無功補償概況

無功功率補償,簡稱無功補償，在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少電網的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統，電壓波動，諧波增大等諸多因素。

無功補償原理

無功補償的基本原理:電網輸出的功率包括兩部分:一是有功功率:直接消耗電能，把電能轉變為機械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率;二是無功功率:不消耗電能，只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且這種能是在電網中與電能進行周期性轉換，這部分功率稱為無功功率(如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能)。

無功補償的具體實現方式:把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

無功補償的意義

⑴ 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。

⑵ 減少發、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節省設備容量0.52KW;反之，增加0.52KW對原有設備而言，相當于增大了發、供電設備容量。因此，對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。

⑶ 降低線損，由公式ΔΡ%=(1-cosθ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ為補償后的功率因數，cosθ為補償前的功率因數則:cosΦ>cosθ，所以提高功率因數后，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。

無功補償補償方式

① 集中補償:在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組;

② 分組補償:在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器;

③ 單臺電動機就地補償:在單臺電動機處安裝并聯電容器等。

加裝無功補償設備，不僅可使功率消耗小，功率因數提高，還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。

確定無功補償容量時，應注意以下兩點:

① 在輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的。

② 功率因數越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償。

無功就地補償容量可以根據以下經驗公式確定:Q≤UΙ0式中:Q---無功補償容量(kvar);U---電動機的額定電壓(V);Ι0---電動機空載電流(A);但是無功就地補償也有其缺點:⑴不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償;眾所周之，無功補償按其安裝位置和接線方法可分為:高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。其中就地補償區域最大，效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。為此，這三種補償方式各有應用范圍，應結合實際確定使用場合，各司其職分類

無功補償型號

(一)、TDTBBK型低壓無功動態補償裝置:

適用于交流50 Hz、額定電壓在660 V以下，負載功率變化較大，對電壓波動和功率因數有較高要求的電力、汽車、石油、化工、冶金、鐵路、港口、煤礦、油田等行業。

基本技術參數及工作環境:

環境溫度:-25oC~+40oC(戶外型);-5oC~+40oC (戶內型)，最大日平均溫度30oC

海拔高度:1000 m

相對濕度:< 85% (+25oC)

最大降雨:50 mm/10 min

安裝環境:周圍介質無爆炸及易燃危險、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無導電塵埃。無劇烈震動和顛簸，安裝傾斜度<5%。

技術指標:額定電壓:220 V、380 V(50 Hz)

判斷依據:無功功率、電壓

響應時間:< 20 ms

補償容量:90 kvar~900 kvar

允許誤差:0~10%

(二)、TDTBBD型低壓無功動態補償裝置

概述

采用大功率晶閘管投切開關，控制器可根據系統電壓，無功功率、兩相準則控制晶閘管開關對多級電容組進行快速投切。晶閘管開關采用過零觸發方式，可實現電容器無涌流無沖擊投入，達到穩定系統電壓，補償電網無功、改善功率因數、提高變壓器承載能力的目的?？蓮V泛應用于電力、冶金、石油、港口、化工、建材等工礦企業及小區配電系統。

裝置結構及主要元件技術性能

1、裝置結構

TDTBBD型低壓無功動態補償裝置由控制器、無觸點開關組、并聯電容器組、電抗器、放電裝置及保護回路組成，整機設計為機電一體化。

2、主要元件技術性能

(1)控制器

TDDK-I型低壓無功動態補償裝置控制器為全新數字化設計、軟硬件模塊化、集成度高、電磁兼容、抗干擾能力強，有12個輸出端子，可實現分相、平衡、分相加平衡三種方式補償。適用范圍廣，可滿足不同性質負荷的補償需要?？筛鶕到y電壓、無功功率控制無觸點開關組投切，有手動和自動兩種操作模式，并具有過壓切除、過壓閉鎖、欠壓切除、超溫告警等保護功能。

(2)無觸點開關組

無觸點開關組是裝置的主要執行元件，由晶閘管開關、散熱器、風扇、溫控開關、過零觸發模塊及阻容吸收回路構成，一體化設計單組可控最大容量為90kvar，晶閘管開關為進口元件，大功率、安全系數高。

