电力网中为什么要进行无功补偿0.docx
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电力网中为什么要进行无功补偿0
目录
一、什么是无功功率？
对无功功率的认识。
二、电力网中为什么要进行无功补偿？
三、如何进行无功补偿？
四、电力网采取的无功补偿方式都有哪些？
五、电力网采取的无功补偿方式都有哪些优缺点？
六、配电网的无功补偿方式有哪几种？
七、各种补偿方式的优缺点?
八、补偿容量如何确定？
优缺点进行对比。
九、电容器组如何分组？
十、常见的10kV线路无功补偿接线方式
十一、电容器组的防雷保护
十二、电容器的简介、构造及作用
十三、电容器的选择
十四、熔断器的选择
十五、负荷开关的选择
1、什么是无功功率？
对无功功率的认识。
答：
无功功率是一交换功率的幅值，反映了内部与外部交换能量的能力大小，即电源与电感与电容之间能量交换的最大值。
（1）电力网在运行时，电源供给的无功功率是用来在电气设备中建立和维持磁场，进行能量的交换的，它为能量的输送、转换创造了必须的条件。
没有它，变压器就不能变压和输送电能，没有它，电动机的旋转磁场就建立不起来，电动机就旋转。
（2）由于无功电力不直接做实际消耗之功，他仅完成电磁能量的相互转换，反映出交流电流电路中的电感、电容和电源之间进行能量交换的规模，因而也就不消耗燃料或水能。
（3）无功功率和有功功率是密切相关的，输送有功电力时需要消耗无功功率，输送无功功率时需要消耗有功功率，无功功率和有功功率都是通过电流传输的，导体中的电流成分既包括无功成分，也包括有功成分。
这个电流通过导体的电阻和电抗时，就会造成无功损耗和有功损耗，还会造成电压降落，直接影响电力网的经济安全运行。
（4）电力系统中的无功损耗包括变压器的无功损耗：
励磁损耗和绕组中的损耗，以及电力线路的无功损耗：
并联电纳和串联电抗。
2.电力网中为什么要进行无功补偿？
答：
在电力系统中，如变压器、电动机等许多工作时需要励磁的设备都需要从电力系统中吸收感性无功功率来励磁工作的，还有输电线路具有分布电容，在电压下将产生容性无功功率，也就是说线路要吸收感性无功。
在电力系统中，发电机是唯一的有功电源，也是为基本的无功电源。
如果我们只依靠发电机来提供无功功率的话，电力系统中之间由于无功功率不断地来回地交换会引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗及功率损失，况且发电机发出的所有功率等于有功功率与无功功率的矢量和，提供的无功功率多时，提供的有功功率就少了，这种运行方式也是很不经济的。
假如系统会用这种方式运行，由于各种变压器、电动机等感性无功负荷离发电机太远，无功功率不断地在这些点之间来回地进行流动，会导致线损增大此时还会增加发电机、变压器及其他电器设备和导线的容量，还会使用户选择控制、测量的规格加大。
何况上述运行方式下，提供的无功功率是很有限的，对于整个电力系统来说，对我功功率的需求是很大的。
当无功功率不足时，会使线路及变压器的压降增大，如果是冲击性无功功率负载，会产生电压剧烈波动，使供电质量严重降低。
比如电弧炉、轧钢机等设备会频繁的无功功率冲击，会使电网电压剧烈波动，甚至是同一电网上的用户无法正常工作。
当电压降落时，会对许多设备的使用产生不良影响。
比如降落过多，电动机可能停止运转，或不能启动。
电压降低，电动机电流将显著增大，绕组温度升高，严重情况下会使电动机烧毁。
3、如何进行无功补偿？
答：
电容电路与电感电路相似，在电容元件与电源之间也有无功功率在进行交换，只是时间上差半个周期，即当电感电路从电源吸收能量的半个周期，恰为电容放电过程，另半个周期则是电感元件向电源送还能量，而电容电路恰为充电过程。
将电容与电感并联起来，电容元件就可以取代电源，与电感进行这部分无功功率的交换。
交流电源是必须有的，它是提供有功功率的。
其实无功功率也是很难做到完全补偿的。
注释：
绝大部分电气设备的等效电路可看作电阻R与电感L串联的电路。
4、电力网采取的无功补偿方式都有哪些？
答：
电力网常用的无功补偿方式包括：
集中补偿方式、分散就地补偿方式和单机就地补偿方式。
a）将补偿电容器直接接在变电所的高压或低压母线上，对该变电所供电范围内的无功功率进行补偿，成为集中补偿方式。
电容器集中装设在企业或地方总降压变电所的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，而且能够提高本变电所的供电电压质量。
b）将电容器接在车间动力箱母线上，对附近的电动机等无功负荷进行无功补偿，相对于在总配电房的集中补偿而言，称为分散就地补偿。
适用于高压配电装置或低压动力装置配电箱附近有比较密集的电动机群。
特别适用于低压4kW及以下的电动机群或相互备用的高压电动机群。
