淺談無功功率補償及電容器的運行分析

　更新時間：2023-08-11　點擊量：243

江蘇安科瑞電器制造有限公司范宏博

摘要：主要對無功功率的概念、電容器的補償方式、補償容量的計算等方面進行了闡述，在此基礎上介紹了電容器運行的注意事項。

關鍵詞：電力電容器；補償方式；運行

0 引言

筆者從進入呂合煤業從事電工工作的那天起，就一直被功率因數低、線損率高的老大難問題所困擾。而在此之前，聽說已有許多同事由于無法長期忍受功率因數低的罰款而紛紛申請調離了電工崗位。那時，筆者對功率因數這個概念尚知之甚少，更不懂得如何才能提高功率因數，當時的電力主管部門也沒有對無功補償進行深入細致的研究和探討，而是采取了對用電負荷進行拉合閘的制度——每天派出專人，對生產工作面實行白天合閘、晚上拉閘，對外轉供用電實行白天拉閘、晚上合閘。就這樣，日復一日，年復一年，時間長達數年之久，非但沒有使功率因數提高，還影響了生產的正常秩序，影響了企業同周邊村民的關系，執行拉合閘制度的員工更是苦不堪言。在此期間，也曾進行過電容器組的集中補償，但由于線路過長、負荷較散等方面的原因，對提高功率因數起得作用不大，～直沒能達No．9的標準。自從我公司于2009年進行電網升壓改造、大量使用了成套的電力電容器補償裝置后，這一局面才有了根本性的改變。回想這一經歷，雖然覺得很無奈，但它卻反映了一個時期由于技術條件和人員素質方面的原因，給企業帶來不小損失的真實狀況，值得我們深深地進行反思。下面，筆者將把我公司在無功功率補償方面進行曲折探索的經驗得失，結合自己對無功補償相關知識的認識寫下來，以便能使我們在今后的工作中少走彎路，避免一些不必要的損失，同時希望給同行提供一個可借鑒的實例。

1 我公司早期在提高功率因數方面的做法

1.1拉合閘制度

我公司的電源供給是楚雄州電力公司呂合變電站，電網電壓6kV，線路全長4000多m，由于導線截面過細，線損相當嚴重；加之我公司是一個有40多年歷史的老企業，用電設備都是些淘汰的產品，功率因數低。這一時期的電力技術人員沒有從這一實際出發，沒有從根本上找功率因數低的原因，而是盲目地采取了沒有科學依據的限電措施，不僅沒有使功率因數提高，每月照樣是大額的罰款，還要為此支付拉合閘人員的工資，還因為頻繁的拉合閘而頻繁更換高壓開關，從而增加了用戶的負擔和管電人員的維護工作量，真可說是得不償失。1.2電容器補償的嘗試

在堅持拉合閘制度的同時，也曾進行過電容器補償的有益嘗試。主要方法是并聯電容器的個別補償和集中補償：(1)對3臺高壓電鏟和生產工作面的用電負荷進行個別補償，分別在這些用電設備的負荷側并聯了電容器組進行無功功率的補償。剛開始投入運行時，功率因數有了一定的提高，但運行了一年之后，這些設備就被淘汰了。主要原因是由于維護管理不善，加之生產工作面移動性強，振動又大，粉塵污染嚴重，導致控制設備和電容器損壞嚴重。實踐證明此補償方式不可行，就只能放棄。(2)在6kV供電線路負荷較集中的地方安裝了電容器組進行高壓補償。由于供電線路過長，導線截面又普遍偏小，雖然這一補償方式一直持續到電網升壓改造之前，但線損依然很大，功率因數也一直沒有達到0．9以上。

1.3自我總結

無功功率補償是一門專業性較強的技術，在進行安裝設計時須掌握無功補償的相關知識和原理，并進行認真細致的論證和探討，不能隨意而為，更不能盲目地進行。否則，不僅

影響企業的生產秩序，還會給企業帶來不小的經濟損失和負面影響。

2 無功功率補償的基本概念

在電力系統中，除輸送有功功率外，還要輸送無功功率。用戶中絕大多數用電設備，如感應電動機、變壓器和電焊機等，它們都要從電網吸收大量無功電流來產生交變磁場。另外，如架空線路、各種感應器具、儀表等也消耗一部分無功功率。除發電機產生無功電源外，線路電容也產生一部分電源，但這些電源往往不能滿足電網對無功功率的需要。無功功率不足會造成用電設備得不到充分利用，電能損耗增加，從而限制了線路的輸電能力。從另一方面來說，無功功率不足將直接導致用戶功率因數降低，對于我公司來說，功率因數低于0．9時，將被電力部門懲罰。因此，用補償辦法解決電網無功功率不足的問題，是保證電力系統和設備經濟運行的重要措施。

