浅谈无功功率补偿及电容器的运行分析

时间：2021-04-02作者：安科瑞电子商务（上海）有限公司浏览：59

朱鹍

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：主要对无功功率的概念、电容器的补偿方式、补偿容量的计算等方面进行了阐述，在此基础上介绍了电容器运行的注意事项。
关键词：电力电容器；补偿方式 ；运行
0 引言
笔者从进入吕合煤业从事电工工作的那天起，就一直被功率因数低、线损率高的**难问题所困扰。而在此之前，听说已有许多同事由于无法长期忍受功率因数低的罚款而纷纷申请调离了电工岗位。那时，笔者对功率因数这个概念尚知之甚少，不懂得如何才能提高功率因数，当时的电力主管部门也没有对无功补偿进行深入细致的研究和探讨，而是采取了对用电负荷进行拉合闸的制度——每天派出专人，对生产工作面实行白天合闸、晚上拉闸，对外转供用电实行白天拉闸、晚上合闸。就这样，日复一日，年复一年，时间长达数年之久，非但没有使功率因数提高，还影响了生产的正常秩序，影响了企业同周边村民的关系，执行拉合闸制度的员工是苦不堪言。在此期间，也曾进行过电容器组的集中补偿，但由于线路过长、负荷较散等方面的原因，对提高功率因数起得作用不大，～直没能达No．9的标准。自从我公司于2009年进行电网升压改造、大量使用了成套的电力电容器补偿装置后，这一局面才有了根本性的改变。回想这一经历，虽然觉得很无奈，但它却反映了一个时期由于技术条件和人员素质方面的原因，给企业带来不小损失的真实状况，值得我们深深地进行反思。下面，笔者将把我公司在无功功率补偿方面进行曲折探索的经验得失，结合自己对无功补偿相关知识的认识写下来，以便能使我们在今后的工作中少走弯路，避免一些不必要的损失，同时希望给**提供一个可借鉴的实例。
1 我公司早期在提高功率因数方面的做法
1.1拉合闸制度
我公司的电源供给是楚雄州电力公司吕合变电站，电网电压6kV，线路全长4000多m，由于导线截面过细，线损相当严重；加之我公司是一个有40多年历史的老企业，用电设备都是些淘汰的产品，功率因数低。这一时期的电力技术人员没有从这一实际出发，没有从根本上找功率因数低的原因，而是盲目地采取了没有科学依据的限电措施，不仅没有使功率因数提高，每月照样是大额的罚款，还要为此支付拉合闸人员的工资，还因为频繁的拉合闸而频繁换高压开关，从而增加了用户的负担和管电人员的维护工作量，真可说是得不偿失。1.2电容器补偿的尝试
在坚持拉合闸制度的同时，也曾进行过电容器补偿的有益尝试。主要方法是并联电容器的个别补偿和集中补偿：(1)对3台高压电铲和生产工作面的用电负荷进行个别补偿，分别在这些用电设备的负荷侧并联了电容器组进行无功功率的补偿。刚开始投入运行时，功率因数有了一定的提高，但运行了一年之后，这些设备就被淘汰了。主要原因是由于维护管理不善，加之生产工作面移动性强，振动又大，粉尘污染严重，导致控制设备和电容器损坏严重。实践证明此补偿方式不可行，就只能放弃。(2)在6kV供电线路负荷较集中的地方安装了电容器组进行高压补偿。由于供电线路过长，导线截面又普遍偏小，虽然这一补偿方式一直持续到电网升压改造之前，但线损依然很大，功率因数也一直没有达到0．9以上。
1.3自我总结 
无功功率补偿是一门性较强的技术，在进行安装设计时须掌握无功补偿的相关知识和原理，并进行认真细致的论证和探讨，不能随意而为，不能盲目地进行。否则，不仅
影响企业的生产秩序，还会给企业带来不小的经济损失和负面影响。 
2 无功功率补偿的基本概念
在电力系统中，除输送有功功率外，还要输送无功功率。用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、变压器和电焊机等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场。另外，如架空线路、各种感应器具、仪表等也消耗一部分无功功率。除发电机产生无功电源外，线路电容也产生一部分电源，但这些电源往往不能满足电网对无功功率的需要。无功功率不足会造成用电设备得不到充分利用，电能损耗增加，从而限制了线路的输电能力。从另一方面来说，无功功率不足将直接导致用户功率因数降低，对于我公司来说，功率因数0．9时，将被电力部门惩罚。因此，用补偿办法解决电网无功功率不足的问题，是电力系统和设备经济运行的重要措施。
3 电力电容器的补偿原理
对于一个企业来说，要提高全厂的功率因数，常常采用在厂变电所配电线路上并联电容器的方法。在电感性负载两端并联适当容量的电容器后会使电源供给的总电流大大减少，它比负载上的电流还要小。这是因为电容支路的无功电流和电感支路的无功电流相位相反，即当线圈中的磁场要消失而向电源送回电流时，电容器恰好需要充电电流，因此线圈中的大部分无功电流就不用送回电源，而直接送给电容器便可。反之，当电容器的电场要消失而要向电源送回电流时，线圈正好需要无功电流建立磁场，于是电容器的电流也就不用送回电源，直接送给线圈就行了。这样一来，电源只要供给有功电流和少量的无功电流即可。这时，线圈所取用的电流仍不变，线路上的总电流却减少了。由于并联了电容器，总电流与电压间的相位差减小，于是功率因数得到了提高。
