無功功率補償范文

導語：如何才能寫好一篇無功功率補償，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：無功補償；配電系統；電容器

由于現代企業采用大量的感應電動機和變壓器等感性負荷，特別是近年來大功率可控硅的應用，供電系統除供給有功功率外，還需供給大量無功功率，使發電和輸配電設備的能力不能充分利用，無功功率對供電系統及工廠內部配電系統都有極不良影響，從節約電能和提高電能質量出發，都必須考慮改善功率因數措施。為此，必須提高用戶的功功率因數，減少對電源系統的無功需求量

1無功補償的總原則

無功補償的總原則：全面規劃，合理布局，分散補償，就地平衡，降低損耗提高質量，滿足需求，可靠保證。無功補償方式制定時，應全面分析本系統的無功電力需求量，以確定最優的補償量與最優的補償方式。

我國在《電力系統電壓和無功電力技術導則)中規定質功補償與電壓調節應按以下原則進行：

1.1總體平衡與局部平衡相結合，即要滿足全網的總無功平衡，又要滿足分支線的無功平衡。

1.2電力補償與用戶補償相結合，供電部門在電源點進行補償與用戶自身用電設備進行補償，兩者實現理想配合。

1.3分散補償與集中補償相配合，以分散補償為主。

1.4降損與調壓相結合，以降損為主。

2無功補償裝置

無功補償裝置主要有同步調相機，并聯電容器，靜止補償器等。

2.1同步調相機

同步調相機也叫同步補償機，它實際上是接在電網上不帶機械負載的同步電動機，專門用來調節電網功率因數或用在長距離輸電線路中提高電壓的穩定性，假若忽略同步補償機的損耗，按電動機慣例寫出其電勢方程如下，

可見，I超前U90°，純粹是直軸電流，即I=Id，并且電樞反應磁勢起去磁作用。此時，補償機從電網吸取超前的無功功率(也可以說成是向電網輸出滯后的無功功率)，相當于是接在電網上的電容。在過勵磁運行時，它向系統供給感性無功功率而起無功電源的作用，同步補償機容量可以很大，并且無功功率易于平滑調節。在需要提高電網功率因數時，調節同步補償機使其在過勵狀態下運行，由電網吸取電容性無功功率 (或說成是向電網發出電感性無功功率)。當電網輕載時，調節同步補償機使其在欠勵狀態下運行，由電網吸取電感性無功功率，這就相當于是在線路中接入了感性負載，從而可以保持受電端電壓不變。由于實際運行的需要和對穩定性的要求，欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的50％-65％，裝有自動勵磁調節裝置的同步補償機，能根據裝設地點電壓的數值平滑改變輸出(或吸取)無功功率，進行電壓調節。有強勵磁裝置時，系統故障下能調整系統電壓，從而提高系統的穩定性。但由于同步補償機是旋轉機械，運行維護比較復雜，滿負荷時有功功率損耗為額定容量的1.5％―5％，容量越小，百分值越大，所以小容量的每KVA容量投資費用大，故同步補償機宜大容量使用，在我國一般用在樞紐變電所。

2.2靜止電容器和靜止補償器

靜止電容器一般都采用并聯電容器的方法進行人工補償，電力電容器具有投資省，有功功率損耗小，運行維護方便，故障范圍小，裝設容量靈活，即可集中使用，又可分散裝設來就地供應無功功率，以降低網絡電能損耗等優點。為了在運行中調節電容器的功率，可將電容器連接成若干組，根據負荷的變化，分組投入或切除，可控硅投切型電容器補償裝置就可以實現補償功率的調節。

電容器的缺點是當通風不良或因電網高次諧波造成電容器過負荷使運行溫度過高時，易出現外殼鼓肚、漏油，甚至爆炸和引起火災。因此，規定電容器組應獨立設室。為便于管理維護，多采用集中固定補償，若補償前功率因數為COS，補償后提高到，則補償所用電力電容器容量應為kyar

上式是按平均負荷計算的所需補償容量，也有按最大負荷PmaxΣ進行計算的。如果按 PmaxΣ計算所需補償的無功功率Qc，則當P＜ maxΣ,時，將出現過補償現象。為了取得較好的補償效果，按平均負荷計算是合適的，以免所選電容過多。補償電力電容器多接成三角形，因每個電容器的無功容量為Qcl＝ωC1U2，當容量一定時，電壓高電容可以小。只有當電容器額定電壓低于網絡電壓時，才考慮接成星形。電容器組還應單獨裝設控制、保護和放電設備。電容器組的放電設備必須保證在電容器與電網的聯接斷開時，放電一分鐘后電容器組兩端的殘壓在65V以下，以保證人身安全，一般1000V以上的電容器組用電壓互感器作為放電設備。

靜止補償器是近年來的一種動態無功功率補償裝置，它是將電力電容器與電抗器并聯起來使用，電容器發出無功功率，電抗器吸收無功功率，兩者結合，再配以適當的調節裝置，能夠平滑地改變輸出(或吸收)無功功率的靜止補償器，能滿足動態無功補償的需要，與同步補償機比較，運行維護簡單，功率損耗小，能做到分相補償，以適應不平衡的負荷變化，對于沖擊負荷有較強的適應性，在我國電力系統中得到了廣泛應用。

3無功補償方式

無功補償就補償方式來說分為高壓補償和低壓補償，高壓補償通常是在變電所高壓側進行，對補償點前端的無功功率進行補償，對后端的負載及線路起不到補償作用，低壓補償可直接補償配電線路和負載的無功功率，補償效果較為理想。

3.1高壓補償，高壓補償主要是針對變電所主變壓器和一些高壓負荷，可集中補償也可分散補償，補償裝置獨立設室，保證通風良好，充分發揮補償裝置的效率。因此應根據負荷的變化，安排、設計好變電所的無功補償容量，運行中在保證電壓合格和無功補償效果最佳的情況下，盡可能使電容器投切開關的操作次數減少。

3.2低壓補償，低壓補償有集中補償，分散補償和就地補償。

集中補償是將電容器裝設在用戶專用的變電所內，對無功進行統一補償，對負荷比較集中，距離變電所近，無功補償容量較大的場合采用較為合適。優點是可以補變電所母線、受電線路的無功損耗，負荷變化能對母線電壓起一定的調節作用，便于管理、維護、操作及集中控制。缺點是它只減少裝設點以上線路和變壓器因輸送無功功率所造成的損耗，而不能減少用戶內部通過低壓線路向用電設備輸送無功功率所造成的損失。

分散補償是將電容器組按低壓配電網的無功負荷分布分組裝設在相應的母線上，或者直接與低壓干線相連接，形成低壓、電網、內部的多組分散補償方式，適合負荷比較分散的補償場合。分散補償的優點是對分散的用戶，有利于無功負荷的就地平衡，減少配電網絡和配電變壓器中無功電流的損耗和電壓的損失，使線損顯著降低，負荷不變的條件下增加網絡的輸出容量。缺點是裝設的電容器無法分組，則補償容量無法調整，運行中可能出現過補償或欠補償，補償設備的利用率較集中補償方式低，安裝分散，給維護管理帶來不便。

就地補償是就地補償用電設備(主要是電動機)所消耗的無功功率，將電容器組直接裝在用電設備旁邊，與用電設備的供電回路并聯，以提高供電系統的功率因數，從而獲得明顯的降損效益。優點是無功電流與附近的用電設備相互交換，不流向網絡其它點，在網絡中無功電流的無功損耗和電壓損耗小，被補償網絡最經濟，在配電設備不變的情況下可增加網絡的供電容量，導線截面可相應減少，適應性好。缺點是對于電網內公用負荷與集中補償和分散補償相比，補償相同容量的無功負荷所需的補償電容器總容量和補償裝置總數量增加，投資增大，補償裝置利用率較低。

4無功補償容量的配置

變電所安裝電容器，其主要作用是補償變壓器的無功損耗及配電線路前段的無功負荷及無功損耗，同時可以進行調壓。變電所電容器的補償容量按主變壓器額定容量的10％-15％來配置，根據變電所的負荷性質和調壓要求，確定合理的無功補償容量。

配電線路是電力網的重要組成部分，配電線路上電容器容量的確定，應按

最大限度地降低無功損耗的原則來考慮，要根據無功負荷情況采取分散補償的方式進行補償。

參考文獻

[1]《工廠供電設計》李宗綱，劉玉林，施慕云，韓春生等著，吉林科學技術出版社.

