无功补偿原理配置实际讲解课件

控制方案如下（调压时采用升压升档，降压降档）：
分区编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 第一方案 切除电容器 变压器降压 切除电容器 切除电容器 变压器升压 变压器升压 变压器降压 变压器降压 投入电容器 投入电容器 变压器升压 投入电容器 第二方案 变压器降压 切除电容器 无 变压器升压 切除电容器 无 无 投入电容器 变压器降压 无 投入电容器 变压器升压
高压无功补偿浅谈
山东新科特电气有限公司
主要内容

一、无功补偿原理、意义及补偿容量的确定

二、高压无功补偿的方式与装置
一、无功补偿原理及意义

1、无功补偿的原理 当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设 备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积， 即：P=U×I。 电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此 时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。此时电流 滞后电压一个角度φ。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有 功功率和无功功率的矢量和：


Ⅲ、变电所10kV（6kV）母线的无功补偿 （也称“变电站集中补偿”）
补偿原理 变电所电容器容量的确定 变电所电容器自动投切装置 TVQC型高压无功自动补偿装置简介

补偿原理 一般用户端补偿和线路补偿很难全部补偿掉用户 所需无功功率。特别是我国特定的经济状况，许多 地区用户补偿和线路补偿由于经济条件所限，补偿 装置很少，所以有大量无功功率要由上一级电网经 过主变压器流入配电网络。变电所10kV（6kV）母 线无功补偿指在变电所10kV（6kV）母线上并联电 容器组，用其发出的无功功率满足变电所下级10kV （6kV）配电网络的需要。
QC P(tan 1 tan2 ) P( 1/ cos1 1 1/ cos2 1)
式中: Qc一电容器的安装容量，kvar P一系统的有功功率，kW tan ￠1--补偿前的功率因数角, cos ￠1 --补偿前的功率因数 tan ￠2--补偿后的功率因数角, cos ￠2--补偿后的功率因数 采用查表法也可确定电容器的安装容量。
电压无功十二区图控制原理
TVQC系列装置采用比传统的九区图更为优化的十二区图模 糊算法。其中电压上、下限是根据电压合格范围确定的，无功上、 下限是根据每组电容器容量及理想功率因数确定的。考虑到投切一 组电容器时引起的电压、无功的变化值，分接头调节一挡引起的电 压、无功的变化值，从而使电压及无功的边界也随之灵活的改变。 这种方法充分考虑了电压无功动态平衡,减少了设备的动作次数,保 证了电容器和分接头动作合理、有效。例如,当电压较高(未越限)而 无功不是太缺(根据旧边界,无功越下限)时,按照模糊新Q边界,可以 不投电容器,避免了因投电容器引起电压进一步升高,越上限,从而导 致不必要的分接头调节的情况。控制策略图如下：
理想区域，不动作

高压无功自动补偿装置简介
TVQC系列电压无功综合自动补偿成套装置 （简称无功补偿成套装置），适用于35～220kV变 电站6kV、10kV或35kV的电网中。装置根据母线电 压的高低和无功功率的需求状况，通过对变压器有 载调压分接头的自动调节和并联电容器组的自动跟 踪投切，来实现对变电站电压和无功的综合控制， 保证供电电压质量和功率因数达到期望要求，从而 达到降低电能损耗，减少电压波动，提高设备利用 率的目的。
U UH
UU
1 3 4 5
UQ
2 7 0 8 9 10 12
Q
UU UQ
UL + UH 2
UL
6 11
QL
QL + QH 2
QH
边界量说明：UU —— 分接头调节一档引起的电压最大变化量 UQ —— 投切一组电容器引起的电压最大变化量 UH —— 电压上限 Q —— 无功需求量 UL —— 电压下限值 QL —— 无功需求量下限值 QH —— 无功需求量上限值

