一问一答

无功补偿装置容量该如何确定？如何选型？

电力网在运行时，电源提供的无功功率是电能转换为其他形式能的前提，没有无功功率，变压器就不能变压与输送电能；电动机的旋转磁场就建立不起来，电动机就无法转动。但是，远距离传输无功功率，又会造成线路有功功率的损耗和电能质量的降低，这不仅影响电力网的安全经济运行，而且也影响产品的质量。因此，怎样降低无功电力的长距离输送，已成为电力部门和用电企业的研究课题。因此，我们根据用电设备消耗无功的多少，在负荷较集中、无功消耗较多的地点增设了无功电源点，使无功的需求量就地得到解决，这样不但减少了无功传输过程中造成的能量损耗和电压降落，而且提高了供用电双方和社会的经济效益。那么如何对设备补偿才能取得更高的经济效益呢？那还需根据系统及负荷的情况确定合理的补偿方案。

一．无功补偿的原则

无功补偿应本着全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡的原则确定*的补偿容量和分布方式。具体内容如下。

总体的无功平衡与局部的无功平衡相结合，既要满足供电网的总无功需求，又要满足分线、分站的变电站及各用户无功平衡。

集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，这就要求在负荷集中的点进行补偿，既要在变电站进行大容量集中补偿，又要在配电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿，使无功就地平衡，减少变压器和线路的损耗。

高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。高压无功补偿装置应装设在变压器的主要负荷侧，当不具备条件时，可装设在变压器的第三绕组侧，高压侧无负荷时，不得在高压侧装设补偿装置。

降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。这是针对供电半径较长，分支较多，负荷比较分散，自然功率因数低的线路。这种线路负荷率低，线路的供电变压器多工作在空载或轻载的工况下，线路损失大，若对此线路进行补偿，可明显提高线路的供电能力。

二．无功补偿装置容量的确定

1.低压集中补偿

配电网的无功补偿以配电变压器低压的集中补偿为主，以高压补偿为辅，配电变压器无功补偿装置的容量如果无法了解负荷的工作情况及系统参数，可按变压器zui大负荷率为75%，负荷功率因数为0.70考滤，补偿到变压器最大负荷时其高压侧的功率因数不低于0.95，或按变压器容量的20%～40%进行配置。

用户对功率因数有特殊要求时，可选择合适的补偿容量使功率因数达到用户的要求值。

2．电动机定补

按照电动机的空载电流确定电动机的定补容量，电动机的空载电流约占额定电流的25%～40%。为了防止电机退出运行时产生自激过电压，电动机的补偿容量一般不应大于电动机的空载无功，通常取QC=(0.95～0.98)UeI0

对于排灌电动机等所带机械负荷轴惯性较大的电机，补偿容量可适当加大，大于电机空载无功负荷，但要小于额定无功负荷。对于排灌用普通电机，可按下式确定补偿容量QC=(0.5～0.6)Pe（Kvar）

3.随器补偿

变压器在轻载及空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功。Q0=I0%Se×10-2（Kvar）

随器补偿只能补偿配变的空载无功Q0。如果在补偿容量大于变压器的空载无功时，则在配变接近空载时会造成过补偿，易产生铁磁谐振。因此推荐选用的补偿容量为QC=(0.95～0.98)Q0

三．无功补偿装置的匹配原则

1．低压补偿装置回路数的选择

在补偿容量确定的情况下，补偿的回路数分得越多，每一回路的补偿容量越小，补偿效果越好，但投资越大，设备的造价越高，产品的性价比越差。同时电容器分的组数越多，与系统发生谐振的机率越大，因此《并联电容器装置设计规范》GB50227-1995规定电容器分组容量应根据加大单组容量，减少组数的原则确定。当分组电容器按着各种分组容量组合运行时，不得发生谐振。

通常根据最小负荷波动特点确定单支路补偿的容量，从而确定补偿回路数。0.4KV系统的户外补偿箱一般选择2～4路，户内补偿柜一般选择4～10路，高压补偿一般1-4路，补偿的回路数越多，在存在谐波的情况下与系统产生谐波谐振的机率越大，因此，在保证投切精度的情况下，以选则的回路越少性价比越高。