c）将电容器置于电动机附近，对其进行单独就地补偿，称为单机就地补偿方式。
单机就地补偿方式主要适用于年运行时间较长的电动机。
5、电力网采取的无功补偿方式都有哪些优缺点？
答：
集中补偿方式的优点：
这种装设方式与分散补偿方式相比，具有以下优点：
（1）能方便的同电容器组的自动投切装置配套，自动追踪无功功率变化而改变用户的补偿容量，避免在总的补偿水平上产生过补偿或欠补偿，从而使用户功率因数始终保持在规定范围之内。
在这种意义上讲，可使用户达到最优补偿。
（2）集中补偿有利于控制用户本身的无功潮流，避免受电力网的电压变化或负荷变化而产生过大的电压波动。
当电压波动超过允许范围时，可借助自动投切装置调准母线电压水平，以改善电压质量。
（3）电容器组的基本容量是根据用户正常负荷需要确定的，运行时间长，利用率高，补偿效益就高;而且集中补偿方式在运行维护上较为方便，事故率相对减少，相应的提高了补偿效益。
集中补偿方式的缺点：
这种方式只能减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所造成的损耗，而不能减少用户内部通过配电线路向用电设备输送无功功率所造成的损耗。
其降损节电效益必然受到限制。
这也就是说，集中补偿容量再多，起作用仅限于减少变压器本身及以上配电线路的无功损耗。
分组补偿的优点：
（1）分组不常有利于对无功进行内部分区控制，实现无功负荷分区平衡，减少无功功率在变配电站以下配电线路中的流动，使内部线损显著降低。
（2）对于实行分车间考核用电指标的用户，分组补偿有利于分车间加强无功电力管理，提高本车间的功率因数，降低产品单耗和生产成本。
（3）分组电容器的投切随车间总的负荷水平而变化，其利用率较单台补偿高;分组补偿也比单台电动机易于控制和管理。
分组补偿的缺点：
d）不如集中补偿便于管理。
e）如果在车间装设电容器未能分组，则补偿容量无法调整，可能会出现过补偿或欠补偿。
f）如果只进行分组补偿，则用户变压器消耗无功功率必须由车间电容器向上倒送，或由电网输送，显然效果不好。
g）分组补偿的一次性投资大于集中补偿。
补偿方式的选择原则：
以移相电容器为主，全面规划，合理布局，分散补偿，就地平衡，自动控制，集中调节。
集中调节与分散补偿相结合，以分散补偿为主;调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为主;高压补偿和低压补偿相结合，以低压补偿为主。
实现提高功率与降损并重为目的。
6、配电网的无功补偿方式有哪几种？
答：
配电网无功补偿方式主要有五种：
变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。
h）变电站补偿
针对电网无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡电网的无功功率，改善电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。
这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上。
i）配电线路补偿
线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。
线路补偿方式主要提供线路和变压器需要的无功。
线路补偿点不宜过多，控制从简，一般不采用分组投切控制，补偿容量不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。
j）随机补偿
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并联，通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式。
搞好电动机的无功补偿，使其无功就地补偿平衡，既减少了配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。
k）随器补偿
随器补偿是指将将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧，以补偿变压器空载无功补偿方式。
配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配电变压器空载无功是农网负荷的主要部分。
l）跟踪补偿
跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制和保护装置，将低压电容器组补偿在用户配电变压器低压侧的补偿方式。
这种补偿方式部分相当于随器补偿的作用，适用于100kVA及以上的专用配电变压器用户。
7．各种补偿方式的优缺点?
