无功补偿设计

《电力系统自动化》课程设

计

报告书

2016年12月

课程设计报告书

化不大且不频繁操作、系统工作较平稳的场合。

(2)晶闸管电子开关，此类产品具有电压过零投入、电流过零切除、反应速度快等特性，可实现电容器的投入无涌流、切除无过压、投切无电弧的快速动态补偿功能，该装置特别适用于电容器需要频繁投切的无功补偿场合。但晶闸管也存在损耗大、散热差等不足，影响了无功补偿装置的可靠性，且成本相对过高。

(3)复合开关，复合开关的工作原理是将晶闸管和交流接触器并接，电容器投切瞬间，晶闸管工作，正常接通期间接触器可靠闭合，既有可控硅开关过零投切的优点，又有接触器无功耗的优点。投电容器时，保证电压过零合闸；切电容时，保证电流为零关断，在保证快速投切情况下，避免了涌流、谐波注入及触点烧损现象。而在正常工作时，利用接触器导通容量大、压降小、功耗小、工作可靠等优点，不会带来高温升、高能耗问题。复合开关适宜频繁操作，整机使用寿命长，价格也相对适中。要保证投切开关长期、可靠的运行，选用时必须注意以下几点：

(1)投切开关的额定电流必须与投切的电容的额定电流匹配。

(2)投切开关的接线端子过流要满足额定电流。

(3)投切开关的端子的接线必须牢固可靠。

四、电容器无功补偿方式

电容器补偿装置可以串联补偿也可并联补偿，一般用于补偿配电网中感性负荷。在电力系统中，负载类型是多样化的，但其中以异步电动机类型的负载为最多。异步电动机类型的负载为阻感性负载，可认为是电感和电阻R串联的负载，其功率因数可用式公式计算。

此时，电压U与电流I之间的相位差由补偿前的1ϕ变小到2ϕ，即系统的功率因数提高，如果补偿后的功率因数2cosϕ达到要求，则达到了无功补偿的目的。

串联无功补偿

串联电容器提升的末端电压的数值QcX/V随无功负荷增大而增大，减小而减小，恰与调压要求一致，这是串联电容器调压的一个显著优点。但对负荷功率因数高(cos>或者导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重较大，串联补偿的调压效果就很小。此外，串联补偿可能会产生铁磁谐振和自励磁等许多异常现象。

串联电容器与导线相串联以补偿线路的感性电抗。这将减小线路所连节点间的转移电抗，增大最大传输功率，减小实际的无功功率损耗。尽管串联电容器通常不用于电压控制，但它们确实能改善电压控制和无功功率平衡。由于串联电容器产生的无功功率随功率传输的增加而增加，在这个方面，串联电容器能自我调节。

串联电容器主要用于补偿线路的部分串联感抗，从而降低输送功率时的无功功率损耗，也是得到较早应用的一种无功功率补偿装置。它是国内外电力系统在远距离输电时比较普遍采用的提高系统稳定性和输送能力的重要手段。

如图（a），R、L为等效感性电路或感性负载，C为串联电容，图（b）为电压矢量三角关，图（c）为电阻、电感和阻抗矢量三角关系。

由此可知，只要串联恰当的电容器，就可以减小功率因数角ϕ2即提高功率因数cosϕ2。

由此可知，只要串联恰当的电容器，就可以减小功率因数角ϕ2即提高功率因数cosϕ2。

并联电容器的补偿方式

并联电容器组是电网中使用较广的一种专用于无功功率补偿的设备，它以其低廉的价格、方便的使用而受到广泛使用。其补偿原理前文己有叙述，这里不再介绍。按照电容器组安装位置的不同，并联电容器组无功功率补偿方式一般可以分为集中补偿方式、分散补偿方式和单机就地补偿方式三种。

(1)集中补偿方式：将电容器组直接安装在变电所的6～10KV母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡。可以减少高压线路的无功损耗，而且能够提高供电电压质量。

(2)分组补偿方式：将电容器组分别装设在功率因数较低的终端配电所高压或低压母线上，也称为分散补偿。这种方式具有与集中补偿相同的优点，仅无功补偿容量和范围相对小些。但是分组补偿效果比较明显，采用的较为普遍。

(3)就地补偿方式：将电容器或电容器组装设在异步电动机或者电感性用电设备附近，就地进行无功补偿，也称为单独补偿或个别补偿方式。这种方式既能提高为用电设备供电回路的功率因数，又能改善用电设备的电压质量，对中小型设备十分适用。

并联电容器的接线方式

电容器接线方式不同，相应的补偿方式也不同。在无功补偿中，线路的补偿电容器组有如下三种接线方式：三角形接法(△接法)、星形接法(Y 接法)、三角形和星形相结合接法(△-Y)，相应的补偿方式也就分为三相

共补、三相分补、三相共补与三相分补相结合的方式。

三角形接线对应于三相共补的方式。如图所示。传统的低压补偿大都是采用三相共补的方式，根据控制器统一采样，各相投入相同的补偿容量。这种补偿方式适用于三相负载基本平衡、各相负载的功率因数相近的网络。

星形接线对应于三相分补方式。三相分补方式就是各相分别取样，按照需要分别投入不同的补偿容量。此种方法适用于各相负载相差较大，其功率因数值也有较大差别的场合。与三相共补不同的是：控制器分相进行工作,互不影响。当然,其价格高于三相共补的装置,一般要贵20%～30%。

三角形和星形相结合接线对应于三相共补与三相分补相结合的方式。三相共补部分的电容器为△接线，三相分补部分的电容器为Y接线。采用此种接线方式的补偿装置，运行方式机动灵活。

并联无功补偿

并联无功补偿与串联无功补偿的作用之一都在于减少电压损耗中的QcX/V分量。并联补偿能减少Q，采用并联补偿能从网损节约中得到抵偿，而在降低网损及提高用户功率因数方面，并联补偿要比串联补偿优越的多。

并联电容器装置的投切方式

对电力低压用户而言按功率因数变化控制电容器组的投切是主要的方式。对于系统内枢纽点大容量电容器组的投切,应综合考虑无功功率、电压、时间及有载调压变压器等因素。

10 kV及以下的电容器组的自动投切技术比较成熟和简单,设备选择也较容量,固定宜选用自动投切方式。35 kV及以上电容器组的自动投切的技术相对较复杂和不成熟,其频繁操作对高压开关的机械和电气寿命的要求也更高,基于上述原因高压电容器组一般为手动投切。

五、案例分析

1.电网状况及用电设备

（1）1#变压器容量为16000KVA，变比为35KV/10KV，下带负载为2台7200KVA中频炉变和一台1800KVA加热炉变，中频炉运行产生的特征谐波以11、13次为主，滤波装置接入10KV母线。