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前言

在水泥廠最常用的無(wú)功功率補(bǔ)償方法有：變電站補(bǔ)償、隨機(jī)補(bǔ)償和隨器補(bǔ)償?shù)取?/p>

（1）變電站補(bǔ)償：補(bǔ)償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是這種補(bǔ)償方式對(duì)10kV配電網(wǎng)的降損不起作用。

（2）隨機(jī)補(bǔ)償：將電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切的一種無(wú)功補(bǔ)償方式。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償裝置投入；用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償裝置退出。更具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低的特點(diǎn)。適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主，可較好的限制配電網(wǎng)無(wú)功峰荷。年運(yùn)行小時(shí)數(shù)在1000h以上的電動(dòng)機(jī)采用隨機(jī)補(bǔ)償較其他補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)。

（3）隨器補(bǔ)償：將低壓電容器通過(guò)低壓熔斷器接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，維護(hù)管理方便，能有效地補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無(wú)功網(wǎng)損，是目前無(wú)功補(bǔ)償最有效的手段之一。缺點(diǎn)是由于配電變壓器的數(shù)量多、安裝地點(diǎn)分散，因此補(bǔ)償工作的投資比較大，運(yùn)行維護(hù)工作量大。

一、“無(wú)功補(bǔ)償”電容器容量計(jì)算舉例

1.1 電容器的容量計(jì)算

電容器的補(bǔ)償容量，需根據(jù)配變?nèi)萘?、?fù)荷容量、負(fù)荷性質(zhì)、三相電壓平衡度、自然功率因數(shù)、目標(biāo)功率因數(shù)等背景參數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算確定。

（1）對(duì)于35～110kV變電所中電容器裝置的總?cè)萘?，按照無(wú)功功率就近平衡的原則，可按主變壓器容量的10%～30%考慮。并建議10kV側(cè)電容器組分組容量確定為2000、3000、6000kvar。

（2）對(duì)于普通負(fù)荷的公用變的0.4kV低壓補(bǔ)償，可按配變?nèi)萘康?0%～30%進(jìn)行補(bǔ)償。

（3）當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)（如單相負(fù)荷較多），需考慮一定容量的分相補(bǔ)償。

（4）對(duì)于企業(yè)專用變壓器的0.4kV低壓補(bǔ)償，可按配變?nèi)萘康?0%～60%進(jìn)行補(bǔ)償。

（5）當(dāng)補(bǔ)償點(diǎn)處有諧波時(shí)，還要考慮串聯(lián)一定比率的電抗器，以構(gòu)成調(diào)諧支路，濾除線路上的高次諧波。

（6）當(dāng)采用固定補(bǔ)償方式時(shí)，補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)選小些，避免線路輕載時(shí)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)，產(chǎn)生無(wú)功倒送。

（7）當(dāng)采用自動(dòng)補(bǔ)償方式時(shí)，補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)選大些，避免高峰負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)欠補(bǔ)，造成力率過(guò)低。

（8）當(dāng)電容器額定電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓不相等時(shí)，補(bǔ)償容量≠安裝容量，裝機(jī)容量需進(jìn)行修正。

1.2 隨機(jī)補(bǔ)償裝置電容器容量QC的計(jì)算公式

（1）按電動(dòng)機(jī)的空載電流選擇

高壓電動(dòng)機(jī)隨機(jī)裝置電容器容量計(jì)算：

以從電動(dòng)機(jī)樣本中查取；③經(jīng)驗(yàn)方法，對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)，約為額定電流的20%～35%。對(duì)于小容量電動(dòng)機(jī)，約為額定電流的35%～50%（計(jì)算后，應(yīng)該取最小值，帶入計(jì)算）。

建議：兩種計(jì)算方法取得的QC值的結(jié)果可能并不一致，應(yīng)采用較小的數(shù)值。

高壓電動(dòng)機(jī)采用進(jìn)相機(jī)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，也是近年來(lái)應(yīng)用比較多的一種隨機(jī)補(bǔ)償設(shè)備。

與電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式有著本質(zhì)的區(qū)別。電容補(bǔ)償只是在電機(jī)之外的電網(wǎng)上對(duì)電機(jī)的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，無(wú)法改善電機(jī)本身的運(yùn)行狀況；而進(jìn)相機(jī)裝置是串接在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，不僅可顯著提高功率因數(shù)，使電機(jī)定子電流約減少15%~20%左右，而且電機(jī)溫升明顯降低，電機(jī)的效率和過(guò)載能力有一定提高。