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關鍵詞：無功功率補償裝置, 功率因數, 補償方式

中圖分類號：TM933文獻標識碼： A

我公司現有35KV變電站1座，總裝機容量63MVA，下設6KV低壓配電室7座，其中400V 低壓配電室23處。現變電站內基波無功補償容量為10Mvar，在正常運行過程中無功補償的投切依據僅依靠功率因數進行投切，對無功的浪費較大。為扭轉由于無功的大量浪費，造成有功功率的大量損失，在2003年經過與北京電力科學院電力電子公司的協商，在滿足補償我公司煉鋼生產過程中產生的感性無功的前提下新上一套容量為60Mvar的無功動態補償裝置，通過近兩年的運行經驗來看，補償效果良好，功率因數指標能夠控制在0.85～0.92之間。在此有必要就無功補償裝置的選擇方面做一下簡單的介紹（以低壓無功補償裝置為例）。

眾所周知合理的選擇無功補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡的損耗使電網質量提高，反之如選擇和使用不當，可能造成供電系統電壓波動，諧波增大和有功功率的大量損耗等諸多因素，危害電網的安全運行。

一、低壓無功功率補償裝置，一般采用自動補償方式。按投切方式可進行如下分類：

1、延時投切方式

這種投切依靠于傳統的接觸器動作，當然用于投切電容的接觸器是專用。它具有抑制電容的涌流作用。延時投切的目的在于防止電容不停的投切，導致供電系統振蕩，這一危險情況的出現。這種補償方式是通過補償裝置的控制器，檢測供電系統的物理量，來決定電容器投切的這個物理量，這種物理量可以是功率因數或無功電流或無功功率，是我們常用的一種補償方式。

2、瞬時投切方式

瞬時投切方式是電力電容器件與數字技術綜合的技術結晶。即我們所說的動態補償，實際就是在半個周波至1個周波內完成采樣計算，在下個周期到來前，控制器已經發出控制信號了，通過脈沖信號通知投切執行元件，即晶閘管導通。投切電容器組大約20－30毫秒內完成一個全部動作，作為一種新的補償裝置有著廣泛的應用前景。

其動作原理是當控制器采集到需要補償的信號發出一個指令（投入一組或多組電容器的指令）此時由觸發脈沖去觸發晶閘管導通，相應的電容器組也就并入線路運行。晶閘管的導通條件必須滿足其所在相的電容器端電壓為零，以避免涌流造成元件的損壞，也就是說電力電子器件控制的無功投切是無涌流投切；當控制指令撤消時，觸發脈沖隨即消失，晶閘管零電流自然關閉，關斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值，必須由放電電阻盡快放電，以備電容用以投入。用于控制電容器投切的元器件可以用單相晶閘管、并聯的雙向晶閘管，也可選適合容性負荷的固態接觸器。元件的耐壓及額定電流要選擇合理。這種補償方式其最主要的制約因素是用于投切控制的元器件的散熱方式及冷卻方式。我公司現上無功動態補償裝置的冷卻方式選用水冷內循環，各晶閘管的運行溫度能夠控制在40～50℃之間。

在低壓無功功率補償裝置的應用方面，選擇延時速是瞬時的補償方式。要依電網的狀況所定。首先要對所補償的方式性質有所了解，對負荷較大且變化較快的工況。如電焊機、電動機的方式應采用瞬時的補償方式；對于相對穩定的負荷可采用延時補償方式，也可使用瞬時的補償方式。一般電焊工作時間均在幾秒鐘以上。電動機啟動也在幾秒鐘以上。而瞬時補償的響應時間在幾十毫秒。按40ms考慮則從40ms到5秒鐘之內是一個相對穩態過程，瞬時補償能完成這一過程。

二、無功功率補償控制器

無功功率補償控制器按照采樣方式可分為三類，即功率因數型、無功功率型、無功電流型。選擇哪一種物理控制方式實際上就是對無功功率控制器的選擇。控制器是無功補償裝置的指揮系統，是進行采樣運算、發出投切信號、參數設定、測量、元件保護等功能的一個核心裝置。現在對上述所說的三種補償裝置簡單的進行一下介紹：

1、功率因數型控制器。

功率因數用cosφ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當cosφ＝1時，就是說明線路中沒有無功損耗，提高功率因數并減少無功功率和無為有功功率的損耗是這類控制器的最終目標，這種控制方式也是傳統的方式，采樣控制較易實現。這種采樣方式在運行中既要保證系統穩定和無振蕩現象出現，又要兼顧補償效果。對于這種補償方式很重要的一點就是如何進行參數設定，只能在現場視具體情況將參數整定在一個較好的狀態下進行工作，既使參數調整的較好，也無法彌補這種補償方式自身的缺陷，尤其是在負荷較重的環境中，例如：設定投入門限cosφ=0.95（滯后）此時工作環境為重負荷，既使此時的無功損耗很大。無功缺額很大，再投電容器組也不會出現過補償。但cosφ只要不小于0.95，控制器就不會再有補償指令，也就不會有電容器投入。故不推薦使用這種補償方式。

2、無功功率（無功電流）型控制器。

這種方式可完善的解決功率因數型的缺陷，一個良好設計的無功型控制器，它是智能化的，有很強的適應能力，能兼顧線路的穩定性、檢測和無功補償的效果，并能對補償裝置進行完善的保護及檢測。這種補償裝置可實現如下功能：

四象限操作、自動和手動切換、自識別各路電容器組的功率，可根據負荷自動調節切換時間，具有諧波過壓報警及保護，可防止線路發生諧振，具有過電壓保護、低電流報警，可檢測所補償系統的電壓、電流畸變率，顯示電容器功率、顯示cosφ、U、I、S、P、Q及頻率。

由以上功能可以看出其控制功能非常強大。由于是無功型控制器，也就能夠將補償裝置的效果發揮到極至。此時既使在重負荷的情況，負荷發出的無功功率已經相當大，那怕cosφ已達到0.99（滯后）也可根據要求再投入一組，使補償效果達到最佳。

3、動態補償的控制器

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關鍵詞 無功功率；補償裝置；設計選用

中圖分類號TM715 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）86-0132-02

0引言

由于電網中大量非線性負載的使用，造成了系統電壓升降、電能損失、功率因數降低、諧波干擾等問題，嚴重危及電力系統的安全經濟運行。國家“十二五”規劃明確指出，將“依托信息、控制和儲能等先進技術，推進智能電網建設”，而電能質量和功率因數是智能電網的重要因素。世界各國對電力用戶的用電功率因數都有要求，并按功率因數的高低給予獎懲。因此，合理選用無功功率補償裝置對電力系統有著重要的意義。

1 補償原理

造成功率因數低的主要原因是電網中的感性負荷，其無功電流相位滯后電壓90度，由于容性負荷的無功電流相位超前電壓90度，與感性無功電流的相位差180度，因此可用容性無功電流抵消感性無功電流，縮小功率因數角。一般情況下，可用電容器來補償負荷產生的無功電流。電容器價格便宜，易于安裝，到目前為止仍是我國主要的無功補償器件。

2 無功功率補償方式的選擇

根據投切容量的變化可分為穩態補償和動態補償。穩態補償主要是安裝固定容量補償負載變化相對穩定的補償方式，多采用并聯電容器進行。將電容器組與負載并接，同時投切。優點：投資和線路損耗減少、安裝容易、維護簡單、故障率低等。

動態補償則根據負載的變化隨時切換補償量進行補償，動態補償裝置用于急劇變動的沖擊負荷，如煉鋼爐等，主要由補償器件電抗器和電容器、控制器、投切開關等組成，控制器采集電網的電壓、電流量等參數，進行運算，再根據參數設定值發出投切指令。投切開關器件主要有一代普通交流接觸器、二代電力電子元件（如晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管）、三代復合開關（將可控硅與接觸器并接）。電力電子元件控制，應用較廣泛 。復合開關具有可控硅過零投切的優點，又具有接觸器無功耗的優點，是較先進的控制方式[1-2]。投切開關參數選擇應遵守《低壓并聯電容器裝置使用技術條件》（DL/T 842-2003）標準的規定，否則很易損壞。該標準規定： 對于半導體開關電器和復合開關電器，額定電流（有效值）應不小于2.5倍單組電容器額定電流選取。機械開關電器額定電流額定電流（有效值）應不小于2倍單組電容器額定電流選取。

并聯電容器裝置的設備選型應遵守《并聯電容器裝置設計規范》GB50227-95的要求，根據電網諧波水平、補償容量及擴建規劃等因素進行確定。

施耐德公司針對低壓配電系統中的諧波污染程度的不同，提供了不同的無功補償方案，根據如下公式選擇：a= Gh /Sn 。a-諧波污染率，Sn-變壓器視在功率，Gh-產生諧波設備的視在功率（整流/變頻、中/高頻、電弧爐、電焊機等）[3]。

4結論

無功補償是電網優質、安全、經濟運行的一項重要技術措施。本文重點對電容補償的容量計算、容量修正、補償方式選擇進行了探討，并通過大量的工程驗證了實效性，僅供同行們在以后的設計中參考。

參考文獻

[1]田艷兵.礦山井下供電系統無功功率因數與節能[J].煤礦機械，2010，6.