（1）变电站的补偿
优点：
管理容易，维护方便。
缺点：
这种补偿对10KV配电网的降损不起作用。
（2）配电线路补偿
优点：
投资小，回收快，与管理和维护，适用于功率因数低，负荷重的长线路。
缺点：
存在适应能力差，重载情况下补偿不足。
（3）随机补偿
优点：
用电设备运行时，无功装置投入；用电设备停用时，补偿装置退出。
更具有投资少，占地小，安装容易，配置方便灵活，维护简单，事故率低的特点。
适用于：
补偿电动机无功消耗。
以补励磁无功为主，可较好地限制配电网无功峰荷。
年运行小时在1000h以上的电动机实用在随机补偿较其他补偿方式更经济。
（4）随器补偿
优点：
接线简单，维护管理方便，能有效的补偿配电变压器的空载无功，限制农网的基荷，使该部分就地平衡，从而提高配电变压器的利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量，具有较高的经济性，是目前无功补偿的最有效的手段之一。
缺点：
由于配电变压器的数量多、安装地点分散，因此，补偿工作投资比较大，运行维护工作量大。
（5）跟踪补偿
优点：
可较好的跟踪无功补偿的变化，运行方式灵活，补偿效果好，主要适用于大容量、大负荷的配变。
缺点：
费用高，且自动投切装置较随机或随机补偿的保护装置复杂，如有任一元件损坏，则可导致电容器不能投切。
8、补偿容量如何确定？
优缺点进行对比。
答：
（1）按功率因数标准确定补偿容量：
Qc=P（tanΦ1-tanΦ2）
（2）按供电能力要求确定补偿容量
（3）高供高计的用户变压器无功补偿容量的确定
1250kVA的变压器的有功功率：
P=S*cosΦ=1250*0.85=1062.5Kw
按功率因数标准确定的补偿容量：
Qc=P（tanΦ1-tanΦ2）=1062.5*（0.6197-0.3287）=309.19kvar
800kVA的变压器的有功功率：
P=S*cosΦ=800*0.85=680kW
按功率因数标准确定的补偿容量：
Qc=P（tanΦ1-tanΦ2）=197.88*（（0.6197-0.3287）=197.88kvar
所以，1250kVA的变压器的无功补偿容量确定为310kvar，800kVA的变压器的无功补偿容量确定为200kvar。
9、电容器组如何分组？
1分组原则
分组应按照一定的原则，具体针对新建变电所
在系统中的地位、变电所的性质、设置无功补偿的
主要目的、补偿装置所接母线的谐波含量、母线电
压波动等要求进行切合实际的分组。
1）分组装置投切时，不得引起高次谐波谐振，
应避免有危害的谐波放大。
2）投切1组电容器引起所接母线电压的波动
值不超过额定电压的2．5％。
3）应考虑断路器的制造水平，与其切合容性
电流的能力相适应。
4）应考虑设备的制造水平，与单台电容器的
爆破容量以及熔断器的耐爆能量相适应。
5）考虑经济性，宜减少组数，进行大容量集中
补偿。
按照以上分组原则，设计时可具体考虑
为：
1）对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小
容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可
直接与该设备相连接，并与该设备同时投切。
2）配电所装设的并联电容器装置的主要目的
是为了改善电网的功率因数。
此时，为保证一定的
功率因数，各组应能随负荷的变化实行自动投切。
负荷变化不大时，可按主变压器台数分组，手动投切。
3）终端变电所的并联电容器装置，主要是为了
提高电压和补偿主变压器的无功损耗。
此时，各组
应能随电压波动实行自动投切。
投切任一组电容
器时引起的电压波动不应超过2．5％。
4）对于110～220kV、主变压器带有载调压装