(3)并聯電容器組

選用優質自愈式并聯電容器，可按不同容量靈活編碼組合，投切級數多，大容量補償可一次到位。

基本工作原理

裝置工作時由控制器實時監測系統電壓及無功功率的變化。當系統電壓低于供電標準或無功功率達到所設定電容器組投切門限時，控制器給出投切指令。由過零電路迅速檢測晶閘管兩端電壓(即電容器和系統之間的電壓差)，當兩端電壓為零時觸發晶閘管，電容器組實現無涌流投入或無涌流切除。

主要技術參數

1、額定電壓 AC220V/380V±10% 50Hz

2、接線方式 三相四線

3、投切依據 系統電壓及無功功率

4、響應時間 ≤20ms

5、投切延時 0.1~30s(連續可調)

6、投切精度 平均≤+2%

7、補償容量 30kvar~900kvar

8、投切級數 1~18級

使用環境條件

1、工作環境溫度 -25℃~+45℃

2、空氣相對濕度≤85%

3、海拔高度 ≤2000m(2000m以上采用高原型)

4、安裝環境 無易燃、易爆、化學腐蝕、水淹及劇烈振動場所

5、安裝方式 戶內屏式，戶外箱式

6、安裝條件 電網中諧波含量符合GB/T14549中0.38kV條款的規定

保護功能

具有過流、過壓、欠壓、溫度超限多種保護。裝置能在外部故障和停電時自動退出運行，送電后自動恢復。

(三)、TDTBBZ型高壓無功自動補償裝置

概述

適用于6KV、10KV的大中型工礦企業等負荷波動較大、功率因數需經常調節的變電站配電系統。本裝置是根據系統電壓和無功缺額等因素，通過綜合測算，自動投切電容組，以提高電壓質量、改善功率因數及減少線損。本裝置適用于無人值守變電站和諧波電壓、諧波電流滿足國標GB/T14548-93規定允許值的場合。如現場諧波條件超標，可根據情況配備1%-13%的電抗已抗拒諧波進入補償設備。

結構及基本工作原理

TDTBBZ型高壓無功自動補償裝置，由控制器、高壓真空開關或真空接觸器、高壓電容器組、電抗器、放電線圈、避雷器和一些必要的保護輔助設備組成。TDGK-型數字式高壓無功自動補償控制器是根據九區圖結合模糊控制原理、按電壓優先和負荷無功功率以及投切次數限量等要求決定是否投切電容器組，使母線電壓始終處于標準范圍內，確保不過補最大限度減少損耗。在電壓允許的范圍內依據負荷的無功要求將電容器組一次投切到位。在投入電容器之前預算電壓升高量，如果超標則降低容量投入或不投入。異常情況時控制器發出指令退出所有電容器組，同時發出聲光報警。故障排除后，手動解除報警才能再次投入自動工作方式。

技術特征

1、電壓優先

按電壓質量要求自動投切電容器，電壓超出最高設定值時，逐步切除電容器組，直到電壓合格為止。電壓低于最低設定值時，在保證不過載的條件下逐步投入電容器組，使母線電壓始終處于規定范圍。

2、無功自動補償功能

在電壓優先原則下，依據負荷無功功率大小自動投切電容器組，使系統始終處于無功損耗最小狀態。

3、智能控制功能

自動發出動作指令前首先探詢動作后可能出現的所有超限定值，減少動作次數。

4、異常報警功能

當電容器控制回路繼保動作拒動和控制器則自動閉鎖改組電容器的自動控制。

5、模糊控制功能

當系統處于電壓合格范圍的高端且在某特定環境時如何實施綜控原則是該系列產品設計的難點，由于現場諸多因素(如配置環境、受電狀況、動作時間、用戶對動作次數的限制等)而引起的頻繁動作是用戶最為擔憂的，應用模糊控制正是考慮了以上諸多因素使這一"盲區"得到合理解決。

6、綜合保護功能

每套裝置有開關保護(選配)，過壓、失壓、過流(短路)和零序繼電保護、雙星形不平衡保護、熔斷器過流保護、氧化鋅避雷器、接地保護、速斷保護等。

主要技術參數

1、額定電壓(AC) 6KV、10KV

2、系統電壓取樣(AC) 100V(PT二次線電壓)

3、交流電流取樣 0~5A(若PT取10KV側二次A、C相線電壓時，CT應取B相電流)

4、電壓整定值 6~6.6KV 10~11KV可調

5、動作間隔時間 1~60分鐘可調

6、功率因數整定值 0.8~0.99可調

7、電流互感器變化 50~5000/5A可調

8、動作需系統穩定時間 2~10分鐘可調

使用環境

1、環境溫度 -15℃~+45℃

2、相對濕度 ≤85%

3、海拔高度 ≤2000m(2000m以上采用高原型)

