无功补偿基础知识课件

电容器中、低压补偿要求
（2）电石炉根据生产要求逐步提升负荷，低
压电容器根据生产情况自动投入补偿，当电 炉变输出功率达到18000KW以上，低压补偿 全部投入且正常做功的情况下，电石炉功率 因素仍低于0.91时，此时可根据生产需要， 手动投入中压补偿；
电容器中、低压补偿要求

（3） 投入中压补偿时，当功率因数在0.89-0.90之 间，投入1-6#炉投入600Kvar中压补偿电容器一组 ；投入7-10#炉投入900Kvar中压补偿电容器一组； 当功率因数在0.89以下时投入1200Kvar中压补偿电 容一组，以此类推，低压补偿全部投入的情况下， 将中压补偿电容器逐组投入，直至整体功率因数控 制在0.91-0.94之间，功率因数不得超过0.95，两组 中压补偿电容器投入时间间隔不得低于5分钟。
什么是无功功率

从物理概念来解释容性无功功率：由于电容器是贮 藏电场能量的元件，当电容器加上交流电压后，电 压交变时，相应的电场能量也随着变化。当电压增 大，电流及电场能量也就相应加强，此时电容器的 电场能量就将外电源供给的能量以电场能量形式贮 藏起来；当电压减小和电场能量减弱时，电容器把 电场能量释放并输回到外面电路中。交流电容电路 不消耗功率，电路中仅是电源能量与电场能量之间 的往复转换。
电石炉补偿原理
如果采取适当的手段，提高短网功率因数，
改善电极不平衡度，那么将可以达到以下的 效果： A、降低生产电耗 3%～6％； B、提高产品产量 5%～15％。
中压补偿的优缺点
优点：
1、可以提高功率因数。 2、具有提高功率入炉功率的优点，在同样档
位，一次 侧同样的电流，入炉有功功率增加 而电炉变不超负荷。 3、具有提高二次电压的优点。（可提高30% 左右）

电石炉补偿原理
电石炉补偿原理

由上图可见，短网的损耗占据了系统自身损耗的 70%以上，而短网是一个大电流工作的系统，最大 电流可以达到上万安培，因此短网的性能在很大程 度上决定了电石炉的性能，由于短网的感抗占整个 系统的 70%以上，不论是高烟罩开放式炉、矮烟罩 半密闭式炉还是全密闭式炉的短网系统的感抗均较 大，基于这个原因，电石炉的自然功率因数很难达 到0.85以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在 0.7~0.8 之间。
电石炉无功补偿知识
什么是无功功率
电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工
作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁 场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率 相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路 时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往 复交换，在三相之间流动，由于这种交换功 率不对外做功，因此称为无功功率。
无功补偿的作用

1．提高电压质量 把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的 电压损失: PR QX l
U 3 I a R I r X l 3
式中： P—有功功率，KW Q—无功功率，Kvar U—额定电压，KV R—线路总电阻，Ω Xl—线路感抗，Ω 因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，若 保持有功功率不变，而R、Xl均为定值，无功功率Q越小， 电压损失越小，从而提高了电压质量。
中压补偿的优缺点
缺点：
电石炉采用中压绕组进行无功补偿造成炉变
中压绕组损坏的现象经常发生，一旦变压器 损坏，返修停产的周期都比较长，这对生产 企业造成了很大的损失。 解决不了电炉变压器低压线圈的出力问题。
中压补偿易发生的危害


中压绕组的容量比主绕组的容量小很多，其抗短路的能力也就比主绕组 弱很多，一旦发生中压绕组侧的相间短路，往往是中压绕组先损坏。 电容器容量的调节方式也影响到炉变的安全运行。电炉变中压补偿不适 合采用较大容量的分组投切方式，因为每投切一次电容器其合闸涌流都 会使炉变中压绕组承受一次较大的电动力冲击，如果频繁冲击将会使炉 变中压绕组长期工作后逐渐变形损坏。值得注意的是，中压绕组流过的 是纯容性无功电流，而低压绕组流过的是有功加无功电流，而一次绕组 流过的是有功加少量无功电流，因此中压绕组的电流总是超前于其它两 个绕组，其与其它两个绕组产生的电动力就会在吸力与斥力之间振动， 从而造成中压绕组更容易变形，大部分损坏的电炉变经解剖后都发现有 中压绕组移位现象。
电容器无功补偿原理
电力系统中网络元件的阻抗主要是感性的，
需要容性无功来补偿感性无功。
电容器无功补偿原理