二、經(jīng)濟(jì)效果分析舉例

（1）顯著改善電壓質(zhì)量

從（3）式可以看出，越靠近線路末端裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置效果越好。

（2）降低電能損耗

如輸送的有功P為定值，加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后功率因數(shù)由cosΦ提高到cosΦ1，因?yàn)镻=U×I×cosΦ，負(fù)荷電流I與cosΦ成反比，又由于P=I2R，線路的有功損失與電流I的平方成正比。當(dāng)cosΦ升高，負(fù)荷電流I降低，即電流I降低，線路有功損耗就成倍降低。反之當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)從1降低到cosΦ時(shí)，電網(wǎng)元件中功率損耗將增加的百分?jǐn)?shù)為ΔPL%，計(jì)算如下：

③安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，可使發(fā)電機(jī)多發(fā)有功功率。系統(tǒng)采取無(wú)功補(bǔ)償后，使無(wú)功負(fù)荷降低，發(fā)電機(jī)就可少發(fā)無(wú)功，多發(fā)有功，充分達(dá)到銘牌出力。

（4）減少用戶電費(fèi)支出

①可以避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。

②可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無(wú)功功率造成的有功功率損耗，因而相應(yīng)可以減少電費(fèi)的支出。

　三、應(yīng)用說(shuō)明

對(duì)于遠(yuǎn)離配電中心、功率又比較大的低壓電動(dòng)機(jī)采用無(wú)功功率就地補(bǔ)償，就是把電動(dòng)機(jī)所需要的無(wú)功電流局限在電動(dòng)機(jī)設(shè)備的終端，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率就地平衡，使得整個(gè)變配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)都比較高，有效地減少輸配電線路的無(wú)功損耗。

同時(shí)，低壓電動(dòng)機(jī)采用無(wú)功就地補(bǔ)償裝置，還有利于降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)與控制設(shè)備的使用壽命。低壓電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻繁或經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，不宜采用就地補(bǔ)償。

電容器對(duì)電壓變化十分敏感，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓會(huì)使電容器嚴(yán)重發(fā)熱，電容器的絕緣會(huì)加速老化，壽命縮短，甚至發(fā)生電擊穿或熱擊穿；電網(wǎng)電壓一般應(yīng)低于電容器本身的額定電壓，長(zhǎng)期工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓不得超過(guò)1.1倍額定電壓。因此，并聯(lián)電容器裝置必須能在1.05倍額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，并在一晝夜中，在最高不超過(guò)1.1倍額定電壓下允許運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)6h；當(dāng)周圍空氣溫度24h平均最高值低于標(biāo)準(zhǔn)10℃時(shí)，電容器能在1.1倍額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行。根據(jù)調(diào)查，部分水泥企業(yè)的低壓配電電壓經(jīng)常運(yùn)行在420～430VAC之間，這對(duì)電容器的安全運(yùn)行是十分不利的。同時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也是十分不利的，建議加強(qiáng)這方面的管理工作。

四、無(wú)功補(bǔ)償裝置常用的投切方式

（1）延時(shí)投切方式，又稱作“靜態(tài)”補(bǔ)償方式。這種投切方式依靠于專用的接觸器的動(dòng)作，具有抑制電容的涌流作用。延時(shí)投切的目的在于防止接觸器過(guò)于頻繁的動(dòng)作，造成電容器損壞，而更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險(xiǎn)的。

（2）瞬時(shí)投切方式，又稱作“動(dòng)態(tài)”補(bǔ)償方式，實(shí)際就是一套“快速隨動(dòng)系統(tǒng)”，控制器一般能在半個(gè)周波至1個(gè)周波內(nèi)完成采樣、計(jì)算，在2個(gè)周期到來(lái)時(shí)，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號(hào)了。通過(guò)脈沖信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通，投切電容器組大約20~30毫秒內(nèi)就完成一個(gè)全部動(dòng)作，這種控制方式是機(jī)械動(dòng)作的接觸器類無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景。

（3）混合投切方式，實(shí)際上就是將“靜態(tài)”與“動(dòng)態(tài)”補(bǔ)償?shù)幕旌?，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導(dǎo)體器件。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，比單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍，節(jié)能效果更好。補(bǔ)償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補(bǔ)償效果更加細(xì)致，更為理想。還可采用分相補(bǔ)償方式，可以解決由于線路三相不平衡造成的損失。