4、周圍介質無爆炸及易燃危險品、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無導電塵挨、安裝地點無劇烈振動、無顛簸。

5、供電電源符合國家標準規定，沒有較強的諧波分量。

(四)、TDTBBD提升機專用無功補償

提升機作為大功率、頻繁啟動、周期性沖擊負荷以及采用硅整流裝置對電網造成的無功沖擊和高次諧波污染等危害不僅危及電網安全，同時也造成提升機過電流、欠電壓等緊停故障的發生，影響了礦井生產。提升機用無功補償提升機用無功補償,因此對提升機供電系統進行無功動態補償和高次諧波治理，對于提高礦井提升機和電網的安全運行可靠性、提高企業的經濟效益意義巨大。

提升機單機裝機功率大，在礦井總供電負荷中占的比重較大。伴隨煤礦生產規模的擴大、井筒的加深，要求配套的提升機裝置容量也越來越大，單機容量已達到2000~3000kW，有的甚至達到5400kW，單斗提升裝載量達32t。這么大的負載啟動將對電網造成很大的沖擊電流，無功電流成分較大，功率因數較低。所以大功率提升機對供電電網的容量和穩定性要求更高。

無功補償元件問題

無功補償裝置是配電系統中主要設備之一，其作用表現在提高功率因數，降低功率損耗和電能損耗；改善電壓質量，減少用戶電費支出：所以供電部門和用電單位對無功補償裝置要求都很高。然而無功補償裝置往往在運行中會出現較多問題，其主要原因是補償裝置選用電器元件配置的合理性，電器元件使用是否正確；電網中是否存在諧波的干擾以及安裝工藝等諸多問題有關。

一：控制器問題

補償裝置的電器元件（控制器）常會出現的問題是：補償控制器上cosΦ顯示不準確。

原因及對策：這種情況有兩種可能性：

A  補償控制器產生誤動誤顯，主要是由于電網中或負載源產生的諧波所致。相應辦法是更換抗諧波型控制器或在配電系統中加裝抗諧波型元件。

B  補償控制器與取樣電流或電壓有關。在有負荷時正常的情況下投入電容器，功率因數應該從滯后值逐步變大至1.00，如果再投入電容器則功率因數應該為超前，繼續投入超前值變小為正常；而出現：

1. 始終只顯示1.00

2. 電網負荷是滯后狀態，補償器卻始終顯示超前

3. 電網負荷是滯后狀態，補償器顯示滯后但投入電容器后滯后值不是按正常方向變化（增大）反而投入電容越多滯后值越小。

4. 電網負荷是滯后狀態，補償器雖顯示滯后值，但投入電容器后滯后值不變化，滯后值只隨負荷變化而變化。

上述情況：1往往是因為取樣電流沒有送入補償器。

          2、3一般情況是因為取樣電流與取樣電壓相位不正確

          4一般情況下是因為投切電容器產生的電流沒有經過取樣互感器。

補償控制器能夠正常運行，必須取樣電流正確，而且負荷電流與電容器投切產生的電流必須要從取樣互感器上得到反應。

二：熔斷器問題

無功補償裝置在補償投切過程中常常會出現熔斷器經常熔斷。

原因分析：

1. 熔斷器熔斷與選型配置的合理性有關。

2. 熔斷器熔斷與計算實際投切電流的相應倍數有關。

3. 熔斷器熔斷與補償控制器的投切時間有關。

4. 熔斷器熔斷與電網系統或負載設備產生的諧波有關。

5. 熔斷器熔斷與相數電流不平衡有關。

6. 熔斷器熔斷與安裝工藝、工作環境等有關。

相應對策：

1. 要充分考慮到無功補償裝置的特性，在投切過程中當涌流較大時（一般在15In-30In左右）選擇熔芯非常重要，一般選用ɑm型（過載能力強）或相同類型的熔芯，而不要選用JL型（過載能力低）或與之同類型的熔心。

