應(yīng)用于無功補(bǔ)償?shù)闹悄茈娏﹄娙萜?/h1>

時(shí)間：2020-12-15作者：安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司瀏覽：50

朱鹍
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定



摘要：在電力系統(tǒng)和電工設(shè)備中，低壓電力電容器一般以并聯(lián)的方式連接。減少了電力系統(tǒng)中無功功率的輸出，使電力設(shè)備的負(fù)荷降低，為電力系統(tǒng)提升有功功率、提升功率因數(shù)、減少電力設(shè)備損耗等。

智能電容器集成了現(xiàn)代測控，電力電子，網(wǎng)絡(luò)通訊，自動化控制，電力電容器等技術(shù)。改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置落后的控制器技術(shù)和落后的機(jī)械式接觸器或機(jī)電一體化開關(guān)作為投切電容器的投切技術(shù)，改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，從而使新一代低壓無功補(bǔ)償設(shè)備具有補(bǔ)償效果好，體積小，功耗低，價(jià)格廉，節(jié)約成本多，使用加靈活，維護(hù)加方便，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?br style="list-style-type:none;box-sizing:border-box">關(guān)鍵詞：智能電力電容器；無功補(bǔ)償；并聯(lián)電容器；自動貼切；功率因數(shù)
引言：
近年來，無功補(bǔ)償和諧波問題成為電能質(zhì)量中十分棘手的問題，對電力系統(tǒng)的危害也是被大家廣泛認(rèn)知，和地方也相繼出臺了很多相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，由于電能質(zhì)量問題的復(fù)雜特殊性，我司作為電能質(zhì)量產(chǎn)品供應(yīng)商，也是積極投入研發(fā)出各類治理產(chǎn)品，制定各類解決方案，為電力系統(tǒng)保駕**！
一、背景介紹：
1、功率因數(shù)偏低的危害
在供電系統(tǒng)中，由于感性電力負(fù)荷的存在，使得系統(tǒng)的自然功率因數(shù)較低，如不采用人工補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)功率因數(shù)，將造成如下不良影響：
（1）降低了發(fā)電機(jī)的輸出功率，當(dāng)發(fā)電機(jī)需提高無功輸出，額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，將使發(fā)電機(jī)有功輸出降低。
（2）降低了變電、輸電設(shè)施的供電能力。
（3）設(shè)備及線路損耗增加。
（4）功率因數(shù)愈低，還會使線路及變壓器的電壓降增大。如果是沖擊性無功負(fù)載，還會使電網(wǎng)產(chǎn)生劇烈波動，使得用電設(shè)備的運(yùn)行條件惡化，以及供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。
2、提高功率因數(shù)的好處
供電部門為了提高成本效益要求用戶提高功率因數(shù)，那提高功率因數(shù)對用戶端有什么好處呢？
① 通過改善功率因數(shù)，減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等的容量，因此不但減少了投資費(fèi)用，而且降低了本身電能的損耗。
② 良好的功因數(shù)值的確保，從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失，可以使負(fù)載電壓穩(wěn)定，改善電能的質(zhì)量。
③ 可以增加系統(tǒng)的裕度，挖掘出了發(fā)供電設(shè)備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低，那么在既有設(shè)備容量不變的情況下，裝設(shè)電容器后，可以提高功率因數(shù)，增加負(fù)載的容量。
舉例而言，將1000kVA變壓器之功率因數(shù)從0.8提高到0.98時(shí)：
補(bǔ)償前：1000×0.8=800kW
補(bǔ)償后：1000×0.98=980kW
同樣一臺1000kVA的變壓器，功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔(dān)180kW的負(fù)載。
④ 減少了用戶的電費(fèi)支出；透過上述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費(fèi)優(yōu)惠。