置的变电所，应按有载调压范围分组，并按电压或
功率因数的要求实行自动投切。
5）对于3次及以上高次谐波含量较高的电网，
需要在并联电容器装置的各组电容器中分别串联
2．5％～3％、5％～6％或12％～13％的串联电抗
器，并根据需要抑制的谐波电流次数（或限制的谐
波电压次数），有针对性地进行选控。
投切过程中，
不应发生谐波放大现象。
6）每组电容器的容量应保证做到；与串联电抗
器的额定参数相匹配；使断路器能够正常开断；并
尽量不发生重击穿；当避雷器动作后，通过避雷器
的电容器放电量不得超过其允许的通流容量值；当
一台电容器故障时，本组电容健全电容器向故障电
容器的放电能量不得超过单台电容器外壳所允许
的爆裂能量值；使通过放电线
圈的放电能量不得超
过其允许的放电容量值；使各组容量之和应等于或
略大于预想的并联电容器装置的容量，即电网需要
补偿的最大容性无功量等。
2分组方式
当组数确定后，按每组电容量的分配有两种不
同的分组方式。
一种为等容量分配方式，另一种为
非等容量分配方式。
1）等容量分配方式
等容量分配方式就是把总的补偿电容安装容
量Q平均分配到各组。
即设分组数为n，则每组容
量为旦，投入运行时，这种分组方式可以得到（n+
1）种不同补偿容量的组合。
这种分组方式是目前
实际应用较多的一种。
它要求分组断路器不仅要
满足频繁切合并联电容器组的要求，而且还要满足
开断短路的要求。
由于各组容量均相等，所以运行时可以替换。
若控制得当，可使各组电容器组投入运行的时间基
本相等，以保持相同的寿命，相同的设备检修周期。
2）非等容量分配方式
为了使较少的分组数，能得到较多的容量组
合，可采用非等容量分配方式。
设分组数为n，则
每组容量为
对于第n组电容器其电容量最大，但投切该电
容器时引起所在母线的电压波动不应超过2．5％，
即最大一组电容量不应超过
非等容量分配方式的各分组容量之间成级数
关系递增，级差为
从而使并联电容器装置可按不同投切方式得
到多种容量组合，换言之，可用比等容量分组方式
少的分组数目，达到更多种容量组合运行的要求，
从而节约了回路设备数，减少了设备占地，减少了
投资。
虽然非等容量分配方式同等容量分配方式同
样可以向电网提供可阶梯调节的容性无功，且每一
阶梯的无功功率变化幅值相等，但它在改变容量组
合的操作过程中，会引起无功功率较大的变化，并
可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，使得
断路器检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运
行的可能性增加。
因此多年来这种分组方式在运
行的变电所中应用较少，应用范围有限。
随着电力系统的不断发展，大型发电机组日益
增多，同时输电线路的电压等级越来越高，一次电
网输送容量较大，输电距离越来越长，加之越来越
多的配电网使用了电缆线路，线路的充电功率很
大，引起电力系统电容电流的增加，增大了无功功
率。
而另一方面220kV到35kV输配电网供电半径不
断减小，因此，正常情况下变电所消耗系统无功对
母线电压的影响不明显，造成地区或枢纽变电所中
以提高变电所母线运行电压为目的、按照母线综合
无功——电压静特性进行投切的等容量分配方式
的电容器组投入率降低，无功闲置容量大，投资效
益不高。
在这种情况下，对于新建同类型变电所，
在进行无功补偿设计时，应针对补偿节点的具体的
运行状况和运行特点，可考虑选用非等容量分组方
式，增加设备运行的灵活性，以提高无功设备的投
入率，减少电网有功损耗，提高电网电压，增加系统
运行的经济性。
在设备方面，某些SF6断路器已
进行过投切电容电流试验，效果良好，为电容器的
