并联电容器在电力系统中的作用

郭 涛，马亦然

（唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305）

并联电容器在电力系统中的作用

郭 涛，马亦然

（唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305）

节约用电，提高电压质量，减少设备投入对节能降耗有着非常重要的意义，本文主要介绍电容器在电力系统中的无功补偿作用。

并联电容器；无功补偿；功率因数

随着我公司生产能力的不断增强，生产规模的不断扩大，电气设备的容量也在不断增加，如何才能保证电气设备在安全、经济、合理的条件下稳定运行，是一个需要解决的首要问题，为此，我公司引入电容器，以此来补偿无功，提高设备有效利用率，达到少投入多产出的效果。

1 功率因数与无功补偿

1.1 有功功率与无功功率

在电力系统中，电网输出的功率包括两部分；一是有功功率；二是无功功率。直接消耗电能，把电能转变为机械能，热能，化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率。不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，它在电网中只是进行能量的周期性转换，这部分功率称为无功功率，如电磁元件建立磁场占用的功率等。

1.2 电气设备在低功率因数下运行的缺点

无功功率的增加，势必会使企业的功率因数降低，所需的无功功率增大，为满足用电的需求，供电线路的变压器容量或发电机容量也将增大。这样，不仅增加供电投资，降低设备利用率，也将增加线路损失。而我公司所用电气设备大多为变压器、电动机等感性设备，势必会造成无功功率的增多，从而使功率因数下降，增加设备投入。

1.3 并联电容器的无功补偿作用

电流在电感元件中作功时，电流超前于电压90°；而电流在电容元件中作功时，电流滞后电压90°。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180°。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能作功的能力，自动补偿无功，降低设备投入。这就是并联电容器的作用，补偿原理如图所示：

图1 无功功率补偿原理图

2 并联电容器的应用

2.1 提高功率因数

以我公司重碱车间配电室为例，由于电器设备感性负载较大无功负荷较多，为满足设备的正常运行，配电变压器提供的无功电流较大，致使配电设备中的总电流加大，从而出现配电室进线母排连接处和隔离刀闸等设备过热现象，严重威胁着电气设备的稳定运行，为解决这一问题，我们决定从无功补偿入手，原重碱1＃变的功率因数为0.752，2＃变的功率因数为0.733，月平均有功负荷为850 k W。为使其提高到0.92左右，我们采用就地集中补偿方法，即在配电室每段母线上连接智能型功率补偿器，以此来提供用电负荷所需的无功，改造以后，配电室进线电流减小200～300 A左右，由此解决了设备由于电流过大而引起的过热现象，相对增加了变压器的容量。电容器补偿前后电流变化见表1：

表1 电容器补偿前后电流变化表（变压器一次电流）

2.2 降低电能损失，改善电压质量

并联电容器除能提高功率因数以外，还有降低电能损失，改善电压质量，减少系统的电压降，同时对提高变压器及线路的利用率也有着十分重要的作用。

利用无功补偿提高远距离线路末端电压。我公司三级泵站6 k V线路长约9.5 km，采用同杆架设双回路供电，架空线规格为GXLJ－120 mm2，由于负荷较大（单回路负荷约为160 A）线损严重，线路末端低压侧电压只有350 V，造成电机启动困难，电流增大，转矩下降。

2011年6月，我们为线路4台高压电机加装了无功补偿装置，投用后将低压侧电压提高到365 V，负荷电流名明显减小，取得了良好的经济效益。

3 电容器补偿容量的选择

按提高功率因数的方法根据提高功率因数向量图可得

QC＝Q1－Q2＝P tgφ1－P tgφ2（kvar）

QC——补偿电容器的容量，kvar；

P——最大负荷月平均有功功率，k W；

tgφ1，tgφ2——为功率因数角的正切值。

4 增加无功补偿应注意的问题

4.1 系统谐波的危害

由于现代化工厂斩波器、变频器等整流设备的大量采用，造成系统的电压畸变。我公司刚进行无功补偿时，曾发生多起电容器引线过热、电容器击穿、接触器烧毁等事故，经分析是由于系统谐波引起谐振造成的，于是在以后的改造中，我们均采用6%串联电抗器，用以抑制谐波。

4.2 过补偿问题

在计算补偿容量时，一定要充分论证，防止产生过补偿，造成系统电压升高，危及电气设备安全。

4.3 过电压的问题

不带串联电抗器的电容器组在投入合闸瞬间，相关的计量仪表或电流互感器二次回路，往往发生绝缘闪络或仪表、继电器损坏、这是由于电容器的合闸涌流产生的过电压造成的。因为电容器的合闸涌流的幅值和频率都可高达电容器额定电流的数10倍。而电流互感器次级仪表和继电器大多为感性，涌流会在互感器二次侧产生很高的感性电压，并联电容器投入时涌流的计算公式为：

式中：ICm——电容器投入时的涌流，A；

Ie——为电容器组额定值的有效值，A；

XC——为电容器组的一相容抗，Ω；

X——为电容器组与电网之间的电抗，Ω；

Sd——为合闸点系统的短路容量，MV·A；

QC——为电容器的容量，kvar。

5 结 语

根据电气系统的具体情况，适当、合理、可靠的采取无功补偿的方式，以降低无功容量所带来的容量损耗，提高配电设备总体利用率。改善电压质量，确保电气系统及设备的正常运行。

［1］ 吕千.进网作业电工培训教材［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1993

［2］ 赵新卫.中低压电网无功补偿技术［M］.北京：电子工业出版社，2010

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