无功功率补偿装置及作用分析知识讲解

无功功率补偿装置及作用分析

摘要: 无功补偿是一项投资少、收效快的降损节能措施，对于降损节电、用电系统的安全可靠运行有着极为重要的意义。在我国配网和农网平均功率因数偏低的地区进行合理的无功补偿，能较大幅度地降低线损、提高设备利用率、改善电压质量、提高功率因数。我们要积极采用补偿电容器进行合理的补偿，以取得显著的经济效益。

关键词: 无功功率补偿；效益；功率因数

无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少、收效快的降损节能措施。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率。减少了无功功率在电网中的流动，可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，形成无功补偿。装设无功补偿设备，提高功率因数，对于降损节电、用电系统的安全可靠运行有着极为重要的意义。

一、无功补偿概述

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。无功功率补偿装置的主要作用是：提高负载和系统的功率因数，减少设备的功率损耗，稳定电压，提高供电质量。在长距离输电中，提高系统输电稳定性和输电能力，平衡三相负载的有功和无功功率等。电网中常用的无功补偿方式包括：在变电所母线集中安装并联电容器组；在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；在单台电动机处安装并联电容器等。从无功补偿通常采用的方法来看，主要有低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。这三种补偿方式的适用范围及优缺点分别如下：

1.低压个别补偿

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

2.低压集中补偿

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

3.高压集中补偿

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。

4.合理选择配变容量，改善配变运行

对负载率比较低的配变，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。

二、无功功率补偿装置

无功功率补偿装置的主要作用是提高负载和系统的功率因数，减少设备的功率损耗，稳定电压，提高供电质量。目前，国内电网采用的电容补偿技术主要是集中补偿与就地补偿技术。就地补偿技术主要适用于负荷稳定，不可逆且容量较大的异步电动机补偿，如风机、水泵等，其它各种场合仍主要采用集中补偿技术。在长距离输电中，提高系统输电稳定性和输电能力，平衡三相负载的有功和无功功率等。

1.同步调相机

早期的无功功率补偿装置主要为同步调相机，多为高压侧集中补偿。同步调相机目前在现场仍有少量使用。

2.静止补偿装置

静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止补偿器由于其价格较低、维护简单、工作可靠，在国内仍是主流补偿装置。静止补偿器先后出现过不少类型，目前来看，有发展前途的主要有直流助磁饱和电抗器型、可控硅控制电抗器型和自饱和电抗器型三种。其中，可控硅控制电抗器型又可分为固定连接电容器加可控硅控制的电抗器；可控硅开关操作的电容器加可控硅控制的电抗器。实际上，由断路器(电磁型交流接触器)操作的电容器和电抗器在电网中正在大量使用，可以说这种补偿技术是静态的，因为它不能及时响应无功功率的波动。这种装置以电磁型交流接触器为投切开关，由于受电容器承受涌流能力、放电时间及电容器分级以及接触器操作频率、使用寿命等因素制约，因而无法避免以下不足：

(1)补偿是有级的、定时的，因而补偿精度差，跟随性不强，不能适应负荷变化快的场合；受交流接触器操作频率及寿命的限制，静态补偿装置一般均设有投切延时功能，其延时时间一般为30s。对一般稳定负荷，即负荷变化周期大于30s的负荷，这类补偿装置是有效的，但对一些变化较快的负荷，如电梯、起重、电焊等，这类补偿装置就无法进行跟踪补偿。(2)不能做到无涌流投入电容器，对于接触器加电抗器方案，增加损耗较大，对于容性接触器方案，事故率较大，对金属化电容器的使用寿命影响很大；目前，低压电力电容器以金属化自愈式电容器为主，这种电容器的引线喷金属端面对涌流承受能力有限，因此，涌流的大小及次数是影响电容器使用寿命的主要因素。

(3)运行噪声较大。

(4)由于控制部分的负载是接触器的线圈，在投切过程中，造成火花干扰，影响补偿装置的可靠性和使用寿命。

3.静止无功发生器

静止无功发生器又称静止同步补偿器，是采用GTO构成的自换相变流器，通过电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功，进行无功补偿。与SVC相比，其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小，在系统欠压条件下无功调节能力强。其变压器与补偿器可看作逆变器电路。当逆变器基波电压比交流电源电压高时，逆变器就会产生一个超前无功电流。反之，当逆变器基波电压比交流电源电压低时，则会产生一个滞后无功电流，因此能与系统进行有功、无功之间的交换。若控制方法得当，SVG在补偿无功功率的同时还可以对谐波电流进行补偿。在稳态情况下，SVG的直流侧和交流侧之间没有有功功率交换，无功功率在三相之间流动，因此直流只需要较小容量的电容即可。此外，SVG装置用铜和铁较少，且有优良的补偿特性，是新一代无功补偿装置的代表，有很大的发展前途。

三、无功补偿作用分析

1.改善电能质量

电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备