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關鍵詞：無功功率補償；電容器；電抗器；調諧型；

中圖分類號： TM53 文獻標識碼： A 文章編號：

引 言

隨著各種電力電子設備等非線性負荷的大量使用，同時用戶節能意識的增強和對電能質量問題的日益關注，無功功率補償裝置作為電能質量治理設備，成為電力系統中越來越重要的電氣設備。作為低壓配電系統中設計比較復雜的無功功率補償電容柜，正確的產品設計選型和安裝，對提高設備使用壽命，以及節約電能具有重要意義的。

在系統中安裝無功補償裝置的必要性和作用

工業生產廣泛使用的交流異步電動機、電焊機、電磁爐等設備都是感性負載，這些感性負載在進行能量轉換的過程中，使加在其上的電壓超前電流一個角度，這個角度的余弦COS￠叫做功率因數。當功率因數即無功功率很大時，會有以下危害：1）增大線路電流，使線路損耗增大，浪費電能；2）因線路電流增大，一旦輸電線路較遠，線路上的電壓降就大，電壓過低就可能影響設備正常使用；3）對變壓器或者發電機而言，無功功率大，變壓器或者發電機輸出的電流也大，往往是輸出電流已達額定值，這時負荷若再增加就需要多加一臺變壓器或發電機，浪費資源；4）月平均功率因數，工業用戶低于0.92，普通用戶低于0.9，若低于此項要求，將要被供電管理部門處于不同額度的罰款。

無功補償的主要作用就是提高功率因數以減少設備容量和功率損耗，穩定電壓和提高供電質量，在長距離輸電中提高系統輸電穩定性和輸電能力以及平衡三相負載的有功和無功功率。安裝并聯電容器進行無功補償，可限制無功功率在電網中傳輸，相應減少了線路的電壓損耗，提高了配電網的電壓質量，無功補償應根據分級就地和便于調整電壓的原則進行配置。

補償容量、類型的選擇

一般情況下，設計時可根據變壓器容量的20%~40%選擇無功補償容量。

補償類型的關鍵選型依據是系統的諧波污染程度，由于配電系統中非線性負載越來越多的被使用，其帶來的諧波污染問題日益嚴重，而無功補償電容器是配電設備中受諧波危害最大的設備之一，諧波不僅會造成電容器過載，補償乏值降低，縮短使用壽命，還可能造成電網諧波，發生嚴重的電氣事故，另外，不正確的補償類型選擇還會造成諧波放大，進一步加劇配電網諧波污染程度。因此，必須根據諧波污染程度選擇正確的無功補償類型。

首先將配電系統簡化，將系統簡化為變壓器（容量Sn），所有非線性負載總容量（容量Gh），將Gh/Sn的比值，即非線性負載占系統容量的比例作為補償類型的選型依據：（1）當Gh/Sn≤15%時，表示系統諧波污染程度較輕，推薦補償類型為標準型無功功率補償。一般400V配電系統采用415V的電容器。（2）當15%＜Gh/Sn≤25%時，表示系統諧波污染程度較嚴重，推薦補償類型為過諧型無功功率補償。過諧型無功功率補償方案采用比電網高一等級的電容器，如400V配電系統采用450V或480V的電容器。注意，當采用過諧型無功功率補償電容器時，電容器將降容，降容系數為：K=（Vn/Vr）2，Vn為電網電壓等級，Vr為電容器標準電壓等級。例如：一臺480V,30kvar的電容器相當于一臺400V,21kvar的電容器，30kvarX(400/480)2=21kvar。（3）當Gh/Sn≥25%時，表示系統諧波污染程度嚴重，推薦補償類型為調諧型無功功率補償。調諧型無功功率補償方案由調諧電抗器和過諧型電容器組成。由于調諧補償方案采用了電抗器與電容器串聯，而電抗器與電容器的電壓方向正好相反，所以電容器的端電壓實際上被抬升。以阻抗比為12%的調諧方案為例，電容器實際端電壓Uc=400/(1-12%)=454V,所以必須采用480V電容器以防止過壓。需要注意的是，調諧型和過諧型電容的降容計算有所不同。這里以電抗器阻抗為12%，要求實際補償容量為300kVar的調諧補償方案為例，按單步實際補償30kVarX10路設計，步驟1：計算不考慮串聯電抗器時補償30kvar容量所需的480V電容器容量Q1，Q1*(400/480)2=30kvar,Q1=43.5kvar;步驟2：再考慮電抗器，計算出實際補償30kvar容量所需的480V電容器容量Qc, Qc= Q1*(1-12%)=38.3kvar。結果：本系統按單步30 kvar設計10路，每步電容器為38.3 kVar/480V,電抗器為30 kVar/阻抗12%。（4）當Gh/Sn≥50時，建議使用有源濾波設備。

當電抗器所工作的電網中，諧波總畸變率在4%以下，可以只考慮限制電容器投切過程中的合閘涌流，電抗器的電抗率可選：K=(0.1~1)%。當K≤0.1%時，可安裝在電容器外殼內。當0.1%《K≤1%時，可選用XD型電抗器。這種電抗器是單相結構，在安裝時，注意一，安裝在B相的電抗器，進出線次序與A、C相相反，以免互相影響。注意二，它對3、5次諧波電流略有放大。

當電抗器所工作的電網中，諧波總畸變率在4%以上，應先通過諧波檢測儀表查明該電網的主要諧波含量，然后再合理確定K值。如果電網背景諧波為5次及以上時，這時應配置電抗率為（4.5~7）%。一般用電抗率為6%的電抗器。要注意的是，6%的電抗器，抑制5次諧波效果好，但對3次諧波有明顯的放大作用。如果電網原來3次諧波含量就接近容忍值，就要注意選擇電抗率K偏離6%少許。比如選K為4.5%的電抗器對3次諧波放大輕微。

如果，電網背景諧波為3次及以上時，這時應配置電抗率為12%的電抗器。從材料的價格上分析，在同樣電壓電流情況下，K值越高，其端電壓也越高，電抗器的電抗和電感也大，即K值越高，價格也高些。所以，如果3次、5次、7次及以上諧波含量都超標需要治理時，建議用一部分K為7%的電抗器，用一部分K為12%的電抗器。

保護元件的選擇

當采用斷路器作為主保護時，熱保護整定值設定：

（1）1.36In-適合標準型無功功率補償

（2）1.5In-適合過諧型無功功率補償

（3）1.12~1.31In-適合調諧型無功功率補償，電抗率越大，系數越小

（4）短路保護為10In

當采用熔斷器作為主保護時，一般選擇1.5In

支路保護熔斷器的選擇

1.6In-適合標準型和過諧型無功功率補償

1.5In-適合調諧型無功功率補償

支路保護中不能采用微型斷路器，因為微型斷路器的分斷能力太低，動作時間也沒有熔斷器快。

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關鍵詞： 鐵路供電系統 功率因數 無功功率補償

中圖分類號：U223文獻標識碼： A 文章編號：

1. 引言

許多鐵路用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。 在功率三角形中（如圖1-1所示），有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數cosφ，其計算公式為：

cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2 （1-1）

圖1-1 功率三角形

在鐵路電力網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。2. 影響功率因數的主要因素

首先是大量的電感性設備，如鐵路機務段、車輛段、聯合車庫等大型車間中異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據有關的統計，在鐵路大型車間所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。