灵活分组提供了条件。
一般情况下，电容器组分为八组。
1250kVA变压器的补偿容量为310kvar，补偿电容器可分为八组：
50kvar的电容器四组
40kvar的电容器两组
20kvar的电容器两组
800kVA变压器的补偿容量为200kvar，补偿电容器可分为八组：
40kvar的电容器两组
20kvar的电容器六组
10、常见的10kV线路无功补偿接线方式
常规情况下，电力电容器在线路上有4种不同的接线方式：
一、三相电力电容器通过跌落式熔断器接入线路；
二、3只单相电力电容器接成星形直接接入线路；
三、3只单相电力电容器通过跌落式熔断器接入线路；
四、3只单相电力电容器尾端接高压熔丝，套熔管100～150mm后接入线路。
（1）单相电力电容器如熔丝选择得当，则一相击
穿时，并不影响其他二相。
而三相电力电容器如一相
击穿，则电力电容器就会报废，同时，第一种接线方
式选用三相电力电容器还需安装1组跌落式熔断
器，增加投资的同时加大了工作量。
（2）第二种接线方式工作可靠性差，当一相电力
电容器击穿后，另二相会因为承受线电压而烧坏，造
成3只电力电容器全部损坏。
同时，电力电容器击穿
也会造成三相短路，导致线路停电。
（3）第三种接线在安装时也需增加1组跌落式
熔断器，安装工作量大，投资也大。
（4）第四种接线具有第三种接线工作稳定、投资
小且安装工作量小的优点。
当一相电力电容器击穿
时该相熔丝已熔断，故障相与其他二相立即分离，同
时熔管脱落，使巡视人员能及时发现故障，并得到妥
善处理。
另外，由于该种接线取消了跌落式熔断器，
不仅节省了投资，还减少了工作量。
因此，安装电力电容器采取第四种接线方式较为恰当。
11、电容器组的防雷保护：
电容器组的防雷保护是人们一直以来不大注意的问题，这是因为在变电站母线或配电线上已装有阀式避雷器，便可认为能够起到防止电容器组遭受雷击的作用。
然而实际情况并不是这样的。
发生雷击电容器的原因，主要是电容器对雷击波较敏感的缘故。
这首先是因为电容器的容抗与频率成反比，频率越高，容抗越小，而其他电器设备的电抗则是相反，又因为雷击波是高次频率，所以电容器很容易吸收雷击波电流；再则就是当雷击波电压低于阀式避雷器的动作电压时，雷击波通过避雷器，一直雷击波越过母线上的避雷器，直奔电容器内部，乃至电容器末端反击，使雷击波成两倍增大，因而将电容器元件击穿，或在套管处引起闪络。
要解决这个问题，用一般的阀式避雷器作为防雷保护效果不好，因为阀式避雷器内部有一个间隙，当电容器组发生操作过电压时，将间隙击穿后，在半个周波内，无法将电容器的电荷放掉，以致在间隙内发生第二次击穿时产生过电压，可能将避雷器套管炸坏。
对此，我们应该采用无间隙的氧化锌避雷器作为电容器的防雷保护装置。
12、电容器的简介、构造及作用
电容器是一种能储存电荷的容器，它是由两片靠的较近金属片，中间隔一绝缘物质组成的。
电容器是依靠他的充放电功能来工作的，电源开关未合上时，电容器两片金属板和其他普通金属板一样，是不带电的。
当开关合上时，电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引，并推送到负极板上。
由于电容器两极板之间隔以绝缘材料，所以从正极板移动来的自由电子便在负极板上堆积起来。
正极板因为电子减少而带上正电，负极板便因为电子逐渐增加带上负电。
电容器两个极板之间便有了电位差，当这个电位差与电源电压相等时，电容器的充电就停止了。
此时若将电源切断，电容器仍能保持充电电压。
电容器由箱壳和芯子组成，箱壳是由薄钢板密封焊接组成，箱壳盖上装有出线瓷套，箱壁两侧焊有供安装用的吊环，一侧装有接地螺栓。
电容器芯子由若干元件和绝缘件组合而成。
元件由作为极板的铝箔，中间夹膜纸复合介质或全膜介质经卷绕而成。
