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1、第13 章 无功补偿装置、电容器及运行维护（1）工厂的功率因数：工厂的功率因数COS 9有以下几种。1）瞬时功率因数。瞬时功率因数可由功率因数表（也称相位表）直接读出，或由功率 表、电流表和电压表的读数按下式求得P式中P功率表测出的三相有功功率读数（kW）；U电压表测得的线电压读数（kV）；I电流表测出的线电流读数（A）。瞬时功率因数主要用来分析工厂或设备在生产过程中某一时间内所具有的功率因数值， 同时可以了解当时的无功功率变化情况，决定是否需要以及采取什么方式进行无功补偿等技 术问题。2）平均功率因数。平均功率因数是指某一规定时间内功率因数的平均值，又称加权平 均功率因数。对于投产一年以上的
2、工厂，平均功率因数可按下式计算Wcos 9 = p -lw 2 + W 2式中Wpp p q某一段时间（通常取一个月）内消耗的有功电能，由有功电能表读取；W某一段时间（通常取一个月）内所消耗的无功电能，由无功电能表读取。 q对于正在设计中的工厂，无法知道W和W的准确数值，或刚投产时间不长的工厂的平pq均功率可按下式计算式中 P30cos e=1p Q 13012尸丿30丿工厂低压侧总有功计算负荷；Q 低压侧总无功计算负荷;30Q、0 计算系数，其大小与工厂生产工作制有关。一班制：a二,B=；二班制：a=,B= ；三班制：a 二,B=。3）最大负荷时的功率因数。指在计算负荷最大时所具有的功率因数
3、，按下式计算PCOS 申=-0S30在供电营业规则中规定：变压器容量在100kVA及以上的高压供电的用户，在系统 高峰用电时,其功率因数必须达到以上,其它电力用户和大型排灌站以及趸购转售电企业, 其功率因数最低不得低于,凡功率因数达不到此规定值的工厂必须进行无功补偿。这里所反 映的功率因数就是指最大负荷时所具有的功率因数。（2）无功功率补偿：在工厂中由于使用大量的感应电动机、电焊机、电弧炉、气体放 电灯以及电力变压器这些感性负荷,会使供电系统的功率因数下降。如果供电系统长期在低 功率因数会造成电网无功电流过大,使电网电能损耗和电压损耗增加,浪费大量的能源和资 源。因此功率因数达不到电业部门规定
4、的数值时,必须进行无功补偿。目前工厂广泛应用并 联电容器进行无功补偿。图1表明了提高功率因数与无功功率和视在功率变化的关系。图1功率因数提高与无功功率和视在功率的变化从图中可以看出，功率因数由COS P提高到COS 0时，若用户需用的P30不变，无功功 率将由原来的Q“减小到Q；视在功率也由原来的s减小到S 。此时负荷电流I将得以3030303030减小，这将会使电网上的电流下降，使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，这样既节约了 电能，又提高了电压质量，而且可以减小供电设备的容量和导线电缆的截面。因此提高功率 因数对供电系统大有好处。由图2-9还可知，要使功率因数由cosp提高到cos0，必须
5、装设无功补偿装置（并联电容器），其补偿容量为Q - Q - Q二 P （tan - tan Q）C 303030Q 二 Aq PC C 30式中 Aq =Can 一 tan Q） 一比补偿容量或称无功补偿率，它表明要使1kW的有功功率C由cos 9提高到cos9 所需要的无功补偿容量kvar值。附表 4 列出了并联电容器的比补偿容量，可利用补偿前和补偿后的功率因数直接查得。在确定了总补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个电容器的容量q来确定所需 c该型号电容器的数量n，即n = QcqC常用并联电容器的主要数据，如附表5所列，也可以查设计手册。由上式求得的电容器的个数n,对单相电容器（其全型
6、号后标有“1”者）来说，应取 三相的倍数，以使三相均衡分配。（3）无功补偿后的工厂总计算负荷：工厂或车间装设了无功补偿装置后，则应在确定 补偿设备装设地点前的总计算负荷时，扣除已补偿的无功容量，即总的无功计算负荷为Q = Q 一 Q3030 C补偿后的视在计算负荷S=严 +（Q -Q）2303030 C由式可以看出，在变电所低压侧或车间低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总 计算负荷减小，即S 0.9也满足电业部门关于高压侧功率因数必须大于的要求。通过本例题可以看出，采用无功补偿方法来提高工厂的功率因数，对工厂、电力系统都 有很大益处，均可达到节约电能的目的，其意义重大。工厂供配电系统并联