3 電力電容器的補償原理

對于一個企業來說，要提高全廠的功率因數，常常采用在廠變電所配電線路上并聯電容器的方法。在電感性負載兩端并聯適當容量的電容器后會使電源供給的總電流大大減少，它比負載上的電流還要小。這是因為電容支路的無功電流和電感支路的無功電流相位相反，即當線圈中的磁場要消失而向電源送回電流時，電容器恰好需要充電電流，因此線圈中的大部分無功電流就不用送回電源，而直接送給電容器便可。反之，當電容器的電場要消失而要向電源送回電流時，線圈正好需要無功電流建立磁場，于是電容器的電流也就不用送回電源，直接送給線圈就行了。這樣一來，電源只要供給有功電流和少量的無功電流即可。這時，線圈所取用的電流仍不變，線路上的總電流卻減少了。由于并聯了電容器，總電流與電壓間的相位差減小，于是功率因數得到了提高。

采用并聯電容器的方法來補償無功功率，從而提高功率因數，降低線損，改善電壓質量，目前應用較為廣泛。當前，并聯電容器都是現成的成套設備，運輸、安裝、維護都很方便，在控制上采用的都是自動控制，能適時根據用戶負載的變化而進行投切，有效防止了欠補或過補現象的發生。

4電力電容器補償的特點

(1)優點：無旋轉部件，不需專人維護管理，安裝簡單；可以做到自動投切，按需要增減補償量；有功功率損耗小等。

(2)缺點：電力電容器電壓特性不好，電壓波動對其影響較大；壽命短，損壞后不易修復；補償電容器的運行管理困難及電容器運行的問題未受到重視等。不管怎樣，并聯電容器的優點是主要的，其正被廣泛用來提高電網的功率因數。

5電容器的補償方式所謂補償方式

就是電容器裝在何處補償效果好。為了保證電網經濟運行和用戶正常用電，首先要從減少無功功率在電網中的流動著手。因此，無功補償的基本原則就是就地供應，盡量做到電網少送無功負荷。為此在用戶端安裝電容器，就地滿足用戶對無功功率的需要。我公司2009年進行電網升壓改造時，把無功功率補償的問題作為重中之重。特別是在選擇補償方式上，更是進行了反復的論證和探討，在總結前期經驗教訓的基礎上，結合我公司用電負荷的分布情況，采取了高壓集中補償和個別補償相結合的補償方式。

5.1高壓集中補償

我公司采場的電源由一臺固定式的1250kVA變壓器提供，電壓6kV，采用架空線路分配到各個高壓用電設備。將電容器裝在采場電源的6kV母線上，電容器的利用率得到了提高，減少了電力架空線路及用戶主變壓器的無功負荷。加之采場內的用電設備移動性較強，用電環境粉塵、振動較大，采用集中補償是一種比較科學、合理的補償方式。

5.2個別補償

個別補償是在電網末端負荷處補償，可以減少線路損耗，節省有色金屬消耗量。對感應電動機的個別補償是以空載時補償到功率因數接近1為準。個別補償利用率低，易受環境條件的影響，適用于長期穩定負荷且需無功功率較大的負載。我公司對上下生活區臺變及線路末端的各個抽水站進行的就是個別補償。

我公司采用以上無功功率補償措施后，運行效果相當明顯，每月的功率因數都達到了0．9以上。

6電容器補償容量的計算

7 電力電容器的運行

(1)允許運行電流：電容器應在額定電流下運行，由于運行電壓升高或電源電壓的畸變，使電容器的電流增加時，不得高于其額定電流的l_3倍。對于電容值具有正偏差的電容器，過電流允許達到額定電流的1．37倍。

(2)允許運行電壓：電容器的壽命會隨電壓的升高而縮短，因此須嚴格控制電容器的運行電壓。電容器的額定電壓應不低于所接入的系統的運行電壓，并且還要考慮接入電容器后所引起的電壓升高。為降低諧波及其他影響而接入串聯電抗器時電容器端子上電壓將高于系統運行電壓，此時有必要選用額定電壓較高的電容器，具體如表1所示。

表1 電力電容器的過電壓標準

(3)合閘問題：電容器組切除后，須經過3min后方能再次合閘。規程之所以這樣規定，是因為選擇放電電阻是按30S內、電容器端電壓小于65v，在3min內電荷一般是能放盡的。

(4)運行電容器的外觀應每天進行檢查，如發現箱殼鼓肚變形、發熱冒煙等異常現象，應停止使用，以免發生事故。

(5)電容器在運行過程中一旦出現報警、保護裝置動作等情況，應查明原因，在未查明原因前，不得重新投入運行。

8安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

8.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

8.2產品選型

AZC系列智能電容器選型：