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1、关于功率因数及其补偿1无功补偿电容柜中为什么串联电抗器7并联电抗器的作用8无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿。9抑制谐波串联电抗器的选用情况和TSC动态无功补偿解析14无功补偿用串联电抗器的性能与作用23关于功率因数及其补偿1、功率因数的概念在交流电路中，电源供给负载的视在功率包括有功功率和无功功率。有功功率是电阻性负载消耗的功率，即实际消耗的电功率，用P表示，单位为瓦（W）或千瓦（kW）；无功功率并非实际消耗的功率，而是反映电感性负载或电容性负载发生的电源与负载间能量交换所占用的电功率，用Q表示，单位为乏(var)或千乏(kvar)；视在功率是电压和电流有效值的乘积，用
2、S表示，单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)。按线性负载来考虑，三者的关系可用功率三角形来表示，如图1所示。图1：功率三角形对于三相平衡负载，视在功率为下式。式中，U为相电压有效值，Ul为线电压有效值，I为电流有效值。S = 3UI =31/2 Ul I =（P2 + Q2）1/2 当供电回路中既有电感性负载又有电容性负载时，总的无功功率为下式。式中，QL为电感的无功功率，QC为电容的无功功率。Q = QL-QC有功功率与视在功率之比称为功率因数，用表示。在线性电路中，功率因数等于电流与电压相位差的余弦，即=P/S=（3UI cos ）/3UI= cos 功率因数是反映电力用户用电设备合理使用
3、状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。2、提高功率因数的意义提高功率因数的意义包括可降低线路损耗、可改善电压质量、可提高变压器利用率和节约用户的电费开支等等，详见下表1的解释。表1：提高功率因数的意义3、提高功率因数的方法提高功率因数的方法分为提高自然功率因数和功率因数人工补偿。1）提高自然功率因数自然功率因数是指用电设备自身所具有的功率因数，其高低与设备的负荷率有关。在通信企业中，有许多电感性的电气设备，如变压器、电动机等。据统计，企业的无功功率，一般感应电动机占70%，变压器占20%，线路占10%。由此可见，电动机和变压器消耗的无功功率大，自然功率因数比较低，特别是在空载运行时功
4、率因数更低。为了降低无功功率消耗，提高自然功率因数，通常可采取下列措施：(1)合理选择电动机的大小，避免大马拉小车，及时更换负载率小于40%的电动机。(2)正确选择变压器容量，提高变压器负荷率，其负荷率在75%80%较合适。采用提高自然功率因数的方法是一种最经济有效的方法。但是，如果变压器带有容量大的季节性负荷，合理选择变压器容量就比较困难。例如中央空调系统，单机容量都比较大，从几十千瓦到上百千瓦，而空调的使用有季节性，若只选择一台变压器对全局供电，为使空调工作时变压器不过载，变压器容量只能选得较大，而当空调不工作时，变压器就工作在轻载状态，功率因数就会显著降低。对于这种情况，单靠提高自然功率
5、因数的办法满足不了对功率因数的要求，必须采用无功功率补偿的方法来提高功率因数。2）功率因数人工补偿在一般情况下，用电负荷多为电感性负载，常用并联电容器的方法来补偿功率因数，原理如图2所示。专门用来补偿功率因数的电容器称为移相电容器，具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小和投资少等优点。图2：并联电容补偿功率因数原理图中，R、L串联表示感性负载，端电压为，电流为İL，感性负载使得电流相位滞后电压相位一个角度，这个角度就是功率因数角1。在R、L两端并联电容C，将有电流İC流过电容，İC比超前90。并联电容后，总电流İ是İL与İC的相量和，校正后的功率因数角为2。可见21，功率因数得到提高。并联电容
6、补偿的容量（无功功率）可按下式计算，式中，QC为电容器补偿的无功功率(kvar)，Pj为有功功率(kW)，1为补偿前的功率因数角，2为补偿后的功率因数角。QC=Pj（tan 1-tan 2）4、移相电容器的型号和补偿容量移相电容器的型号由文字和数字两部分组成。例如，YY0.4-12-3，第一位字母Y表示移相用；第二位字母Y表示矿物油浸渍；0.4表示额定电压为0.4kV；12表示标称容量为12kvar；3表示三相，是指封装好的移相电容器内部接成三角形，外部引出三个接头，可直接连接在三相电源上。电容器的电容量为C，其容抗为XC，当电容器两端施加正弦交流电压U时，它能补偿的无功功率为Q=U2/XC
7、= 2f CU2，即当C一定时，电容器能补偿的无功功率Q与加在电容器上的电压U的平方成正比。因此并联电容器进行补偿时，宜采用三角形连接，其补偿容量为星形连接的3倍。电容器的额定电压应与电力网的额定电压相符。5、并联电容补偿的方法并联电容器补偿无功功率通常有以下三种方法。1）分散补偿。分散补偿是指将移相电容器就近并联在电感性负载上。若电容器的补偿容量选择得当，补偿效果明显。但分散补偿维护工作量大，电容器的利用率低、投资大。这种补偿方式只适用于长期运行的负载或容量较大的负载。2）低压集中补偿。将移相电容器集中在一起，组成无功功率补偿屏，又称电容补偿柜。将电容补偿柜并接在变压器低压侧的电力母线上进行