TWB型无功就地补偿装置

Ⅱ、10kV（6kV）线路的无功补偿
线路补偿的原理 线路补偿容量的确定 线路电容器安装地点及具体容量 采用线路电容器补偿的优点 线路自动补偿装置简介


线路补偿的原理 由于用户端随机、随器、随荷补偿的不完全或未进行补 偿，线路上仍有大量的无功负荷在传输。采用在10kV（6kV） 线路上并联高压电容器实现就近补偿，以降低线路传输电流， 降低线路损耗，这就是线路无功补偿。 线路补偿容量的确定 线路补偿电容器装置一般安装在室外电线杆上，设有自 动投切装置，所以只能进行固定补偿。为此选定的电容器容 量必须为线路流动的最小无功负荷，否则会发生无功倒送。 所以要进行线路无功补偿就必须实测低谷时期无功负荷，然 后确定无功补偿容量。

U+ --- 代表电压上限，一般取10.7kV U- --- 代表电压下限，一般取9.3kV Q+ --- 代表正向无功负荷值 Q- --- 代表反向（倒送）无功值
九域图动作说明表
电压无功九域图控制存在的问题
传统的九区图法存在的主要问题是：控制策略是基于固 定的电压无功上下限而未考虑无功调节对电压的影响及其相 互协调关系；用于运算分析的信息有分散性、随机性的特点, 这造成了控制决策的盲目和不确定性, 实际表现为设备频繁 调节。例如:当系统电压正常而无功不正常，同时又无足够的 电容器组投切，而一天内变压器分接头动作次数之和未达其 限定值时，采用传统的九区图控制将导致变压器分接头频繁 动作。 因此基于九区图表现的问题引入了基于模糊理论的电压 无功控制策略，即考虑采用无功模糊边界的调节方式。将电 压状态引入无功调节判据,把原先固定的电压上下限边界以内 及原有的3区和6区增加受无功影响及相互影响的模糊区域， 这就形成了电压无功的十二区模糊控制策略。
二、高压无功补偿的方式与装置
Ⅰ、异步电动机及变压器的空载无功功率补偿
Ⅱ、10kV（6kV）线路的无功补偿 Ⅲ、变电所10kV（6kV）母线的无功补偿

Ⅰ、异步电动机及变压器的空载无功功率补偿 （也称“随机补偿”、“随器补偿”） 补偿原理


补偿容量的确定
TWB型无功就地补偿装置





变电所电容器容量的确定 1、一般新上变电所电容器补偿容量按主变容量的10-30%配置。 2、按实际无功负荷进行配置，一般取正常无功负荷偏低一点进行配置。 具体确定方法参见以下说明。 只装设一组电容器 一组电容器容量应按以下原则进行配置：取一ＱC让下图（b）中阴 影部分面积尽可能小，一般阴影部分面积越小补偿效果越佳。 24小时无功负何变化及补偿容量确定图
补偿前
有功电流
无功电流
LOAD
补偿后
有功电流
无功电流
LOAD
2、无功补偿的意义 1）减少电能损耗 2）提高电压质量 3）增加设备输电能力 4）提高电力系统稳定性 3、无功补偿容量的确定 如果选择电容器功率为Qc，则功率因数为：

在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确 定补偿后所需达到的功 率因数值，然后再计算电容器的安装 容量：
S P2 Q 2
无功功率为:
Q S 2 P2
有功功率与视在功率的比值为功率因数:
COS P / S

无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加， 系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并 联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。 当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时，电网 只传输有功功率P。根据国家有关规定，高压用户 的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应 达到0.85以上。

变电所电容器自动投切装置 近年来，随着计算机应用技术的普及和电力科技水平的提高，一些电 力部门和科研院所相继开发和研制了用于10千伏母线补偿电容器的自动 投切装置，即把变电所主变分接头的调节与电容器投切进行综合考虑， 既保证电压合格率，又保证电容器最大投入。 电压无功九域图控制原理 在保证电压质量合格的前提下，确保电容器最大投入，即电容器尽可 能作为无功补偿之用，尽可能不作调压之用，分接头作为调压之用。这 是变电所电容器投切和主变分接头调整综合自动控制装置动作的基本原 则。以下用传统的电压无功控制九域图进行具体说明：
注：图(a)表示的是连续24小时实际无功负荷的变化情况。图(b)是将24小时无功 负荷按从小到大的顺序排列的无功负荷图，便于问题的分析。