7、电容器的接线、控制、保护及运行维护1 并联电容器的接线工厂供配电系统无功补偿的并联电容器大多采用形接线,只是少数容量较大的高压电容器组除外。而低压并联电容器绝大多数是做成三相的，且内部已接成三角形。三个电容为c的电容器接成三角形，容量为Q= 3 CU2，式中u为三相线路的线C (A)电压。如果三个电容为C的电容器接成Y形，则容量为Q = 3CU2，式中U为三相线 C(Y)申申路的相电压。由于U = 3U，因此Q 二3Q 。这是并联电容器采用接线的一个优 申C (A)C (Y)点。另外电容器采用接线时，任一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿；而采用Y接线时，一相断线时，断线的那一相将失去无功补偿
8、。但是也必须指出，电容器采用接线时，任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。如果电容器采用Y形接线，情况就完全不同。=I =AB式中Xc电容器的电抗(0)；U 0 为相电压(V)。当A相电容器击穿短路时3U卑=3IX AC由上式可知，电容器采用 Y 形接线，在其中一相电容器击穿短路时，其短路电流仅为 正常工作电流的3倍，因此相对比较安全。所以GB50053199410kV及以下变电所设计规 范规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时：450kvar及以下)宜接成三 角形。低压电容器组应接成三角形。2 并联电容器的装
9、设位置并联电容器在供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地 补偿三种方式。1）高压集中补偿 高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的6 10kV母线上。这种补偿方式只能补偿610kV母线以前线路上的无功功率，而母线后的厂 内线路的无功功率得不到补偿，所以这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。但这种 补偿方式的初投资较少，便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的无 功补偿，以满足工厂总功率因数的要求，所以这种补偿方式在一些大中型工厂中应用相当普 遍。这里的电容器组采用联结，装在成套电容器柜内。为了防止电容器击穿时引起相间短 路，所以形接线的各边
10、，均接有高压熔断器保护。由于电容器从电网上切除时有残余电压，残余电压最高可达电网电压的峰值，这对人身是很危险的，因此必须装设放电装置。按GB500531994规定，室内高压电容器装置宜设 置在单独房间内。当电容器组容量较小时，可设置在高压配电室内，但与高压配电装置的距 离不应小于1 .5m。2）低压集中补偿 低压集中补偿是将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线 上。这种补偿方式能补偿变电所低压母线以前包括变压器及其前面高压线路和电力系统的无 功功率。由于这种补偿方式能使变电所主变压器的视在功率减小，从而可选较小容量的主变 压器，因此比较经济。特别是供电部门对工厂的电费制度通常实行的是两部电
11、费制（一部分 是按每月实际用电量计算电费，称为电度电费，另一部分是按装用的变压器容量计算电费， 称为基本电费），主变压器容量减小，基本电费就减少了，可使工厂的电费开支减少，所以 这种补偿方式在工厂中应用非常普遍。低压电容器柜一般可安装在低压配电室内，与低压配电屏并列装设；只在电容器柜较多 时才需考虑单设一房间。这种低压电容器组，都采用联结，通常利用220V、1525W的白炽灯的灯丝电阻来 放电（也有用专用的放电电阻来放电的），这些放电白炽灯同时也作为电容器组正常运行的指 示灯。3）单独就地补偿 单独就地补偿，又称个别补偿或分散补偿，是将并联电容器组装设在 需进行无功补偿的各个用电设备旁边。这种
12、补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线 路和变压器中的无功功率，所以其补偿范围最大，补偿效果最好，应予优先采用。但是这种 补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的用电设备停止工作时，它也将一并被切除， 因此其利用率较低。这种单独就地补偿方式特别适于负荷平稳、经常运转而容量又大的设备， 如大型感应电动机、高频电炉等，也适用于容量虽小但数量多且长时间稳定运行的设备，如 荧光灯等。对于供电系统中高压侧和低压侧基本无功功率的补偿，仍宜采用高压集中补偿和 低压集中补偿的方式。在工厂供电系统中，实际上多是综合应用上述各种补偿方式，以求经济合理地达到 总的无功补偿要求，使工厂电源进线处在最大负荷时的功率因数不低于规定值，高压进线时 一般不得低于。3 并联电容器控制与保护1）并联电容器的控制 并联电容器有手动投切和自动调节两种控制