其次，變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而，為了改善鐵路供電系統的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。

再者，供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10％時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110％時，一般無功將增加35％左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使鐵路供電系統的供電電壓盡可能保持穩定。

對于鐵路供電系統，輸電線路距離遠且高速鐵路多為全電纜線路，空載或輕載時線路電容的充電功率是很大的，通常充電功率隨電壓的平方面急劇增加，巨大的充電功率將增大線路功率和電能損耗以及引起自勵磁、工頻電壓升高，還將增大線路的功率和電能損耗，同期困難等問題。

3. 無功補償的一般方法

鐵路供電系統通常采用的無功補償方法有3種：低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹這3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點。

3.1 低壓個別補償:

低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機)的無功消耗，以補勵磁無功為主。

低壓個別補償的優點：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。 3.2 低壓集中補償：

低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。

低壓補償的優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

3.3 高壓集中補償：

高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在鐵路10kV配電所的高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數，避免功率因數降低導致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。

4. 采取適當措施，設法提高鐵路供電系統自然功率因數

提高自然功率因數是指不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經濟的提高功率因數的方法。

4.1 調整加工工藝，改善設備的工作狀況，使電能得到最好的利用

電動機、變壓器等電感性負載，勵磁無功功率在滿載和輕載時變化不大，而輕載時有功功率較小，所以功率因數較低。此時可以采用小容量電動機代替負荷不足的大容量電動機；或者將電動機的定子繞組由Δ形改接成Y形，減少無功功率。還應限制感應電動機空載運行。

4.2 提高異步電動機的檢修質量

4.3 合理選擇配電變壓器容量，改善配電變壓器的運行方式

根據變壓器的最佳負荷系數合理選用變壓器，將變壓器進行更換及調整，在負荷小的時候切除部分變壓器，這樣可以減少無功功率的需求量，使自然功率因數得到提高。配電變壓器易選擇d，yn11接線方式，以消除三次諧波影響，提高電壓質量和功率因素。

4.4條件允許時，用同等容量的同步電動機代替感應電動機

5. 無功電源

鐵路供電電力系統的無功電源有并聯電容器、并聯電抗器、靜止無功補償器等，這些裝置又稱為無功補償裝置。

5.1 并聯電容器

通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，可視為向電網發出無功功率：Q=U2/Xc（5.1-1）其中：Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。 并聯電容器本身功耗很小，裝設靈活，節省投資；由它向系統提供無功可以改善功率因數，減少由發電機提供的無功功率。

5.2 并聯電抗器

并聯電抗器主要是用來吸收電纜線路的充電容性無功的。可以通過調整并聯電抗器的數量或者改變電抗器鐵蕊偏磁調節電感量來調整運行電壓。鐵路10kV系統主要采用分組式投切電抗器或磁閥式可控電抗器。

磁閥式可控電抗器根據直流偏磁特點可以分為4種控制方式：（1）高壓自勵磁，高壓端控制方式。電抗線圈與勵磁線圈共用。（2）高壓自勵磁加低壓外勵磁混合方式。電抗線圈與勵磁線圈共用外，加低壓外勵磁繞組。（3）高壓外勵磁，低壓端控制方式。電抗線圈與勵磁線圈共用，可控的直流偏磁電流通過隔離變壓器注入高電位的勵磁線圈。（4）低壓外勵磁，低壓端控制方式。可控的直流偏磁電流直接通過外施電源注入單獨的低壓勵磁線圈。鐵路一般采用高壓自勵磁方式，電抗線圈和勵磁線圈共用，通過改變鐵心磁導率（原理如圖5.2-1所示），實現電抗值的連續可調且響應時間短（如圖5.2-2圖5.2-3所示），其內部為全靜態結構，無運動部件，工作可靠性高，不會過補和欠補（如圖5.2-4所示）。

圖5.2-1磁控電抗器原理接線圖

圖5.2-2 快速勵磁響應時間實測

圖5.2-3 快速退磁響應時間實測

圖5.2-4補償效果實測

分組式投切電抗器是將電抗器分成幾個組，利用對系統無功功率的取樣，自動控制開關分組投切電抗器，其調節方式是離散式的。分組投切式電抗器采用機械動作原理（如圖5.2-5所示），結構相對簡單，檢修不復雜，另外鐵路供電電力系統除10kV配電所設置集中高壓補償外，貫通線也分散設置定容電抗器進行補償，負載變化不大，設置分組投切電抗器相對成本低。但分組投切式電抗器開關投切時產生的涌流過大，一般在7倍左右，威脅設備的安全，另外為離散式調節方式，組別設置不當容易產生過補、欠補和引起電壓波動（如圖5.2-6所示）。

圖5.2-5主接線圖

圖5.2-6 分組投切式電抗器補償效果曲線圖

某高鐵配電所分組投切電抗器實測數據（5.2-7）

5.3 靜止無功補償器 靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速，而且通斷次數也可以不受限制。當電壓變化時靜止補償器能快速、平滑地調節，以滿足動態無功補償的需要，同時還能做到分相補償；對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有較強的適應性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。 6. 結束語 綜上所述，隨著鐵路建設的快速發展，鐵路用電設備日益增多，為了節約能源和提高鐵路供電系統質量，應根據具體情況進行無功補償以提高功率因數，這對鐵路用電設備是十分有益的。

參考文獻:

篇6

關鍵詞：煤礦；井下供電系統；無功功率補償技術

由于煤礦的井下供電網絡線路長度較大，導致電網的負荷量較大，用電設備將長期處于低功率運行的狀態下，從而導致電能受到極大的浪費和損耗。這種情況在中央變電所的供電系統中尤為常見。無功功率補償技術的應用能夠提高供電系統中的功率因數，從而降低電網的負荷和電能的損耗，改善供電的條件，提高供電的質量。因此，無功功率補償技術在供電系統中具有良好的應用前景，特別是在煤礦的井下供電系統中具有良好的節能作用。

1 煤礦井下供電系統的特點

煤礦井下供電系統的運行條件較為惡劣，井下的環境陰暗潮濕，經常會引起電纜等設備受潮的現象。井下供電系統通常是使用電纜來連接各個用電設備，用電線路中的負荷變化性較大，容易對線路造成較大的損壞。此外，井下的電纜巷道相對較窄，當巷道中出現礦車傾倒或巖石掉落的問題，將會引起電纜的極大破壞，從而影響井下的正常供電。在井下采礦的過程中，所需的用電設備較多，電氣設備長期處于過載運行的狀態中。而一些大功率的用電設備采用的都是全壓直接啟動的方式，在啟動的瞬間，急速增加的電流會導致線路中的電流達到額定電流的10倍以上。在這種情況下，線路中的電壓會急速下降，若電網的安全保護裝置設置不合理，將極有可能導致電網出現大面積的停電故障。

我國的煤礦井下供電網絡主要采用中性點不接地的系統。在這種系統中，一旦出現金屬相接地的現象，用電器仍然能夠正常的運行，但未接地的兩端電壓會出現相對升高，這很容易引起用電事故。因此，當出現一相接地的現象時，用電系統是不能長期運行的，必須在2小時之內切斷電源，只有這樣才能防止事故的進一步擴大。

2 煤礦井下無功功率存在的危害

煤礦井下供電系統中存在的大量感性負荷會消耗大量的無功功率，從而導致電路中電壓的損耗和電能的損耗增加。一些無功負荷還會造成電壓的劇烈波動，導致電網的供電穩定性遭到破壞，一些設備出現開機困難的問題，甚至被燒毀。這種作用在一些大功率的用電設備上表現更為明顯。