8、补偿。细分交流负荷，有的长期使用，有的时用时停，存在一个用电高峰和低谷的问题。若将所有移相电容器接成一组对用电高峰进行补偿，且满足对功率因数的要求，则在用电低谷时就会过补偿，造成电压偏高。因此实际工作中往往将移相电容器分成几组，一组长期并联在电路中对固定不变的负荷进行补偿，其余的移相电容器组根据负荷的运行情况及时投入或撤除，既满足提高功率因数的要求，又不会造成过补偿。投入或撤除移相电容器可采用人工或自动的方法。电容器是储能元件，当电容器从电源上断开时，电容器上的电压等于电路断开瞬间的电源电压。因此撤除的移相电容器应考虑放电，一般采用灯泡来放电。3）高压集中补偿。高压集中补偿就是将电容补偿柜移到
9、变压器的高压侧。在高压侧补偿的补偿效果比在低压侧好，但移相电容器即使接成星形，电容器承受的电压也很高，易造成电容器爆炸，同时高压操作需要专门的辅助电源和操作机构，维护操作困难，因此在通信企业中多采用低压集中补偿。6、功率因数自动调节功率因数自动调节是指在电容补偿柜中设置了自动调节装置，能根据电网电压和负载的变化及时投入或撤除电容器组，以保证功率因数符合要求。电网电压的波动和负载的启动会造成瞬时功率因数的波动，为避免自动调节装置的执行机构误动作，自动调节装置应采取延时投入和延时撤除的方式。图3为电容补偿柜一次电路原理图，图中移相电容器组均采用三角形接法，一组作为固定补偿，其余的根据电网电压和负荷
10、的变化自动投撤。采用交流接触器作为自动调节装置的执行机构，自动调节装置的设计方案很多，其基本原理分时间型自动控制和功率因数型自动控制。时间型自动控制是预先设计好时间段，按时让交流接触器动作或断开，从而投入或撤除电容器组。功率因数型自动控制是采用取样信号与基准电压进行比较，其差值经放大、变换后去控制交流接触器的动作，从而投入或撤除电容器组。取样信号可采集母线电压的高低、功率因数的大小、无功电流的大小等。具体工作原理不再赘述。图3：电容补偿柜一次电路原理图功率因数补偿应避免补偿电容与电路的电感形成谐振，从而导致过电压。不宜一味追求高功率因数，在一般情况下确定补偿后的功率因数在0.90.95之间便可
11、，要严格防止过补偿。此外还需注意，如果利用移相电容器将功率因数提高到0.95，供电系统有可能在5次或7次谐波发生谐振，导致系统工作异常，这时可在移相电容电路中串联小电感，使谐振频率不在系统谐波频率的范围内。无功补偿电容柜中为什么串联电抗器电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要，布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也
12、起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。近年来，在电力系统中，为了消除由高次谐波电压、电流所引起的电容器故障，在电容器回路中采用串联电抗器的方法改变系统参数，已取得了显著的效果。在并联电容器回路中串联电抗器的作用有两个,一是为了抑制涌流,二是为了抑制谐波.在并联电容器投运时由于电容器两端的电压突变,必然形成一个很大的合闸电流,这个电流称为涌流.一般情况下,涌流不会超过10倍的额定电流.当多台电容器组中追加投入时,由于已投运电容器的充电效应,涌流比第一台投运时更大,往往要超过10倍额定电流.因此单台电容器时建议串联小电抗器,电抗率0.1
13、%1%.当然,不串电抗器也可以,电容器应能满足抗涌流能力.多台电容器必须串联小电抗器,电抗率同上.当需要抑制3次及以上谐波时,电抗率应该是12%13%当需要抑制5次及以上谐波时,电抗率宜为4.5%6%并联电抗器的作用 1、削弱空载或轻载时长线路的电容效应所引起的工频电压升高。 这种电压升高是由于空载或轻载时，线路的电容（对低电容和相间电容）电流在线路的电感上的压降所引起的。它将使线路电压高于电源电压。当愈严重，通常线路愈长，则电容效应愈大，工频电压升高也愈大。 对超高压远距离输电线路而言，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，巨大的充电功率除引起上述工频电
14、压升高现象之外，还将增大线路的功率和电能损耗以及引起自励磁，同期困难等问题。装设并联电抗器可以补偿这部分充电功率。 2、改善沿线电压分布和轻载线路中的无功分布并降低线损。 当线路上传输的功率不等于自然功率时，则沿线各点电压将偏离额定值，有时甚至偏离较大，如依*并联电抗器的补偿，则可以仰低线路电压得升高。 3、减少潜供电流，加速潜供电弧的熄灭，提高线路自动重合闸的成功率。 所谓潜供电流，是指当发生单相瞬时接地故障时，在故障相两侧断开后，故障点处弧光中所存在的残余电流。 产生潜供电流的原因：故障相虽以被切断电源，但由于非故障相仍带电运行，通过相间电容的影响，两相对故障点进行电容性供电；由于相间互感
15、的影响，故障相上将被感应出一个电势，在此电势的作用下通过故障点及相对地电容将形成一个环流，通常把上述两部分电流的总和称之为潜供电流。潜供电流的存在，使得系统发生单相瞬时接地短路处的潜供电弧不可能很快熄灭，将会影响单相自动综合闸的成功率。无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿。无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿。三相电容自动补偿适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相，根据检测结果，三相同时投切可保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于有大量的三相用电设备的厂矿企业中。在
16、民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。据有关资料介绍，某地综合楼是集商场、银行、办公、车库、宾馆为一体的一类高层建筑，总建筑面积万。主