装设多组电容器 一般按最大无功负荷配置电容器总容量，然后分成几组， 每组容量为Qc/N，再确定每组由几个电容器并联而成，每组 通过一个接触器并网运行。图中所示电容器组数越多，补偿 效果越好。 QC1、QC2取值应使下图阴影部分面积尽可能小，一般 阴影部分面积越小补偿效果越佳。 24小时无功负何变化及补偿容量确定图
补偿原理 1）电动机空载无功功率补偿就是当单台电动机在7.5kW及以上时， 以电动机的空载无功功率为基数，乘以适当补偿系数进行电容量的配置， 实行就地补偿。这种补偿方式是将电容器安装在电动机旁，电容器与电 动机直接采用一套控制和保护装置或接在控制刀闸的下桩头和电动机一 起投切。 2）变压器为完成电能的变压和传输，必须从电网中吸收无功功率用 来建立主磁通，这是必不可少的。输配电网络中成千上万台配变消耗着 大量无功功率。变压器空载无功功率补偿就是随变压器配置一定数量的 电容器，用电容器发出的无功功率来供给变压器完成主磁通的建立，而 不从电网吸收无功功率来建立主磁通。

采用线路电容器补偿的特点 线路电容器补偿装置结构简单、造价低，容量选择适当，补偿效 果也较好，缺点是运行环境恶劣、维护困难。 线路用柱上式高压无功自动补偿装置 柱上式高压无功自动补偿装置（以下简称装置）适用于10千伏或6千 伏配电线路中，通过对电容器的自动跟踪投切，实现对线路电压和无功 的综合控制，能有效的提高线路的功率因数、降低线路损耗、改善供电 线路电压质量。 本装置可根据用户技术要求设定参数，装置自行判断、分析，通过时 间、电压、时间电压、功率因数和电压无功五种控制方式，实现高压并 联电容组的自动投切。同时本装置还具备完善的保护功能，具有电容器 过流速断保护、过流保护、过电压保护、欠电压保护、电容器延时保护、 机构故障保护、缺相保护、拒动保护和日动作次数限制等功能，还具有 有线和无线通讯功能。 本装置选用电容器投切专用真空接触器作为电容器的投切开关。将接 触器、控制电源变压器等放置在不锈钢箱体内，自动控制装置放在小控 制箱内，并与高压并联电容器及跌落式熔断器、避雷器等安装在一根线 杆上，结构紧凑，安装调试方便。


无功负荷沿线路均匀分布 根据理论计算，从降低线损的角度看，以下补偿容量和安装位置为 最佳值：
电容器安 装 组数 1 2
离线路首端安装距离
第一组
2/3L 2/5L 4/5L
第二组
第三组
电容器安 装 容量 2/3Q 4/5Q
线损电量 下降百分 比 88.9 96.0
3
2/7L
4/7L
9/7L
6/7Q
98.0

由表可知：配电线路上电容器的安装组数越多，降损效果越大， 但这给运行维护带来不便，相应的增加了工程投资，而且随安装组数增 加，对应于增加单位补偿容量所得到的无功线损下降率减少，因此，一 般对于均匀分布负荷的配电线路，以安装一组补偿电容器为宜，最多两 组就足够了。 无功负荷沿线路非均匀分布 在一个供电区内，各条线路的负荷往往是不均匀的，不能机械套用 以上公式和经验数据，而应具体计算具体确定补偿方案。在此不做详细 介绍。
பைடு நூலகம்

补偿容量的确定 1）利用电动机空载电流计算补偿容量 ①按下式计算补偿电容器容量Qc
QC K 3I 0U e 103 式中: K —为补偿系数,一般取K =0.9， Ue —为额定电压（kV）
②实测空载电流 ,代入⑴式中得Qc 2）变压器随器补偿容量确定的原则：补偿容量不超过配变空载无功功 率即空载运行时不发生倒送。过补偿会造成变压器空载时无功功率倒送 和产生电磁谐振，尤其在电源缺相运行时，可能发生铁磁谐振过电压， 造成烧毁设备事故。 Qc=KⅠ0%×Se /100 Ⅰ0%—变压器空载电流百分值 Se —配变容量（kV） K－补偿系数，一般取0.90