3 井下使用無功補償的意義

煤礦井下用電系統采用無功補償的意義主要體現在四個方面。

首先，補償無功功率可以降低無功損耗，從而起到節約電能的作用。井下供電系統采用無功功率進行補償后，可以提高電能的利用率，其實質就是節約了能源。其次，無功功率能夠提高電網中的功率因數。按照就近原則，無功功率可以抵消電網中的感性無功電流，從而起到提高功率因數的作用，使其達到國家對電網的標準。再次，無功功率可以提高變壓器的利用率和電網的負載能力。無功功率在電網中起到了承載容量的作用。這有效地分擔了電網線路中的負載，使得變壓器的容量使用率也有所下降。在進行無功補償后，變壓器的無功功率輸出減少，實際的工作功率近似于有功功率，這就提高了功率的利用率，降低了電路中的無功電流，提高了線路的承載力。最后，無功功率補償還可以穩定電網中的電壓。當井下電網中存在較多的無功功率時，電網中電壓的波動較大。在補償了無功功率后，電網電壓的穩定性得到了更好的保障，二次電壓波動的現象得到了較好的控制。

4 無功功率自動補償裝置的工作原理

無功補償技術的原理就是通過能量之間的轉換來實現容性設備無功功率的補償。井下電網在運行的過程中會產生大量的感性負荷，這些感性負荷的存在會導致無功功率受到一定的損耗，從而導致電網中的電壓和電流出現不同的相位，產生的相位差被稱為功率因素角。在電路中將具有容性功率負載的裝置和感性負載裝置進行并聯，就能使兩者相互吸收所釋放的能量，從而完成能量的轉換，低效率電流和電壓之間的相位差，從而提高了無功功率。

5 無功補償技術的主要類型

5.1 就地無功補償

就地無功補償是指在用電設備的周圍直接并聯一個電容器，從而在電路中形成與電動機的回路并聯。這種補償方式在低壓電網中使用的較多。在這種補償方式中，主要采用的設備有晶閘管和機械開關。兩者都可以作為電路中的投切開關來使用。電容器的自動投切則由就地電壓傳感器來控制。在電網運行的過程中，電容器為電機提供無功負荷，這樣能夠減少能量交換的距離，將線路的電路控制在最小的范圍內。在電路不變的情況下，線路的損耗和電流呈正比，就地無功補償的方式能夠起到良好的節能效果。

5.2 分散無功補償

分散無功補償是在變壓器的低壓端并聯一個電容器，以此來達到增強支路功率的作用。在此情況下，電路中的電流和電能損耗都能得到有效的降低。

5.3 集中無功補償

集中無功補償的方式是將電容器并聯在變電站降壓母線的一段。這種補償方式的優點在于能夠對電路電壓實現良好的控制，在自動投切的實現上也更加容易，能量的利用率高，電網更易維護，電網、變壓器和線路中的無功負荷能夠得到有效的控制。但這種方式也有一個缺陷，就是不能降低電網支路中的無功負載和能量的損耗。

6 無功補償技術在煤礦供電系統中的應用

6.1 降低供電線路的功率損耗

在三相供電網絡中，線路功率的損耗主要是以熱損耗的形式產生的。煤礦井下供電系統的功率通常較低，采用無功補償的方式能夠將自然功率進行顯著提升。在電路負載穩定的情況下，電路中的功率損耗能夠得到有效控制。

6.2 提高線路的供電能力

供電網絡在經過無功補償后，線路的負載電流能夠得到有效的降低，所需電纜的橫截面積也有相應的下降。因此，經過無功補償后的電路節電的效果十分顯著，供電能力也有了極大的提高。

6.3 減少供電線路電壓的損失

在電路中安裝無功補償裝置后，線路上只需要有較小的電流進行完成電能的正常傳輸，這樣能夠將線路中的電壓損失降到最低，并且提高電壓的穩定性，對用電設備而言，工作的負荷也有了相應的降低。

7 結束語

無功補償技術在煤礦井下供電系統中的應用能夠有效地降低電網中的電能損耗，提高供電的穩定性和質量，能夠更好地確保煤礦企業的經濟效益，供電的安全性也能夠得到更好的保障，因此，無功補償技術在煤礦產業中具有良好的應用前景。

參考文獻

[1]樊英，張麗，薛鐘兵，等.基于V2G的無功功率補償技術[J].電網技術，2013（2）：67-68.

篇7

關鍵詞：節能減排無功功率就地（末端）補償

1．概述

在中小型工廠企業中，絕大部分用電設備是三相異步電動機，是感性負載，需要從電力系統中吸收無功功率，當有功功率需要量保持恒定時，無功功率需要量的增大將引起以下極不良的影響：

 電流的增大，使電力系統中的元件，如變壓器、電器開關設備的容量和導線截面增大；

 電流的增大，使設備及供電線路的能量損耗大大地增加；

因此，工廠企業內部要消除以上不良影響，就要降低無功功率需要量，即提高功率因數。一般中小型工廠企業降低無功功率需要量，提高功率因數的主要方法是：采用人工電力電容器補償。

2．就地補償技術優勢明顯、可產生巨大的效益

下面以某萬噸紙廠的打漿工段作為分析計算的依據，對低壓集中補償與就地補償進行比較，以點帶面可以分析計算出一個造紙廠的節能情況。為了避免繁瑣，將計算過程略去，只列出結果。

2.1無功補償一次投資比較

低壓側集中補償容量與投資：按要求功率因數需補償到cosФ2=0.95、tgФ2=0.329，

補償容量為：QC=αP30(tgФ1-tgФ2)=191 kvar（α為年平均有功負荷系數，取0.75；P30為計算負荷，經計算為512 kW；經計算自然功率因數cosФ1=0.771、tgФ1=0.773）

根據補償容量為191 kvar，集中補償需選用一塊主屏和一塊輔屏，投資約為2.6萬元。

此式與集中補償相差一個系數α,這是因為集中補償相互間可利用，而就地補償則為一對一的補償，即此系數為1，即就地補償容量大于集中補償容量。

總補償容量為:QC=∑QC(i)=266 kvar

就地補償電容器參考價為：60元/ kvar，投資為1.596萬元。

采用就地補償后，本車間無功補償一次投資可節約2.6-1.596=1.004萬元。

2.2 線路電流比較

下面對就地補償前后各設備的額定電流I、I’和計算電流I30、I30’進行比較。采用就地補償后，各設備的額定功率不變，但無功功率得到了補償，即無功功率減少了，所以流進設備線路的額定電流、計算電流就減少了。

補償前：I--由手冊直接查出；補償后：I’=S’/ Ueη

補償前：I30=S30/ Ue； 補償后：I30’= S30’/ Ue

線路電流的減少量在9.4%~23.3%之間。

2.3 線路投資比較

由線路電流比較可知補償后各設備的額定電流和計算電流都得到了不同程度的減少，因此可降低導線截面，從而線路投資可得到降低。

2.4 功率及能量損耗的比較

在線路規格不變的情況下，由于線路電流的減少，線路的功率損耗和能量損耗也會相應減少。

功率損耗：下面只比較補償前后線路功率損耗之差：

ΔP=Δp-Δp’=3I302R -3I30’2R

（Δp、Δp’--補償前后線路功率損耗, I30、I30’--線路補償前后的計算電流， R=R0•L --線路電阻，R0--線路的單位電阻，由手冊查得）

各線路補償后功率損耗的減少量計算結果分別見圖2-1。

ΔP1L=0.456 kW；ΔP2L=0.303 kW

總功率損耗的減少量為：ΣΔPi=2.342 kW

能量損耗：紙廠一般每天生產24小時、每年生產約330天，則每年可節約電能：W=ΣΔP•t=2.342X24X330=18549kWh

電費按0.6元/ kWh計，則每年可節約的電費為：

18549X0.6=11129元

2.5 全廠估算

下面用單位功率法來進行全廠的粗略估算，某萬噸紙廠的總裝機容量為4684/933kW(使用/備用)，而打漿工段裝機容量為640.2/115kW(使用/備用)：

（1）無功補償一次投資：備用設備也需要安裝補償裝置，估算時應采用系數②，所以采用就地補償后全廠可節約線路一次投資為：7.44 X1.004=7.47萬元。

（2）線路一次投資：備用設備也需要線路投資，估算時應采用系數②，所以采用就地補償后全廠可節約線路一次投資為：7.44X2.7488=20.451萬元。

（3）節約電費：備用設備正常時不投入，估算時應采用系數①，所以采用就地補償后在線路不變的情況下，全廠可節約電費：

7.32X11129=81464元=8.15萬元。

3．結論

從上面的分析、計算、比較可得出以下結論,采用就地補償后,可產生巨大的社會效益和企業效益,一個萬噸紙廠：

(1)無功補償一次投資可節約7.47萬元

(2)線路一次投資節約20.451萬元；

(3)在線路不變的情況下、運行費用可得到降低，每年可節約電費8.15萬元；

(4) 在線路不變的情況下、節約電能效果顯著，每年可節約電能約13.58萬度電；

(5)由于電流的減小，使線路截面，開關、設備、變壓器等的容量得到降低，節約了有色金屬消耗量；

(6)由于電流的減小，增大了設備、線路的供電能力；延長了設備、線路的使用壽命；

(7)由于電流的減小，降低了電壓損失，提高了供電質量；

篇8

關鍵詞：無功功率補償諧波危害低壓無源濾波低壓有源濾波

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

前言：

近年來，隨著全球工業化進程的不斷加快，對地球環境的污染和破壞也空前加劇。為此，在全世界范圍內掀起了環境保護的熱潮，電力系統也是一種“環境”，也面臨著污染，公用電網中的諧波電流和諧波電壓就是對電網環境最嚴重的一種污染。