2. 熔斷器對電容器的保護，計算實際投切電流非常重要，但針對無功補償裝置的特性應考慮加之保險系數電流，通常情況下應取實際投切電流的1.35倍-2倍。

例：電壓為400V在頻率50HZ三相共補電容容量是20Kvar的電路中求每路實際投切電流和保險系數電流

實際投切電流應為：取1.4倍的保險系數電流應為：

3. 熔斷器的熔斷與補償控制器設置的投切時間有一定關系，在電容從網絡中切除后電容器中電壓隨時間延長而逐漸衰減，當間隔時間短暫又投入時，殘壓和所加電壓即形成疊加電壓，造成過電壓過電流；長時間運行必將使電容器擊穿或短路；強大的電流使熔斷器熔斷；所以在設置投切時間時切不可太短，一般設置20s-30s為宜。

4. 電網中或負載設備產生的諧波將改變電源原由的50Hz-60Hz的電壓性質，當諧波含量較高時，由諧波所引起的且放大了的基波電流將使熔斷器熔斷。

5. 補償裝置運行中三相電流常時間不平衡，也將造成熔斷器部分熔斷，如發現三相電流不平衡要及時查找原因。非三相電流不平衡更換熔芯時，最好同時更換三相熔芯。如若只更換某一相已熔斷熔芯，那么另外兩相已受損的熔芯再投入運行，時間不長即會熔斷。

6. 熔斷器的熔斷與安裝工藝以及使用環境有一定關系，特別是使用環境，有的使用場合溫度非常高，長時間高達70C°以上，在這種情況下一定要采取降溫措施。

三．電容接觸器問題

無功補償裝置在投切過程中，電容接觸器的損壞尤為突出，從主觀上講電容接觸器是易耗品；但從客觀上講也有其他幾個方面情況造成電容接觸器損壞。

1. 補償控制器設置的投切時間太短二次吸合造成的疊加電壓導致沖擊電流過大而損壞接觸器。

2. 接觸器的損壞與接觸器的正確安裝有一定關系，特別是接觸器的導線連接部位；一定要接緊不得松動并套上絕緣套管。

3. 當電路中諧波含量較高時，電壓、電流波形發生嚴重畸變；基波電流擴大將造成接觸器燒觸頭，相與相或相對地短路；造成接觸器損壞。

4. 當電流不平衡的范圍值增大時，長時間運行也將導致接觸器損壞。

5. 接觸器的自身質量問題也有很大關系，目前國內電容接觸器生產廠家很多，型號也不少，但生產的材質及產品質量不近相同。現行的補償要求非常高，在選型時最好選用抗涌流、抗諧波或承受諧波抗擊的電容接觸器。

四：電容器的問題

電容器在運行中的損壞比較突出，如擊穿不能愈合，短路、鼓肚子及運行時間不長容量下降；情況嚴重的甚至爆炸。而現在的電容器基本上都是自愈式，在正常情況下一旦擊穿會自動愈合，若經常的擊穿再愈合，周而復始將使電容器徹底的損壞。造成電容器損壞大概有5個方面情況。

1. 由補償控制器質量問題引起的誤投誤切造成電容器損壞。

2. 補償時瞬間投切的涌流非常大使電容器損壞。

3. 三相電流、電壓常時間不平衡造成電容器損壞。

4. 疊加電壓（由于控制器設置的投切時間比較短所形成）。

例：每路電容器的容量為30Kvar分8路進行補償，總補償容量為240Kvar若投切時間設置為5S時，8路全投上間隔時間不足1分鐘（5S×8路=40S）。而一般情況下電容器在失電1分鐘內電壓降至50V，如若頻繁投切便造成了疊加。投切每路電容器順時次數實際電壓應為：380V+（≤50V）+（≤50V）+（≤50V）+;N次

5. 諧波對電容器的干擾。

相應對策

1. 使用質量較好的控制器。

2. 補償時瞬間浪涌電流非常大時，建議超過30In以上串接電抗器等電器元件。

3. 如發現缺相或三相電流電壓不平衡要及時查找原因，及時解決。

4. 控制器的設置投切時間不易太短，防止形成疊加電壓。如果實際補償容量不足或確實需要頻繁投切的話，應增加補償容量或進行就地補償和集中補償相結合的方式。

5. 電網中如有諧波干擾，要及時采取措施；加裝濾波裝置或加裝抗諧波型元件。

結束語：

為了改進和提高無功補償裝置所達到的補償要求；必須了解電網或負載源是否出現諧波，無功補償裝置的電器元件配置的合理性；以及正確使用補償裝置才能使無功補償裝置無故障達到正常運行。

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