将电容并入RL电路之后，电路如图（a）所示。该电路电流方程为
I I c I rl
由图（b）的向量图可知，并联电容后U与I的相位差变小了，即供电回 路的功率因数提高了。此时供电电流的相位滞后于电压，这种情况称为 欠补偿。 若电容C的容量过大，使得供电电流的相位超前于电压，这种情况称为 过补偿。其向量图如（c）所示。通常不希望出现过补偿的情况，因为这 样会： （1）引起变压器二次侧电压的升高 （2）容性无功功率在电力线路上传输同样会增加电能损耗 （3）如果供电线路电压因而升高，还会增大电容器本身的功率损耗，使 温升增大，影响电容器使用寿命。
电容器中、低压补偿要求
（4）在电石炉处理料面、降档停电时，必须
先退出中压补偿，后退出低压补偿，也就是 说降挡停电前就将中压补偿逐步退出，当负 荷降至18000KW时，将低压补偿逐步退出（ 注：在负荷降至10000KW时，低压补偿必须 全部退出）。 （5）中低压配合补偿时的投用原则：以低压 补偿为主，中压补偿为辅的原则。
电容器中、低压补偿要求
（6）当遇到紧急的炉况突发事故时，先退中压补 偿电容后拍急停按钮；退中压补偿电容与拍急停按 钮时间间隔不得低于5秒。 （7）当电石炉生产负荷达到满载时，低压电容全 部投入后，工艺操作人员与110kV变电站值班操作 人员电话对接，询问整台电石炉运行的高压侧整体 功率因数是否在0.90以上，功率因数已达到0.90不 做调节，功率因数小于0.90，适当再投入一组中压 补偿电容。
什么是无功功率

从物理概念来解释感性无功功率：由于电感线圈是 贮藏磁场能量的元件，当线圈加上交流电压后，电 压交变时，相应的磁场能量也随着变化。当电压增 大，电流及磁场能量也就相应加强，此时线圈的磁 场能量就将外电源供给的能量以磁场能量形式贮藏 起来；当电流减小和磁场能量减弱时，线圈把磁场 能量释放并输回到外面电路中。交流电感电路不消 耗功率，电路中仅是电源能量与磁场能量之间的往 复转换。

电容器中、低压补偿要求
1、在电石炉炉况较好的情况下：

（1）当电石炉运行正常，电炉变输出有功功率达到 12000KW时，将低压电容补偿投入运行，每相手动投入3组 低压电容（可连续投入间隔时间自行掌握），投入完成后稳 定5-10分钟，然后将电容投入后运行方式由手动切换至自动 投切（注：低压补偿自动投切待整体调试完成后才可使用， 当前生产使用手动投切，自12000KW开始负荷每升高 1000KW投入一组电容，这期间一定保证功率因数小于等于 0.95，直至投送完成）。
电石炉补偿原理
较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，
消耗大量的无用功，浪费大量电能，且被电 力部分加收额外的电力罚款，同时由于电极 的人工控制以及堆料的工艺，导致三相间的 电力不平衡加大，最高不平衡度可以达到20 ％以上，这导致冶炼效率的低下，电费增高 ，因此提高短网的功率因数，降低电网不平 衡就成了降低能耗，提高冶炼效率的有效手 段。
无功分类
感性无功：电流矢量滞后于电压矢量90° 如电动机、变压器、晶闸管变流设备等 容性无功：电流矢量超前于电压矢量90° 如电容器、电缆输配电线路等 基波无功：与电源频率相等的无功（50HZ） 谐波无功：与电源频率不相等的无功