可見，提高功率因數(shù)不僅對電力系統(tǒng)，而且對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重大意義。工業(yè)企業(yè)在考慮提高功率因數(shù)時(shí)，應(yīng)采用人工無功補(bǔ)償裝置，以提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善供電質(zhì)量。
3、什么是無功補(bǔ)償？
無功補(bǔ)償，全稱無功功率補(bǔ)償，是一種在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境的技術(shù)。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到較大限度的減少電網(wǎng)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。詳細(xì)介紹了無功補(bǔ)償?shù)幕驹?、意義、投切方式、線路、控制器、高低壓裝置、補(bǔ)償方式、存在的問題等。
4、無功補(bǔ)償?shù)囊饬x？
（1）降低變壓器輸出無功功率，減少電網(wǎng)運(yùn)行電流
（2）降低變壓器和電纜的損耗，節(jié)能明顯
（3）提高變壓器的利用率，輸出多的有功功率
（4）提高電網(wǎng)的功率因素，避免用電罰款
（5）減少配電系統(tǒng)中的壓降，提高用戶端電壓
二、產(chǎn)品介紹
本文簡單介紹下無功補(bǔ)償裝置之智能電力電容器。
1、電力電容器的補(bǔ)償原理
電容器在原理上相當(dāng)于產(chǎn)生容性無功電流的發(fā)電機(jī)。其無功補(bǔ)償?shù)脑硎前丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置和感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一電容器上，能量在兩種負(fù)荷間相互轉(zhuǎn)換。這樣，電網(wǎng)中的變壓器和輸電線路的負(fù)荷降低，從而輸出有功能力增加。在輸出一定有功功率的情況下，供電系統(tǒng)的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統(tǒng)和工業(yè)配電負(fù)荷的簡便、經(jīng)濟(jì)的方法。因此，電容器作為電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償勢在必行。當(dāng)前，采用并聯(lián)電容器作為無功補(bǔ)償裝置已經(jīng)非常普遍。
2、電力電容器補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)
1）優(yōu)點(diǎn)
電力電容器無功補(bǔ)償裝置具有安裝方便，安裝地點(diǎn)增減方便；有功損耗小(僅為額定容量的0.4 %左右)；建設(shè)*；投資小；無旋轉(zhuǎn)部件，運(yùn)行維護(hù)簡便；個(gè)別電容器組損壞，不影響整個(gè)電容器組運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。
2）缺點(diǎn)
電力電容器無功補(bǔ)償裝置的缺點(diǎn)有：只能進(jìn)行有級調(diào)節(jié),不能進(jìn)行平滑調(diào)節(jié);通風(fēng)不良，一旦電容器運(yùn)行溫度**70℃時(shí)，易發(fā)生膨脹爆炸；電壓特性不好，對短路穩(wěn)定性差，切除后有殘余電荷；無功補(bǔ)償精度低，易影響補(bǔ)償效果；補(bǔ)償電容器的運(yùn)行管理困難及電容器安全運(yùn)行的問題未受到重視等。
3、主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
■居民小區(qū)配電系統(tǒng)
■商業(yè)建筑
■交通隧道配電系統(tǒng)
■箱變、成套柜、戶外配電箱
4、安科瑞電容補(bǔ)償裝置介紹
AZC/AZCL系列智能電力電容補(bǔ)償裝置是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)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(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，具有補(bǔ)償效果好，體積小，功耗低，價(jià)格廉，節(jié)約成本多，使用加靈活，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?br style="list-style-type:none;box-sizing:border-box">（1）AZC系列智能電容器采用晶閘管復(fù)合開關(guān)投切，較佳投切點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無弧通斷；完善的保護(hù)功能，集成在一個(gè)模塊內(nèi)，安裝方便。
 
AZC系列智能電容器選型：

（2）AZCL是在AZC基礎(chǔ)上，串接合適電抗率（7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境，14%適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境）的電抗，可有效解決諧波，避免諧振放大諧波，保護(hù)電容柜本身壽命。
 
AZCL系列智能電容器選型：
 
上述兩種智能電容器采用LCD液晶顯示器，可實(shí)時(shí)顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等電參量。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找較佳投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無弧通斷；過零投切，無涌流、觸點(diǎn)不燒結(jié)、微能耗、無諧波；同時(shí)具有抗干擾、防雷擊和電源缺相、空載跳閘的保護(hù)功能，特別適用于無功補(bǔ)償時(shí)切換電容器，不需加裝散熱器。
5、并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的方式功能特點(diǎn)：過零投切，分相補(bǔ)償，溫度保護(hù)，缺相保護(hù)，過壓、欠壓保護(hù)，諧波功能，智能網(wǎng)絡(luò)控制，高可靠性，積木結(jié)構(gòu)，接線簡單，擴(kuò)容方便，維護(hù)方便，效果顯著。
（1）高壓集中補(bǔ)償
電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)或地方總壓降變電所的6~10kV母線上， 用來提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)，使該變電所的供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡，可減少高壓線的無功損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。
（2）分組補(bǔ)償
將電容器組分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或廠區(qū)等終端變配電所高壓或低壓母線上。這種補(bǔ)償方式具有集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，僅無功補(bǔ)償?shù)娜萘亢头秶鄬π⌒欠纸M補(bǔ)償?shù)男Ч鄬γ黠@，采用的也較為普遍。
（3）就地補(bǔ)償
將電容器或電容器組設(shè)在異步電動機(jī)或電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無功補(bǔ)償，也稱單補(bǔ)償。這種方式既能提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，對中、小型設(shè)備十分適用。
6、案例介紹
興化市某鑄鋼有限公司，生產(chǎn)現(xiàn)場負(fù)載主要是中頻爐和生產(chǎn)電機(jī)，配電室有1#、2#、3#變壓器，容量均為1250kVA。從現(xiàn)場工作人員了解到：無功需求主要由電機(jī)產(chǎn)生，1#、2#、3#變其下電機(jī)負(fù)載基本相同，之前電容柜（補(bǔ)償形式均為共補(bǔ)）投切過，發(fā)生過補(bǔ)償電容被擊穿燒毀的事故，中頻爐處于保溫狀態(tài)使，系統(tǒng)的功率因數(shù)偏低，已經(jīng)被供電局罰了很多款項(xiàng)。

