电容器投切对无功补偿的影响

于起媛 张晓峥 任建军 王国泉

(国网北京平谷供电公司，中国 北京 101200）

在电路中接入电容可以为设备提供无功功率，提高功率因数。由于我们的设备不可能是纯容性或纯感性的，且设备运行的状态也是不可预知的，如开、关机，或开机时不同工作状态所需要的无功功率都不相同。当补偿器提供的无功功率大于设备所需时，也会对电网造成极大影响。所以我们需要适时的调整无功功率的补偿来匹配设备所需的无功功率，即电容组投切方式。

1 无功在供电系统中的影响

1）接在电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的，我们最常见的变压器就是通过磁场才能改变电压并且将能量送出去，电动机才能转动并带动机械负荷。电容器在交流电网中接通时，在一个周期内的，上半周期的充电功率和下半周期的放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。

2）无功功率增大，即供电系统的功率因数降低将会引起：

（1）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。若设备的功率因数降低，在保证输送同样的有功功率时，无功功率就要增加，这样势必就要在输电线路中传输更大的电流，使得此输电线路上有功功率损耗和电能损耗增大。

（2）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电气设备、导线等容量增大，从而使用户的起动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。

（3）功率因数过低还将使线路的电压损耗增大，结果负荷端的电压就要下降，甚至会低于允许偏移值，从而严重影响异步电动机及其它用电设备的正常运行。特别在用电高峰季节，功率因数太低会出现大面积地区的电压偏低，将给油田的生产造成很大的损失。

（4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用，因为发电机或变压器都有一定的额定电压、额定电流和额定容量，在正常情况下，这些参数是不容许超过的，若功率因数降低，则有功出力也将随之降低，使设备容量不能得到充分利用。

2 减少无功，提高功率因数的方法

2.1 提高自然功率因数

自然功率因数是指未装设任何补偿装臵的实际功率因数。提高自然功率因数，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高。

①合理选择用电设备的规格、型号；②防止用电设备轻载运行；③保证用电设备的维修质量；④合理选择变压器的型号、容量。

2.2 人工补偿提高功率因数

并联电容器、并联电抗器、串联电容器、串联电抗器、同步补偿器、TCR、TSC、SR等，目前，在油田变电站中，提高自然功率因数，减少无功，可能性不大，是因为变电站建站初期，设备的选型、设计决定了自然功率因数的提高。而人工补偿提高功率因数，在不增加投资的情况下，并联电容器是应用最直接、最明显的无功补偿技术方式，也是油田变电站现有条件下，能够做到的。

3 并联电容器补偿

并联电容器是目前国内外应用最为广泛的无功功率补偿装臵，其优点是：投资省，运行经济，结构简单，维护方便，容量可以任意选择，适应性强。

3.1 并联电容器提高功率因数的原理

在电力系统中感应电动机约占全部负荷的50%以上，在电力系统的用户中还存在着大量无功源如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等，因此总电流I将滞后电压一个角度，如果将并联电容器与负载并联，则电容器的电流IC将抵消掉一部分电感电流IL使总电流减小，功率因数提高，这就是并联补偿的原理。

并联电容器补偿无功不仅减小了网络的有功损耗，还提高了电网的传送能力和负荷侧的功率因数。在负荷侧安装并联电容器，不仅能改变网络中的无功分布，提高负荷侧的功率因数，还可以达到调压的目的。

3.2 补偿容量和电容器台数的确定

式中，Qcc为补偿容量；P 为平均有功负荷，P=αPc或 Wα/t，Pc为负荷计算得到的有功计算负荷，α为有功负荷系数，Wα为时间t内消耗的电能；tgφ1为补偿前平均功率因数角的正切值；tgφ2为补偿后平均功率因数角的正切值。

3.3 并联电容器组的接线

并联电容器的接线一般可分为△形和Y形。△形不受三相电容器容抗不平衡的影响，可补偿不平衡负荷。但当电容器等发生短路事故时，短路电流大，可选用的继电保护方式少。采用Y形接线时，不仅设备故障时短路电流较小，继电保护构成也方便，而且设备布臵清晰，但对3n次谐波没有通路，故广泛用于6kV及以上并联电容器组。

4 电容器补偿的投切方式

4.1 变电站常规开关投切

电容器采用开关投切的无功补偿，不能根据无功需求的变化进行自动补偿，导致低谷时段电压偏高电容器无法投入运行，造成较大线损。

4.2 补偿装臵动态投切

实现对电力系统电压和无功补偿的动态控制、提高功率因数有以下意义：

（1）维持监视点的电压水平；

（2）实现系统中无功的最优分配，保证系统的安全经济运行；

（3）提高系统的稳定性。

采用模拟量或微电脑功率因数检测，通过中间继电器（或固态继电器）接通断路器，控制补偿电容器投入或切除。但存在的很多问题：

（1）会产生很大的合闸涌流和电压闪变，甚至引起系统振荡；

（2）断开弧光大；

（3）补偿电容器及接触器易损坏，一年后90%以上不好用。

4.3 无功自动调节装置

采用特殊的自耦调压器通过调节电容器两端电压来改变无功出力，满足系统对容性无功的要求，达到提高功率因数减少线损的目的。

由电压调节器、微机控制器、电容器三部分组成。而它的微机控制器是将主变高压侧电流电压按九区图有理分析判断，发出指令自动调节电容器端电压和主变分接开关使功率因数及电压都在合格范围内，并且能够解决低谷时段电压偏高电容器无法投入的问题。和其他电容器无功补偿投切方式相比有以下优点：

（1）电容器固定接入不分组投切即或有九档输出，容量从100%-36%额定无功容量。

（2）调切过程无过电压和涌流可保证电容器和系统安全运行。

（3）可保证电容器运行在额定电压以下延长电容器使用寿命。

中区供电公司110kV辛四变6kVⅡ段母线采用无功自动调节装置，在电容前串入电压调节器，电压调节范围60%-100%额定电压，容量为2000kVar，电压等级为6kV。

经过现场运行表明：

（1）采用无功自动调节装臵可有效地提高变电站的功率因数，达到0.93以上。

（2）在满足提高功率因数的基础上，也能有效地提高网压水平，降低变压器功率损失和网损，增加了供电系统的输出能力。

5 结论

电力电容器是电力系统无功补偿的手段，运行中并联电容器的容性电流抵消感性电流，使传输元件如变压器、线路中的无功功率响应减少，因而，不仅降低了由于无功的流向而引起的有功损耗，还减少了电压损耗，提高了功率因数。所以投切并联电容器进行各级电网的无功补偿是电力系统最广泛的应用方法。

[1]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版社，1999.

[2]许业清.实用无功功率补偿技术[M].中国科学技术大学出版社，1998.

[3]靳龙章，丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].中国水利水电出版社，1997.

[4]电力系统自动化[J].

[5]中国电力[J].

[6]水利电力部.全国供用电规则[S].