芯子中的元件按一定的串并联方式连接，以满足不同的电压和容量要求。
内熔丝电容器内部每个元件均串有一根熔丝，当某个元件击穿时，与其并联的完好元件即对其放电，使熔丝在毫秒级的时间内迅速熔断，将故障元件切除，从而使电容器能继续运行。
电容器内部设有放电电阻，电容器从电网断开之后能自行放电，一般情况下，10min后即可将至75V以下。
电力电容器的作用：
（1）在输电线路中，利用电力电容器可以组成串补站，提高输电线路的输送能力。
（2）在大型变电站中，利用电力电容器可以组成SVC，提高电能质量。
（3）在配电线路末端，利用电力电容器可以提高线路末端的功率因数，保障线路末端的电压质量。
（4）在变电站中的中、低压各段母线装设的电力电力电容器，可补偿负荷消耗的无功功率，提高母线侧的功率因数。
13、电容器的选择：
并联电容器与电网相连时，其额定电压应与电网电压相符合。
在三相供电系统中，单相电容器的额定电压与电力网的电压相同时，在正常情况下，将其接成三角形，以获得较大的补偿效果。
这是因为如果改用星形接法，其相电压为线电压的1/根3倍，又因为Q=U2/XC，其无功出力为三角形的1/3倍。
还有三角形接线电容器的绝缘水平与电网额定电压的电压等级一致，使用中绝缘无需加强。
以及不存在中性点漂移问题。
综上所述，电容器应该选内部接线为三角形的。
14、熔断器的选择：
目前普遍采用RN1型熔断器保护电容器组。
最理想的熔断器能使一台电容器内部部分元件短接后，箱壳未爆破前熔断器及时熔断，避免事故扩大。
保护单台电容器的熔断器其熔断特性既满足安装地点的短路容量要求，又要使熔断器整定电流必须与被保护电容的额定电流相匹配，这样才能保证在电容器箱壳爆破之前即行熔断。
国际电工委员会对电容器的技术要求：
（1）在选用熔断器的配合下，当电容器击穿后，电容器箱壳爆破的几率不得超过10%。
（2）熔断器必须承受住电容器的安全电压、电容器动作引起的不平衡电压和可能遇到的过度过电压。
（3）熔断器应能负担1.43倍额定电流值（即1.1X1.3In=1.43In），不致熔断。
（4）熔断器亦应能负担合闸时不超过100倍额定电流值（有效值）的涌进电流峰值。
熔丝额定电流选择表
单台电容器额定电流
熔丝额定熔断电流
<2
2~10
10~25
>25
5Ic
2.5Ic
2Ic
1.65Ic
熔丝选配表
额定电压（kV）
容量（kvar）
6.3
10.5
10
11
12
13
14
22
23
24
25
30
40
50
75
100
200
2.5
2.5
2.5
3.5
3.5
5
5
5
7
7
10
12
-
25
45
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
3.5
3.5
3.5
3.5
5
5
7
10
-
25
根据上表可知：
20kvar的电容器，单台电容器额定电流为1.5A，选配的电熔丝额定熔断电流为5Ic=5X1.5=7.5A；40kvar的电容器，单台电容器额定电流为5A，选配的电熔丝额定熔断电流为2.5Ic=2.5X5=12.5A；50kvar的电容器，单台电容器额定电流为7A，选配的电熔丝额定熔断电流为2.5Ic=2.5X7=17.5A.
选择电容器时应注意的事项：
（1）产品外观。
注意产品外观是否完整，有无碰损，以及生产厂家的名牌、厂址、质保卡、合格证、说明书等是否齐全。
（2）标牌数据。
例如，额定容量kVA、电容量F、电流是否正确，应用F表测量电容量，并用兆欧表测量绝缘电阻，抽样检查电容器的耐压是否符合国家标准。
（3）电容器的介质要求。
尽量选
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