无功补偿原理

　　电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。

　　无功补偿的基本原理是：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。无功补偿的意义：

　　⑴补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。

　　⑵减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。

　　⑶降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×{bfb}得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosΦ为补偿前的功率因数则：

　　cosΦ>cosΦ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。

　　电网中常用的无功补偿方式包括：

　　① 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；

　　② 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；

　　③ 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。

　　加装无功补偿设备，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。

　　确定无功补偿容量时，应注意以下两点：

　　① 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。

　　② 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿

　　就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：

　　⑴因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。

　　⑵有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。

　　无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：Q≤UΙ0式中：Q---无功补偿容量（kvar）；U---电动机的额定电压（V）；Ι0---电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域{zd0}，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。

　　美国斯威尔智能电容器能灵活的应用于高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿.

　　就地（分散）补偿应用

　　不需要设置专用的无功补偿箱或者无功补偿柜，实现对各种场合的小容量就地补偿。

　　■在用电设备旁放置智能电容器

　　■在壁挂式配电箱内放置智能电容器

　　■在工程车间配电设备内（旁）放置智能电容器

　　■在用户配变小于100kvar的计量柜、配电柜内放置智能电容器

　　优点：无功补偿距离短，节能降损效果显著，设备接线简单、维护方便。

　　配置参考：对于小容量负载，按照负载总功率的25%~40%配置智能电容器容量。

　　例：一台电动机就地补偿方案

　　电动机额定功率：50kW

　　无功补偿容量： 15kvar（10kvar+5kvar）

　　智能电容器数量：1台 SWL-8MZS/450-10.5

　　无功补偿级数： 0、5、10、15kvar

　　低压分组补偿的应用

　　对户外配电变进行就地无功补偿，直接将设备安装于柱挂式户外设备箱内。

　　优点：体积小、接线简、维护方便；投资小、节能降损效果显著。

　　配置参考：配变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。

　　例：户外配电变压器应用方案

　　配变容量：200kVA

　　无功补偿容量：60kvar 2×30kvar（20kvar+10kvar）

　　智能电容器数量：2台 SWL-8MZS/450-20.10

　　无功补偿级数：0、10、20、30、40、50、60

　　安装在箱变低压室，根据配电变压器容量进行补偿，选用若干台智能电容器联机使用。

　　优点：接线简单、维护方便、成本低、节约空间的显著特点。

　　配置参考：箱变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。

　　例：箱式变集中补偿应用方案

　　箱变容量：500kVA

　　无功补偿容量：190kvar 4×40kvar(20kvar+20kvar)+ 1×30kvar(20kvar+10kvar)

　　智能电容器数量：4台 SWL-8MZS/450-20.20 1台 SWL-8MZS/450-20.10

　　高压集中补偿的应用

　　低压无功补偿智能电容器实现在柜体内组装，构成无功自动补偿装置，接线简单、维护方便、节约成本。

　　优点：补偿效果好，容量可调整性好，接线简单、故障少、运行维护方便。

　　配置参考：根据成套柜补偿容量的要求进行配置。

　　低压成套柜配置容量参考：

　　GGD柜型

　　柜体尺寸：1000mm(宽) ×600mm(深) ×2230(高)mm

　　可安装智能电容器数量：20台 40kvar（20kvar+20kvar）

　　无功补偿总容量：800kvar（40kvar×20）

　　MNS柜型

　　柜体尺寸：600mm(宽) ×800mm(深) ×2200(高)mm

　　可安装智能电容器数量：12台 40kvar（20kvar+20kvar）

　　无功补偿总容量：480kvar（40kvar×12）

　　⑵大容量电力电子装置，普通电容器就地补偿不恰当：随着大型电力电子装置的广泛应用，尤其是采用大容量晶闸管电源供电后，致使电网波形畸变，谐波分量增大，功率因数降低。更由于此类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危及供电质量，对通讯设备影响也很大，所以此类负载采用就地补偿是不安全，不恰当的。因为①电力电子装置会产生高次谐波，在负载电感上有部分被抑制。但当负载并联电容器后，高次谐波可顺利通过电容器，这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。②由于谐波电流的存在，会增加电容器的负担，容易造成电容器的过流、过热，甚至损坏。③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有冲击性无功负载，这要求无功补偿的响应速度要快，但并联电容器的补偿方法是难以奏效。

　　美国斯威尔智能电容器成套设备能满足恶劣环境下的电容补偿要求.美国斯威尔专业开发的功率因数控制器结合智能电容器组,能快速响应电网功率因数突变的问题,毫秒级的捕捉谐波突变.防止过度补偿引起的设备损坏.同时美国斯威尔智能电容器成套设备具有谐波抑制能力,破坏电容与系统的并联谐振，部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波.

　　⑶电动机起动频繁或经常正反转的场合，不宜采用普通电容器就地补偿：异步电动机直接起动时，起动电流约为额定电流的4-7倍，即使采用降压起动措施，其起动电流也是额定电流的2-3倍。因此在电动机起动瞬间，与电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电流，这对频繁起动的场合，不仅增加线损，而且引起电容器过热，降低使用寿命。 此外，对具有正反转起动的场合，应把补偿电容器接到接触器头电源进线侧，这虽能使电容随电动机的运行而投入。但当接触器刚断开时，电容器会向电动机绕组放电，，引起电动机自激产生高电压，这也有不妥之处。若将补偿电容器接于电源侧，当电动机停运时，电网仍向电容器供给电流，造成电容器负担加重，产生不必要的损耗。为此，对无功补偿功率较大的电容器，如需接在电源进线侧，则应对电容器另外加控制开关，在电动机停运时予以切除。

　　⑷就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器：推广就地补偿技术时，不宜直接使用普通油浸纸质电力电容器，因为其自愈功能很差，使用中可能产生{yj}性击穿，甚至引起爆炸，危及人身安全。 应用选型需要考虑的因素

　　1、谐波含量及分布

　　配电系统可能产生的电流谐波次数与幅值及电压谐波总畸变率，根据谐波含量确认补偿方案。

　　2、负荷类型

　　配电系统现行负荷和非线性负荷占总负荷比例，根据比例确定补偿方案。

　　3、无功需求

　　配电系统中如果感性负荷比例大则无功需求大，补偿容量应增大。

　　4、符合变化情况

　　配电系统中若静态符合多，则采用静态补偿，若频繁变化负荷多则采用动态跟踪补偿较合适。

　　5、三相平衡性

　　配电系统中若三相负荷平衡则采用三相共补，若三相负荷不平衡则采用分相补偿或混合补偿。

　　无功补偿设计方案参考

　　基于斯威尔电气提供的智能无功补偿控制器设计的无功补偿方案，可参考下述原则。