什么是功率因数
实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容
U
无功补偿的作用
2．提高变压器的利用率，减少投资
功率因数由cosφ1提高到cosφ2提高变压器利 用率为：
cos1 S1 S 2 S % 100% 1 100% S1 cos 2
由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前 提高ΔS%，可以带更多的负荷，减少了输变 电设备的投资。
电石炉补偿原理
电石炉是一种耗电量巨大的工业电炉。主要由炉壳 ，炉盖、炉衬、短网，水冷系统，排烟系统，除尘 系统，电极壳，电极压放及升降系统，上下料系统 ，把持器，烧穿器，液压系统，矿热炉变压器及各 种电器设备等组成。 根据电石炉的结构特点以及工作特点，电石炉的系 统电抗的70％是由短网系统产生的，电石炉系统损 耗如下图所示
无功补偿的作用
3．减少用户电费支出
（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。 （2）可减少用户内部因传输和分配无功功率 造成的有功功率损耗，电费可相应降低。
无功补偿的作用
4
提高电力网传输能力 有功功率与视在功率的关系式为： P=Scosφ 可见，在传输一定有功功率的条件下，功 率因数越高，需要电网传输的功率越小。
功率因数通常分为自然功率因数、瞬时功率因数和 加权平均功率因数三种。 在三相对称电路中，各相电压、电流为对称，功率 因数也相同。那么三相电路总的功率因数就等于各 相的功率因数。

无功补偿的作用
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减
少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供 电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和 输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功 率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制 无功功率在电网中的传输，相应减少了线路 的电压损耗，提高了配电网的电压质量。
中压补偿易发生的危害
中压绕组负荷为纯电容，容性电流流过时会
在中压绕组上导致电压升高，而感性电流是 电压降低，也就是说中压绕组的每匝电势要 高于其它绕组，加上投切电容时的瞬时过电 压也会造成中压绕组更容易损坏。
低压补偿
提高功率因数的同时，提高变压器的有功输
出率，降低变压器、短网的无功消耗。 调平三相功率，提高变压器的输出能力。使 三相功率不平衡度下降，达到三相功率相等。 提高炉面温度，使反应加快，达到提高产品 质量、降耗和增产的目的。 三相分开控制，根据各相电极的无功损失分 相进行补偿。
性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种 负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差， 相位角的余弦cosφ称为功率因数，又称力率。它是 有功功率与视在功率之比。 三相功率因数的计算公式为：
cos P P S P2 Q2
什么是功率因数
式中：cosφ—功率因数 P—有功功率，KW Q—无功功率，Kvar S—视在功率，KVA

公司电容器简介
低压电容器（连接在炉变短网上的电容）：每个电 容器45Kvar，每小组18个电容器，1-6#炉每相有8 大组电容器，7-10#电容每相有16组,1-10#炉每相补 偿总无功量是19440Kvar，每台电石炉有3相。 中压补偿电容器：中压电容器共分四组P1、P2、 P3、P4，1-6#炉P1、P2是1200 Kvar，P3、P4是 600 Kvar。7-10#炉P1、P2是900 Kvar，P3、P4是 1200 Kvar。
低压补偿
同时提高变压器的有功输出能力，提升变压
器二次电压，有利于电石炉电极的下插，单 项控制，分相动态补偿可使达到三相功率平 衡。使电石炉的功率中心、热力中心和炉膛 中心重合。使坩埚扩大，热量集中，提高炉 面温度，使炉内反应加快，达到降耗和增产 偿
低压补偿可以解决电炉变压器的出力问题，
但低压补偿的电流非常大，设备运行时，大 量的接触器频繁动作，设备的故障率及设备 维护量都很大。
电 炉 供电网 110KV
电炉变压器 二次侧100—
250v
电炉冶炼 短网系统 (低电压 大电流)
水冷 电缆
电极 系统
CT PT
炉膛
中压 补偿 系统
低压 补偿 系统
补偿示意图
电容器的操作
(1)在正常情况下，停电操作时，应先将P1-P4电容 器退出，再断开变压器电源侧断路器。恢复送电时 应与此顺序相反。 (2)事故情况下，必须将P1-P4电容器组退出，5秒后 再拍急停按钮断电。 (3)电容器组断路器跳闸后不准强送电。保护熔丝熔 断后，未经查明原因之前，不准更换熔丝送电。 (4)电容器组禁止带电荷合闸。电容器组再次合闸时 ，必须在断路器断开3min之后才可进行。