1996年10月08日水利電力部了文號為電力工業部令第8號《供電營業規則》國家法律法規。《供電營業規則》受電設施建設和維護管理中規定：“無功電力應就地平衡。”“除電網有特殊要求的用戶外，用戶在當地供電企業規定的電網高峰負荷時的功率因數，應達到下列規定：100千伏.安及以上高壓供電的用戶功率因數為0.9以上；其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉售電企業，功率因數為0.85以上；農業用電，功率因數為0.8。凡功率因數不能達到上述規定的新用戶，供電企業可拒絕接電。”供電質量與安全供用電中規定：“電網公共連接點電壓正弦波畸變率和用戶注入電網的諧波電流不得超過國家標準GB/T14549-93的規定。”若不滿足要求，“供電企業可中止對其供電。”

一、無功功率補償和諧波的簡述

1.1無功功率補償介紹

無功功率對供電系統和負荷的運行都是十分重要的，電力系統網絡元件的阻抗主要是電感性的。在電力系統中，粗略的說，為了輸送有功功率，就要加送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當寬的范圍內可以實現，而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內實現。不僅網絡元件消耗無功功率，大多數負載也需要消耗無功功率，網絡元件和負載所需要的無功功率必須從網絡中獲得。顯然，如果這些無功功率都是由發電機提供并經過長距離的傳輸是不合理的，也是不可能的，所以最合理的方法是需要消耗無功功率的地方進行無功功率補償。

1.2無功功率對公用電網的影響

增加設備容量

增加設備及線路損耗

使線路及變壓器的電壓降增大，電壓產生劇烈波動，供電質量嚴重降低。

1.3無功功率補償的作用

提高供用電系統及負載的功率因數，降低設備容量，減少功率損耗。

穩定受電端及電網的電壓，提高供電質量。

在長距離輸電線路中可以改善輸電系統的穩定性，提高輸電能力。

1.4補償方式

根據系統負載情況的不同和需要達到的補償效果的不同，按照電容器安裝的位置不同，無功功率補償方式分為三種：

（1）集中補償（2）分組補償（3）就地補償

補償容量示意圖

1.5補償容量的計算

如果已知負荷的有功功率P和補償前的功率因數cosΦ1中，現將功率因數提高到cosΦ2中，所需補償的無功功率Q可按下式計算：

1.5.1低壓集中補償

需補償的無功功率：

上式中：P-負荷的有功功率，千瓦；

cosθ1-補償前負荷的自然功率因數；

cosθ2-補償后負荷要求達到的功率因數；

1.5.2電機就地補償

需補償的無功功率：

上式中：P-負荷的有功功率，千瓦；

cosθ1-補償前負荷的自然功率因數；

cosθ2-補償后負荷要求達到的功率因數；

η-電機的效率；

1.5.3電容器額定電壓

在380V電網系統中，本公司建議使用450V電壓等級產品，以適應中國國情的電網。也是今后加裝電抗器的需要，串聯電抗器后電容器兩端電壓升高，電容器額定基波電壓Un=Uo（系統基波電壓）（1-λ），λ為電抗率。

2.1諧波定義

供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅里葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）A稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波，稱為非諧波或分數諧波。諧波實際上是一種干擾量，使電網受到污染。電工技術領域主要研究諧波的發生，傳輸，測量，危害及抑制，其頻率范圍一般為2≤n≤50。

2.2諧波源

用戶向公用電網注入諧波電流的電氣設備或在公用電網中產生諧波電壓的電氣設備，統稱諧波源。

常見的諧波源主要有：換流設備、電弧爐、鐵芯設備、照明設備、某些生活日用電器等非線性電氣設備。

2.3諧波的危害

使旋轉電機效率降低，發熱增加，并且由于集膚效應，在轉子表面形成環流，造成局部發熱，縮短使用壽命。

變壓器由于諧波電流產生大的附加損耗，引起過熱，從而使絕緣介質老化加速，導致絕緣損壞。諧波電流還能引起變壓器鐵芯的磁滯伸縮和噪聲。

諧波易引發并聯電容器的過載發熱，易構成諧波諧振，當諧波電壓與基波電壓峰值發生疊加時，易引起電容器介質的局部放電，同時縮短并聯電容器的絕緣壽命。

斷路器由于諧波的存在會降低熱元件的發熱動作電流，斷路器的開斷能力降低，當存在嚴重的諧波電流時，某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作。

電子設備受到諧波干擾易誤動作。

繼電保護由于諧波引起的相位變化會產生誤動或拒動。

諧波對通信線路、信息線路產生噪聲，甚至造成故障。

2.4電力系統抑制諧波的措施

為了把諧波對電力系統的干擾（污染）限制在系統可以接受的范圍內，我國和國際上分別頒布了電力系統諧波管理暫行規定和IEC標準，明確了各種諧波源產生諧波的極限值。

電力系統抑制諧波的主要措施有：

2.4.1在補償電容器回路中串聯一組電抗器如果對應某次諧波有Xin-Xcn=0即發生諧振，其諧波電流、電壓都趨于無窮大。為了擺脫這一諧振點，通常在電容器支路串聯電抗器，其感抗值的選擇應使在可能產生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗而不是容抗，從根本上消除了產生諧振的可能性。

2.4.2裝設由電容，電感及電阻組成的單調諧濾波器和高通濾波器。

單調諧濾波器是針對某個特定次數的諧波而設計的濾波器，高通濾波器是為了吸收若干較高次諧波的濾波器。應裝設濾波器的類型、組數及其調諧頻率（濾波次數）可由具體計算決定。

2.4.3增加整流相數

高次諧波電流與整流相數密切相關，即相數增多，高次諧波的最低次數變高，則諧波電流幅值變小。一般可控硅整流裝置多為6相，為了降低高次諧波電流，可以改用12相或24相。當采用12相整流時，高次諧波電流只約占全電流的10％，危害性大大降低。

2.4.4當兩臺以上整流變壓器由同一段母線供電時，可將整流變壓器一次側繞組分別交替接成Y型和型，這就可使5次、7次諧波相互抵消，而只需考慮11次，13次諧波的影響，由于頻率高，波幅值小，所以危害性減小。

二、無功功率補償和諧波抑制的設置

現階段，低壓電力電網中，無功功率補償和諧波抑制主要分三種方案：（一）低壓無功功率補償裝置，（二）低壓無源濾波補償裝置，（三）低壓有源濾波補償裝置。

（一）低壓無功功率補償裝置

1.1無功補償的基本原理：

電網輸出的功率包括兩部分;一是有功功率;二是無功功率。直接消耗電能,把電能轉變為機械能,熱能,化學能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱為有功功率;不消耗電能;只是把電能轉換為另一種形式的能,這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件,并且,這種能是在電網中與電能進行周期性轉換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電容器建立電場所占的電能。

電流在電感元件中作功時,電流滯后于電壓90°.而電流在電容元件中作功時,電流超前電壓90°.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180°.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。無功補償的具體實現方式：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