2．投切开关的选择

低压无功补偿装置分三种开关（接触器、无触点开关、复合型智能开关）投切电容器。

接触器开关的特点：投切电容时冲击电流大、有燃弧，开关寿命短（一般小于１万次），但通流时功耗低，比较适合负荷基本不波动或波动很不频繁的场合。

无触点开关的特点：过零点投切电容、无涌流，电容器切除时无过电压，开关寿命长、电容器无需放电可再次投入，但通流时有一定的功耗，比较适合特别频繁波动的场合。

复合开关：过零点投切电容、电容器投入时无涌流，切除无过电压产生、开关寿命较长（大于50万次）、功耗小，投切速度介于接触器和无触点开关之间。复合开关是一种将双向晶闸管与接触器并联运行的开关形式，其配备控制电路，使开关投入时晶闸管先投入，开关切除时晶闸管后切除，实现无电弧投切；正常运行时，由接触器承载电流。

高压无功补偿装置投切电容器开关要求即有一定的分断能力，又有较高的机械寿命，且开关在投入电容器时触头弹跳小，不得有过长的预击穿。因此，永磁式电容器投切开关成为高压电容器投切开关的理想选择。CEMCS智能一体化户内永磁式电容器投切开关是集现代新型开关制造技术，现代智能网络通讯控制技术的新型户内开关，操作机构采用高可靠性能的双线圈双稳态永磁机构，取消了传统的机械脱扣和锁扣装置，零件数较传统机构减少了70％以上，可靠性大大提高。主回路采用先进的固封绝缘技术，真空灭弧室固封在极柱内，防污秽及防凝露强，是一种小型化﹑无污染的绿色环保产品。由于采用永磁机构，机械寿命长，可靠性高，特别适合频繁操作的场所。

3．电容器投切的依据

通常的控制目标为：功率因数、无功功率、无功电流、电压。根据具体情况，以使变压器及配网容量释放zui大为主要目的，使变压器及电网的损耗达到最低为主要目标，所以电压不应该成为控制目标。以功率因数为检测量，缺点是轻载时容易产生投切振荡，重载时补偿不充分；以无功电流为检测量，无功功率为控制目标，无功上下限可根据系统的负荷特点设定，可使系统的功率因数提高到最佳的状态。

四．滤波支路的选择

在系统谐波较为严重的情况下，需对谐波源进行滤波，针对某一频率的谐波设计单调谐滤波支路。滤波支路能够滤除特定谐波分量，对于基波分量，它也有无功补偿效果。

需根据谐波源产生的谐波量和电源点的短路容量的大小，计算出谐波电流及其引起的正弦波电压畸变率在公共供电点处是否超过有关国家标准的允许值，以此来决定是否装设谐波滤波装置。

如果谐波源发出的谐波电流及电压畸变率超过电源点的有关国家标准的允许值，则需装设专门针对这种谐波源而设计的滤波装置，滤波器的容量及配置需根据负荷产生的谐波情况来配置。

如果谐波源发出的谐波电流及电压畸变率不超过电源点的有关国家标准的允许值，则需装设普通型的滤波器，普通型的滤波器是针对不同次的谐波进行配置。

普通型滤波器电抗率的选择

1）选择电抗率为(4.5～6)%的电抗器

对于六脉整流设备，变频器、直流电弧炉、直流轧机及中频炉等非线性负荷通常产生的特征谐波为五次、七次谐波，为了抑制电容器对谐波的放大作用，选择串联电抗率为(4.5～6)%电抗器。

2）选择电抗率为(12～13)%的电抗器

对于电焊机、交流电弧炉、铁合金炉、电石炉等负荷通常产生的特征谐波含有三次谐波，应选择串联电抗率为(12～13)%的电抗器。

设计人员在进行无功补偿装置设计时要从多方面考滤，设计的无功补偿装置即要满足补偿容量的要求，在回路分配上又要达到系统的补偿精度，以zui小的投入达到*的补偿效果，并且设备可长期安全可靠的运行。