 現(xiàn)場測量示意圖


公司工作人員在現(xiàn)場正常工況下，對其電能質(zhì)量進(jìn)行測量，然后結(jié)合現(xiàn)場和對測得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出主要原因有兩個(gè)方面：
一，原電容柜其下補(bǔ)償電容未串抗。系統(tǒng)中主要諧波為5、7、11、13次諧波。現(xiàn)場電容柜未串聯(lián)電抗器，純電容型無功補(bǔ)償裝置相對諧波電流為低阻抗通道，因此補(bǔ)償裝置易放大諧波電流，嚴(yán)重時(shí)甚至可能與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，造成設(shè)備損毀，現(xiàn)場補(bǔ)償電容被燒毀的原因就在于此。
二，1#變數(shù)據(jù)中，中頻爐剛開啟時(shí)諧波電流182A，到保溫狀態(tài)，諧波電流250A，約1.3倍；3#變測量數(shù)據(jù)，兩臺中頻爐啟動時(shí)諧波電流應(yīng)該在400A左右，而到保溫狀態(tài)會過500A，綜合考慮治理效果和成本，建議1#變選用300A有源濾波器，3#變選用500A有源濾波器進(jìn)行諧波治理，減小電網(wǎng)諧波，這樣電網(wǎng)諧波對電容柜的沖擊也會大大降低。
現(xiàn)考慮電容補(bǔ)償這部分的整治，由于該系統(tǒng)5次及以上諧波含量較大，建議對電容柜進(jìn)線改造，串聯(lián)7%電抗率的電抗（能抑制5次及以上諧波流入電容柜）。
以3#變測量數(shù)據(jù)為例，在正常工況下（此時(shí)負(fù)載以全部開啟，電容柜未投入），負(fù)載有功總功率P約為680kW，功率因數(shù)為，若要達(dá)到目標(biāo)功率因數(shù)，則需要補(bǔ)償?shù)臒o功容量為：

 
由于無功的實(shí)際輸出和加在電容兩端的電壓平方成正比：，串抗之后還有一個(gè)與電抗率有關(guān)的衰減，這樣要360kvar的實(shí)際輸出，裝機(jī)容量則需：
 

 
考慮到電容柜工作時(shí)，電容器組能夠循環(huán)工作，避免所有電容器組滿負(fù)荷投切，故留有一定裕量，建議變壓器低壓側(cè)電容柜的裝機(jī)容量為600kvar。
智能電容配置方案：共補(bǔ)600kvar = 共補(bǔ)50kvar * 12
柜體尺寸：1200（W）*2200（H）*800（D）

智能電容主要器件選型表

 
每一臺智能集成電力電容器都可以立運(yùn)行，可以并聯(lián)組網(wǎng)運(yùn)行。當(dāng)組網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，智能集成電容器組中會自動生成一臺主機(jī)控制其他從機(jī)進(jìn)行工作，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，從機(jī)中會再生成一臺主機(jī)繼續(xù)控制整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)；當(dāng)從機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，它將自動退運(yùn)，不影響其它智能集成電力電容器的正常運(yùn)行。
三、總結(jié)
無功補(bǔ)償是一項(xiàng)建設(shè)性的技術(shù)措施，對電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要作用。電網(wǎng)和負(fù)載的特點(diǎn)選擇合理的補(bǔ)償方式是關(guān)鍵。針對目前電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，在做無功補(bǔ)償時(shí)一定要選擇合適的裝置，避免諧振和諧波放大的現(xiàn)象,電容電抗的壽命和無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償效果，為客戶創(chuàng)造**。

【參考文獻(xiàn)】
[1]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2019.11版

[2]公眾號：自動化控制技術(shù)控—侯成敬《什么是智能電容器？和普通電容器有什么區(qū)別？》 

作者簡介：
朱鹍，女，就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槠髽I(yè)能源管控





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