1.2低壓無功功率補償的功能特點：

（1）結構簡潔，操作方便，運行安全可靠；

（2）模塊化結構，隨著企業的發展，無功補償容量不足時，可隨時增加模塊進行擴容；

（3）裝置補償方式靈活，依據實際需求可以選擇三相補償、分相補償、混合補償，達到

補償最佳效果；

（4）采用智能型控制，容量相同的電容器按循環投切原則，容量不同的電容器按適補原則投切，具有循環休息功能；

（5）裝置能夠有效改善電能質量，提高功率因數，降低電能功耗，節能效果明顯。

（二）低壓無源濾波補償裝置

2.1無源濾波的基本原理：

無源濾波的本質是阻抗分流。濾波器由濾波電容器和濾波電抗器串聯組成，并調諧在某個特定的諧波頻率。濾波器對其所調諧的特征次諧波來說呈現一個低阻抗通路，分流掉對應的大部分諧波。無源濾波在滿足濾波效果的同時可以滿足無功補償要求，因此濾波裝置的分組及電氣元件的參數需要精確的計算及選型。

2.2低壓無源濾波裝置的功能特點

（1）即能治理諧波又能補償無功，治理后諧波達到國家標準要求，并可節約電費開支10~30%。

（2）濾波效率高，可濾除3、5、7、11、13等各次特征諧波，諧波濾除率可高達60~75%。

（3）快速跟蹤系統負荷無功變化，實時動態響應投切，系統響應時間≤10ms。

（4）采用先進的設計手段，可濾除大部分諧波電流、降低諧波電壓畸變率、抑制諧波危害、具備防止諧波放大的功能，避免系統諧振。

（5）改善電壓質量，減小負載引起的電流沖擊，減少電壓波動和抑制電壓閃變，提高系統穩定性。

（6）有效降低系統損耗，功率因數可提高到0.96以上，使用戶線損降低可提高配電變壓器的承載效率，經濟效益明顯。

（三）低壓有源濾波裝置

3.1有源濾波的工作原理

有源濾波裝置由諧波電流檢測回路、補償電流控制電路和驅動電路三個主要部分組成。諧波電流檢測電路實時監視線路中的電路，并將模擬電流信號轉換為數字信號，送入高速數字信號處理器(DSP)對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流控制電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，實現濾波功能。

3.2低壓有源濾波裝置的功能特點

（1）濾波范圍廣，可同時濾除2~50次諧波或選擇2~50次內任意次數諧波進行補償。

（2）響應速度快，可以1ms內檢測到諧波的變化，對階躍變化的諧波完全補償時間小于10ms(1/2周波)。

（3）諧波濾除率高，采用全數字控制方式，可迅速、精確消除諧波，諧波消除率在95%以上。

（4）具有補償諧波，同時補償無功和負載三相電流不平衡三種工作模式。

（5）自動消除諧振，不受電網阻抗和系統阻抗變化影響。

（6）單相動態注入電流，不受系統不平衡的影響。

（7）設計選型簡單，不需要進行詳細的電網分析，只需要測量諧波電流的大小。

三、綜述

諧波抑制和無功功率補償是涉及電力電子技術、電力系統、電氣自動化技術、理論電工等領域的重大課題。由于電力電子裝置的應用日益廣泛，使得諧波和無功問題引起人們越來越多的關注。同時，也由于電力電子技術的飛速進步，在諧波抑制和無功補償方面也取得了一些突破性的進展。我們在設計過程中要準確合理地根據工程的具體情況選擇好諧波抑制和無功功率補償的原器件或成套裝置。

參考文獻:

[1]王兆安，楊君，劉進軍，王躍.諧波抑制和無功功率補償（第二版），北京：機械工業出版社，2005.10

[2]工業與民用配電設計手冊（第三版），北京：中國電力出版社，2005

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關鍵詞：電力系統網絡；無功控制；補償器；控制電抗器

中圖分類號：TM472 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2011）33-0059-02

在電力系統中，無功功率的平衡對于保證電網安全、可靠、經濟運行極為重要，對于高電壓、長距離輸電線路更是如此。由于傳統并聯電抗器SR（Shunt Reactor）的功率不能夠自動連續平滑調節，故不能很好地滿足超高壓長距離輸電網無功平衡的需要。而對于靜止晶閘管補償器STC（Static Thyristor Compensator），由于其技術復雜、造價昂貴、維護困難而沒有得到大量使用。磁飽和式可控電抗器MCR（Magnetically Controllable Reactor）具有功率自動連續平滑調節的特點。但是MCR具有諧波含量高，響應速度慢得缺點。

CSRT不僅可以用于電網的無功控制，而且由于響應速度快，也可以用于電網過電壓限制和用作快速消弧線圈，可應用于負荷功率變化大的線路中起到穩定和調整電壓的作用，近年來，CSRT做為柔流輸電系統家族中的重要成員，由于具有諸多優點而被廣泛研究。

一、CSRT的構成及其等效電路

CSRT相當于具有高短路阻抗的三繞組變壓器如圖1（a）所示：

變壓器一次繞組接入電網，二次繞組（控制繞組）串接晶閘管控制模塊，三次繞組（補償繞組）內并聯接入3、5、7次LC濾波器。

濾波器由串聯的電容器和電感線圈組成，選擇其參數時應使得在相應高次諧波發生諧振，因此：

； （1）

其中 K――高次諧波次序號，

則在工頻電壓下，各次濾波器的等效電抗值為：

顯然，由于K>1，濾波器等效電抗為負值，則其等效阻抗具有容抗特性。由此可見，此控制電抗器不僅僅可以吸收輕載輸電線路的剩余無功，還可以通過改變濾波器電容的參數來實現對重載輸電線路提供所需的補償無功功率。

CSRT在工頻電壓下的等效電路圖（圖1（b））其中：

（3）

，，――不同繞組短路時CSRT的等效電抗（角標1對應系統繞組，2――控制繞組，3――補償繞組，其中角標第二個數字表示對應繞組短路時）。

通過在一次繞組和二次繞組之間裝設第三補償繞組，其短路電抗參數則具有以下關系（不考慮補償繞組的厚度）：

（4）

――位置系數，其值變化范圍從0.5到0.8受補償線圈的裝設的位置影響。

二、CSRT工作原理及參數計算

現在來分析一下當晶閘管觸發角分別為90°和180°時的工作狀況：

當觸發角為180°時二次繞組相當于開路，容性電流（）通過一次系統繞組傳遞到電力系統，其

值為：

（5）

――控制補償器必需的額定等效電抗（在感性工作方式下），――額定容性功率相對于額定感性功率的比值。

由此可以得到所需要的等效容抗值：

（6）

現在我們來討論當晶閘管觸發角為90度的情況（相當于二次繞組在短路狀態）：此時在系統繞組中將通過額定感性電流：

（7）

由此可以得到感性工作方式下的額定電抗值：

（8）

這樣，通過提高濾波器電容的容量實現了控制補償器在容性工作狀態下對容性電流的調整（可達到100%）。通過在二次側控制晶閘管的觸發角在180°～90°之間變化，可以使得控制補償器所提供的電流從額定容性電流變化到額定感性電流（～）。圖2為CSRT的電流相對值和晶閘管觸發角之間的關系曲線，由圖可見，當晶閘管觸發角在某一個角度時，必然使得容性電流和感性電流大小相等，相互抵消，這時控制補償器不提供任何電流給系統。感性電流和容性電流在內部相互補償（此時一次繞組中電流為0）。

在印度BHEL公司（г. Бхопал）所屬的變壓器廠進行了在CSRT基礎上實現容性補償的實驗，試驗一次側額定電壓11kV，容量為2Mva，=0.67，3個并在補償繞組中的電容分別為720、360、180μF，這次試驗完全肯定了上述分析的正確性。當控制繞組斷開時，在額定電壓下，CSRT提供容性電流為105、40和17A（）。當控制繞組短路時，CSRT提供感性電流為96、99和104A（額定電流為105A）。此項實驗驗證了上述理論實現的可能性，也為CSRT的廣泛應用提供了實踐依據。

三、結論

這種變壓器式靜態無功控制功率補償器的優

勢是：

1．一次側繞組可以不需要經過斷路器而直接接入高壓線路。

2．只需要提高一定的電容容量就可以實現較寬的無功功率范圍（從吸收額定感性無功功率到發出額定容性無功功率）。

3．晶閘管模塊裝設在二次繞組中，降低了對晶閘管模塊的絕緣特性要求，降低了成本。

參考文獻

[1] 田銘興，勵慶孚．變壓器式可控電抗器的諧波分析和功率級數計算[J]．中國電機工程學報，2003，23（8）．

[2] 陳伯超，田翠華，梁柏華，等．單相可控電抗器的一種諧波抑制原理及實現[J]．中國電機工程學報，2002，22（3）．

[3] Г.Н. Александров，Управляемый шунтирующийреактор трансформаторного типа. Электротехника 1996，67（10）.

