆上无功补偿法

在我国的配电网络当中，存在有大量的公共变压器没有开展无功补偿，无功功率的受补偿率受到了很大程度的影响，这直接导致我国配电网络当中有很大的无功功缺额必须要凭借发电站或者变电站来进行补充，让大量无功功率必须凭借供电线路进行传输，大幅度增加了配电网络的损耗程度。基于这一现状，供电部门需要将10千伏外界并联电容器配置在架空的电线网络的杆塔上开展无功补偿，以求增强配电网络当中的功率因数，实现减小损耗增加压强的效果。因为在杆塔上所安装的并联电容器和变电站之间存在有很远的距离，所以十分容易产生资金投入过大，保护装置不易安装、日常维护投入精力过大等缺点，并受外界环境因素对电力工程造成干扰等问题。在配电网络处在轻载状态时，电力部门又必须要杜绝配电网络线路发生电压超负荷或者过量补偿等情况。所以，在塔杆上所建立的无功功率补偿点的数量一定要适当，并且不建议设立分组投切，容量限定也不能过高。

2.4 用户终端分散补偿法

就我国国情进行分析，在城镇地区，低压用户的人均年用电量大幅度上升，煤矿、企业、住宅小区当中对无功功率都有很高的需求量，供电部门直接针对用户终端开展无功补偿，是最合理的减小供电网络消耗以及保障供电网络电压稳定的方法。该种补偿方式所存在的弱点为补偿地点呈现分散化分布，无法指派专人进行管理，并且负荷波动不在同一时间点的特征让大量电容器在线路负荷较轻的情况下处于相对空闲的状态，不能有效发挥这些设备的作用。

3 无功功率补偿在配电规划当中的运用分析

从配电网络的安全、高效运行作为出发点，无功功率补偿在此当中有着十分重要的作用。简单来讲，配电网自身规模越是庞大，在运行过程中就会出现越大的负荷压力，所以，在电力部门开展配电网规划的过程当中，需要选择合理的无功补偿方案，来对配电网络当中的无功功率进行补偿，由此使得配电网的运行变得更加安全高效。

3.1 无功功率因数的增加

凭借实际运用和数据分析能够知道，在我国电力系统之中，若需要把用电设施的无功负荷减小，就必须要正确进行大无功负载量设备的置换工作。通过这一工作的开展，即使维持供电系统之中原来的无功补偿设备的数量，仍可以让电力系统当中的无功功率因数得到增加。并且在配电网络当中，就可以让电力运送过程中所出现的损耗进行削弱。根据笔者的工作经验可以发现，针对各种无功功率数据来讲，电动机数据有着极为重要的意义和价值。针对电动机使用过程当中无功功率实际消耗情况进行分析，在不同的外部环境之中，相同设备的无功功率消耗也会存在不同，供电部门应根据这一情况，选择出对应的补偿方案。

例如：在配电网规划当中，针对高压用电设备的无功补偿，电力部门可以在主变压器的两端进行高压设备的安装，由此来减小变压器所造成的无功损耗，同时在一定程度上，把无功功率因数进行提升

3.2 低压无功功率的补偿

在中国目前的电力工程之中，建立在配电网络当中需要在科学合理的范围当中进行变低压补偿，该补偿方式同样是使用极为广泛的一种无功补偿方式，在配电网低压无功功率进行补偿时，比较常见的低压无功补偿技术有随机补偿、随器补偿以及跟踪补偿等，在实际针对这些技术进行使用的过程当中，它们往往能够发挥出不同的效果和作用。

4 结束语

伴随着我国的快速发展，不管是人们的生活、企业的生产，电力资源都发挥出了不可替代的作用，基于这一现状，电力部门应保障配电网络在运行过程中的高效和安全。在当前的配电规划之中，电力部门需要根据无功功率的损耗状况，采用合理科学的无功补偿技术进行补偿，由此保障我国供电网络的安全使用。本文通过笔者多年的电力部门工作经验，论述了自己对于无功补偿的一些不成熟看法，希望能够给予同行参考和帮助。

参考文献：

[1]崔大明，侯庆雷，李超.配电网规划中的无功功率补偿方法探讨[J].电子世界，2015（20）：50-51.

[2]黄勇.配电网规划中无功功率补偿方法初探[J].科技风，2015（05）：20.