采用并联电容器的方法来补偿无功功率，从而提高功率因数，降低线损，改善电压质量，目前应用较为广泛。当前，并联电容器都是现成的成套设备，运输、安装、维护都很方便，在控制上采用的都是自动控制，能适时根据用户负载的变化而进行投切，有效防止了欠补或过补现象的发生。
4电力电容器补偿的特点
(1)优点：无旋转部件，不需专人维护管理，安装简单；可以做到自动投切，按需要增减补偿量；有功功率损耗小等。
(2)缺点：电力电容器电压特性不好，电压波动对其影响较大；寿命短，损坏后不易修复；补偿电容器的运行管理困难及电容器运行的问题未受到重视等。不管怎样，并联电容器的优点是主要的，其正被广泛用来提高电网的功率因数。
5电容器的补偿方式所谓补偿方式
就是电容器装在何处补偿效果好。为了电网经济运行和用户正常用电，首先要从减少无功功率在电网中的流动着手。因此，无功补偿的基本原则就是就地供应，尽量做到电网少送无功负荷。为此在用户端安装电容器，就地满足用户对无功功率的需要。我公司2009年进行电网升压改造时，把无功功率补偿的问题作为重中之重。特别是在选择补偿方式上，是进行了反复的论证和探讨，在总结前期经验教训的基础上，结合我公司用电负荷的分布情况，采取了高压集中补偿和个别补偿相结合的补偿方式。
5.1高压集中补偿
我公司采场的电源由一台固定式的1250kVA变压器提供，电压6kV，采用架空线路分配到各个高压用电设备。将电容器装在采场电源的6kV母线上，电容器的利用率得到了提高，减少了电力架空线路及用户主变压器的无功负荷。加之采场内的用电设备移动性较强，用电环境粉尘、振动较大，采用集中补偿是一种比较科学、合理的补偿方式。
5.2个别补偿
个别补偿是在电网末端负荷处补偿，可以减少线路损耗，节省有色金属消耗量。对感应电动机的个别补偿是以空载时补偿到功率因数接近1为准。个别补偿利用率低，易受环境条件的影响，适用于长期稳定负荷且需无功功率较大的负载。我公司对上下生活区台变及线路末端的各个抽水站进行的就是个别补偿。
我公司采用以上无功功率补偿措施后，运行效果相当明显，每月的功率因数都达到了0．9以上。
6电容器补偿容量的计算
7 电力电容器的运行 
(1)允许运行电流：电容器应在额定电流下运行，由于运行电压升高或电源电压的畸变，使电容器的电流增加时，不得**其额定电流的l_3倍。对于电容值具有正偏差的电容器，过电流允许达到额定电流的1．37倍。
(2)允许运行电压：电容器的寿命会随电压的升高而缩短，因此须严格控制电容器的运行电压。电容器的额定电压应不所接入的系统的运行电压，并且还要考虑接入电容器后所引起的电压升高。为降低谐波及其他影响而接入串联电抗器时电容器端子上电压将**系统运行电压，此时有必要选用额定电压较高的电容器，具体如表1所示。
表1  电力电容器的过电压标准
(3)合闸问题：电容器组切除后，须经过3min后方能再次合闸。规程之所以这样规定，是因为选择放电电阻是按30S内、电容器端电压小于65v，在3min内电荷一般是能放尽的。
(4)运行电容器的外观应每天进行检查，如发现箱壳鼓肚变形、发热冒烟等异常现象，应停止使用，以免发生事故。
(5)电容器在运行过程中一旦出现报警、保护装置动作等情况，应查明原因，在未查明原因前，不得重新投入运行。
8安科瑞AZC/AZCL智能集成式电容器介绍
8.1产品概述
AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积小，功耗低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的高要求。
AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。
8.2产品选型
AZC系列智能电容器选型：
AZCL系列智能电容器选型：
 
8.3产品实物展示
 
AZC系列智能电容模块       AZCL系列智能电容模块
 
安科瑞无功补偿装置智能电容方案
9结束语
随着企业的不断发展，电力负荷只会不断增加。要使电网安全经济运行，提高供电质量，就要求我们电力技术人员要有严谨的、一丝不苟的工作作风，本着为社会服务、对企业负责的态度，不断加强对知识的学习，掌握多的新技术和新工艺，从而为企业的节能降耗做出自己应有的贡献。
参考文献 
[1]劳动部培训司．电力系统及运行[M]．北京：劳动人事出版社，1988.
[2]万世红.无功功率补偿及电容器的安全运行分析.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版．
 
 
作者简介：
朱鹍，女，就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为企业能源管控


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