五、無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方式

以節(jié)能為主者，采用無(wú)功功率參數(shù)調(diào)節(jié)；當(dāng)三相平衡時(shí)，也可采用功率因數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)；為改善電壓偏差為主者，應(yīng)按電壓參數(shù)調(diào)節(jié)；無(wú)功功率隨時(shí)間變化穩(wěn)定者，可按時(shí)間參數(shù)調(diào)節(jié)。

（1）功率因數(shù)型控制器：功率因數(shù)用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當(dāng)cosΦ=1時(shí)，線路中沒(méi)有無(wú)功損耗。提高功率因數(shù)以減少無(wú)功損耗是這類控制器的最終目標(biāo)。這種控制方式是比較傳統(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn)。

（2）無(wú)功功率（無(wú)功電流）型控制器：較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷。智能化的設(shè)計(jì)，有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測(cè)補(bǔ)償效果，并能對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行完善的保護(hù)及檢測(cè)。由于是無(wú)功型的控制器，也就將補(bǔ)償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。如線路在重負(fù)荷時(shí)，哪怕cosΦ已達(dá)到0.99（滯后），只要再投一組電容器不發(fā)生過(guò)補(bǔ)，也還會(huì)再投入一組電容器，使補(bǔ)償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。

（3）用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破鳎簩?duì)于這種控制器要求就更高了，一般是與觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，更重要的是有很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。由于這類控制器也都基于無(wú)功型，所以它具備靜態(tài)無(wú)功型的特點(diǎn)。該類產(chǎn)品的穩(wěn)定性還處于逐步完善中。

六、濾波補(bǔ)償系統(tǒng)

電容器對(duì)高次諧波最敏感，因?yàn)楦叽沃C波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運(yùn)行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過(guò)負(fù)荷而發(fā)熱，并可能發(fā)生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導(dǎo)致電容器過(guò)熱損壞。

電容器對(duì)電網(wǎng)高次諧波電流的放大作用十分嚴(yán)重，一般可將5～7次諧波放大2～5倍，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)接近諧波諧振頻率時(shí)，高次諧波電流的放大可達(dá)10～20倍。因此，不僅需考慮諧波對(duì)電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網(wǎng)設(shè)備，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來(lái)組成諧波濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)要使在工頻情況下呈現(xiàn)容性，以對(duì)線路進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)于諧波則為感性負(fù)載，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸變率。增加電抗器后，要考慮電容端電壓升高的問(wèn)題。

濾波補(bǔ)償裝置既補(bǔ)償了無(wú)功損耗又改善了線路質(zhì)量，雖然成本提高較多，但對(duì)于諧波成分較大的線路還是應(yīng)盡量考慮采用，不能認(rèn)為裝置一時(shí)不出問(wèn)題就認(rèn)為沒(méi)有問(wèn)題存在。很多情況下，采用五次、七次、十一次或高通濾波器可以在補(bǔ)償無(wú)功功率的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行消除。

七、電抗器電抗率的選擇原則

（1）系統(tǒng)中3次諧波含量已超過(guò)或接近于標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，宜選用串聯(lián)l2%～13%的電抗器。

（2）系統(tǒng)中5次諧波含量已超過(guò)或接近于標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，宜選用串聯(lián)4.5%～6%的電抗器。

（3）系統(tǒng)中以3次、5次諧波成分為主，且兩者含量均較大時(shí)，宜采用電抗率為12%～13%與電抗率為4.5%～6%的電抗器混裝方式或采用串聯(lián)3%左右的電抗器。

（4）系統(tǒng)中以3次、5次諧波為主，且含量較小時(shí)，可不串接電抗器；也可選用0.1%～1%的電抗器。

（5）當(dāng)電網(wǎng)中含有多種諧波成分，且都具有較大含量時(shí)，串聯(lián)電抗器的選用，應(yīng)使電容器支路對(duì)于在較大含量的各次諧波中的最低次諧波總阻抗呈感性，此時(shí)該電容支路對(duì)于較大含量的各次諧波均不會(huì)產(chǎn)生放大作用。

（6）當(dāng)電網(wǎng)的背景諧波未知的情況下，電容裝置選用阻尼式限流器，限流器中串聯(lián)電抗器的額定電流按電容器組的最終容量考慮選擇。諧波的防止應(yīng)在諧波源就地治理。