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關鍵詞：無功功率；方法；配電網規劃；應用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.157

0 引言

在我國目前的電力工程之中，在電網當中針對用電設備進行使用之時，除了會對有功功率進行使用以外，還需要消耗無功功率。基于這一因素，在我國電力網絡當中，電力部門為了可以更加合理化、科學化的對用電設備功率進行限制，便需要對其所消耗的無功功率進行合理的補償，由此才能滿足電力系統當中針對無功功率的基本需求。而在配電網的規劃工作當中，有關部門需要甄選出效果理想、成本合理的方法來對用電設備進行無功率補償。

1 關于無功功率的概念

所謂無功功率，就是指在規定的時間當中，在電氣設備內部所生產的能量，同時在無電磁能量的狀況下，給予電源設備帶來感應電流。在理想狀況當中，無功功率不會主動消失，它會在電源和電氣設備當中開展電磁轉化。由性質的角度進行分析，無功功率則可以被分成感性與容性兩個種類。詳細地說，電容器裝置設備的損耗，便是容性無功功率，而電動機裝置當中的損耗便屬于感性無功功率。在中國現有的電力工程之中，針對感性無功功率和容性無功功率的判定，有著十分重大的意義。這是因為在配電網絡當中，含有很多的電感配件，這些電感配件會在很大程度上對無功功率進行損耗，因此，在配電網規劃的過程之中，需要使用有效的辦法針對無功功率開展合理的補償，由此保障我國電力工程在運行過程中的穩定以及安全。

2 我國電力工程常用的無功功率補償方法

一般情況下，在我國配電網絡當中所采用的無功功率補償方法主要有變電站集中補償、低電壓集中補償、桿上無功補償以及用戶終端分散補償等方法，本文針對這些方法進行逐一的介B。

2.1 變電站集中補償法

電力部門需要將配電網絡當中的無功功率進行平衡，可以在變電站當中開展集中補償，在此種方法下，無功功率補償的主要作用便是對配電網當中的功率因數進行改變，增加終端變電站上的電壓強度，對主變壓器當中的的無功損耗開展補償。相關補償設備一般是連接在10千伏的母線當中。這種補償方法有著管理方便、維護簡單以及成本投入較低等一系列的優點，但是針對配電網絡當中的損耗控制很難發揮出有效的作用。

2.2 低電壓集中補償法

當下，低電壓集中補償法是我國使用頻率最高的一種無功補償方法，該方法是在配電變壓器的低電壓一端開展無功功率的補償。在使用低電壓集中補償法時，補償設備按照用戶的用電多少的變化，投入對應數量的電容器開展跟蹤補償。該種補償方法最為主要的作用是增強專業變壓器使用者的功率因數，完成無功功率在電能使用地點的就地平衡，不但針對配電變壓器與配電網絡的損耗有很好的控制效果，同時也可對電力使用者的電壓水平進行保障。該補償設備一般是按照功率因數或者無功功率開展電容器的自動投切。該種補償方法所遵循的原則盡管對于保障用戶的用電質量有很大的幫助，但是在操作的過程當中，無功功率的投切量往往和現實要求存在有很大的差異，由此導致在配電網絡當中，無功功率補償過大或者補償量不足的狀況時有發生，使得電力系統的正常運行受到嚴重影響。

2.3 桿上無功補償法

在我國的配電網絡當中，存在有大量的公共變壓器沒有開展無功補償，無功功率的受補償率受到了很大程度的影響，這直接導致我國配電網絡當中有很大的無功功缺額必須要憑借發電站或者變電站來進行補充，讓大量無功功率必須憑借供電線路進行傳輸，大幅度增加了配電網絡的損耗程度。基于這一現狀，供電部門需要將10千伏外界并聯電容器配置在架空的電線網絡的桿塔上開展無功補償，以求增強配電網絡當中的功率因數，實現減小損耗增加壓強的效果。因為在桿塔上所安裝的并聯電容器和變電站之間存在有很遠的距離，所以十分容易產生資金投入過大，保護裝置不易安裝、日常維護投入精力過大等缺點，并受外界環境因素對電力工程造成干擾等問題。在配電網絡處在輕載狀態時，電力部門又必須要杜絕配電網絡線路發生電壓超負荷或者過量補償等情況。所以，在塔桿上所建立的無功功率補償點的數量一定要適當，并且不建議設立分組投切，容量限定也不能過高。

2.4 用戶終端分散補償法

就我國國情進行分析，在城鎮地區，低壓用戶的人均年用電量大幅度上升，煤礦、企業、住宅小區當中對無功功率都有很高的需求量，供電部門直接針對用戶終端開展無功補償，是最合理的減小供電網絡消耗以及保障供電網絡電壓穩定的方法。該種補償方式所存在的弱點為補償地點呈現分散化分布，無法指派專人進行管理，并且負荷波動不在同一時間點的特征讓大量電容器在線路負荷較輕的情況下處于相對空閑的狀態，不能有效發揮這些設備的作用。

3 無功功率補償在配電規劃當中的運用分析

從配電網絡的安全、高效運行作為出發點，無功功率補償在此當中有著十分重要的作用。簡單來講，配電網自身規模越是龐大，在運行過程中就會出現越大的負荷壓力，所以，在電力部門開展配電網規劃的過程當中，需要選擇合理的無功補償方案，來對配電網絡當中的無功功率進行補償，由此使得配電網的運行變得更加安全高效。

3.1 無功功率因數的增加

憑借實際運用和數據分析能夠知道，在我國電力系統之中，若需要把用電設施的無功負荷減小，就必須要正確進行大無功負載量設備的置換工作。通過這一工作的開展，即使維持供電系統之中原來的無功補償設備的數量，仍可以讓電力系統當中的無功功率因數得到增加。并且在配電網絡當中，就可以讓電力運送過程中所出現的損耗進行削弱。根據筆者的工作經驗可以發現，針對各種無功功率數據來講，電動機數據有著極為重要的意義和價值。針對電動機使用過程當中無功功率實際消耗情況進行分析，在不同的外部環境之中，相同設備的無功功率消耗也會存在不同，供電部門應根據這一情況，選擇出對應的補償方案。

例如：在配電網規劃當中，針對高壓用電設備的無功補償，電力部門可以在主變壓器的兩端進行高壓設備的安裝，由此來減小變壓器所造成的無功損耗，同時在一定程度上，把無功功率因數進行提升

3.2 低壓無功功率的補償

在中國目前的電力工程之中，建立在配電網絡當中需要在科學合理的范圍當中進行變低壓補償，該補償方式同樣是使用極為廣泛的一種無功補償方式，在配電網低壓無功功率進行補償時，比較常見的低壓無功補償技術有隨機補償、隨器補償以及跟蹤補償等，在實際針對這些技術進行使用的過程當中，它們往往能夠發揮出不同的效果和作用。

4 結束語

伴隨著我國的快速發展，不管是人們的生活、企業的生產，電力資源都發揮出了不可替代的作用，基于這一現狀，電力部門應保障配電網絡在運行過程中的高效和安全。在當前的配電規劃之中，電力部門需要根據無功功率的損耗狀況，采用合理科學的無功補償技術進行補償，由此保障我國供電網絡的安全使用。本文通過筆者多年的電力部門工作經驗，論述了自己對于無功補償的一些不成熟看法，希望能夠給予同行參考和幫助。

參考文獻：

[1]崔大明，侯慶雷，李超.配電網規劃中的無功功率補償方法探討[J].電子世界，2015（20）：50-51.

[2]黃勇.配電網規劃中無功功率補償方法初探[J].科技風，2015（05）：20.