关于低压电容器补偿容量的计算

西安西北民航项目管理有限公司 秦 浩

1 引言

随着电力的不断发展进步，人们对电的认知可以说是越来越熟悉了，但是对电力电容器的了解却很少，甚至于专业的人员对于电力电容器也不精通。在交流电路当中，除了消耗功率的纯电阻负载外，纯感性负载和纯容性负载还与电源进行能量交换。实际负载的功率不仅与负载两端电压及流过负载的电流有效值U 和I 的乘积有关，还与负载的功率因数有关，对于三相负荷P=，为负载两端电压与流过负载的电流的相位之差。而负载两端电压与流过负载的电流的相位差是多少，完全由负载本身的参数决定。当电压与电流的相位相同时，负载体现为纯阻性，则功率因数=1。对其他负载来说，功率因数总介于0和1之间。

现代社会各种用电设备逐年增加，其中异步电动机、感应电炉、交流电焊机等大量的感性负载设备主要消耗的是无功功率。为了减小输电线上的电力损耗以及提高电源的利用率则需要将电路的功率因数提高。一般在负载两端并联设置补偿电容器来提高电路中感性负载的功率因数。

2 低压电力电容器对电力电网的影响

2.1 低压电力电容器欠补偿对电力电网的影响

补偿的电容电流要求比需要抵消的电感电流小，补偿后仍存在一定数量的感性无功电流，功率因数小于1但接近1。当容量很大的电动机运行或者启动瞬间，会造成母线电压的下降，影响整个配电系统下的各个用电单位。长期的欠补偿用电单位客户，其自身的功率因数低。造成不必要的电能损耗。从经济方面考虑，浪费了本身不需要浪费的电能，增加了企业的电能费用支出，长此以往会影响整个供配电系统的供电电能质量。

2.2 低压电力电容器过补偿对电力电网的影响

在投入大量电容器的情况下，除了抵消的电感电流以外，还有部分电容电流的余量，原感性负荷性质将在此刻转为容性负荷性质，功率因数大于1。电容器过补偿会加剧电网谐波污染。当电容器接入到配电网中以后，由于电容器能够对电流进行频率响应，所以容易导致谐波电流的增加，进而引起电压畸变率和谐波电流的增大；当电容器补偿过多时，会导致配电设备电流过大，同时也会增大电网的损耗，进而导致供电设备、供电电缆存在过载、火灾等风险。因此对于供配电系统来说，合理控制电容器的数量和容量是非常重要的。补偿的原则是必须欠补偿，且补偿后的功率因数要求小于1且尽量接近1，一般为0.95。

3 低压电力电容器补偿位置

原则上来讲，哪里产生无功功率，就在哪里安装电力补偿电容器进行补偿，因此低压提倡就地补偿，在设备处安装电容器直接对负荷的无功功率进行补偿。一般来说低压电力电容器补偿地点如下。

一是变电所10/0.4kV 变压器低压主母线上设置电容器，补偿整个变压器低压侧所带负荷的无功功率,提高整个系统的功率因数，提升供配电设备的供电质量和效率，降低变压器和线路的电压及电能损失，降低变压器的铜损耗，降低输电线路的损耗。

二是采用低压进线的配电室低压主母线上设置电容器，补偿整个分配电室所带负荷的无功功率，提高分配电系统的功率因数。

三是采用低压进线的远端长期运行电动机，在电动机负载侧设置电容器，对电动机的无功功率进行补偿。对于距离供电点远，且为连续运行工作制的大、中型电动机，应采用就地补偿方式补偿电动机的无功功率。此方式对远距离送电的电动机低功率因数、电力线路损耗、对变压器负载率提升等方面有明显的改善效果。据运行数据表明，1kVar 补偿电容每年可节电150～200kWh，节电效率较高。特别适合下列运行条件的电动机：在远离电源的水源泵电动机、距离供电点200m以上的连续运行电动机、轻载或空载运行时间较长的电动机、高负载率变压器供电的电动机。

电容器补偿位置如图1所示。

图1 电容器补偿位置

4 低压电力电容器需要补偿容量计算

4.1 变压器低压侧、分配电室母线处低压电力电容器补偿容量计算

在实际设计过程中，对于电气专业设计来说负荷统计是开展所有工作的先决条件。只有统计了需要供电设备的负荷，才能开展后续的供电系统设计。负荷统计属于基础知识，一般工程中使用需要系数法，此处不详细介绍。具体可参考《工业与民用供配电设计手册》第一章的统计方法。现假设某用户低压侧负荷统计结果为有功功率，无功功率，则功率因数：

根据以上总结，同时结合安徽新华学院信息工程学院的共享资源课程建设实际情况，对资源共享课程建设从建设目标和具体做法上提出以下建设方法的探讨。

4.2 远端电动机设备侧低压电力电容器补偿容量计算

一般对单台电动机的容量补偿不宜过大，考虑到自励磁过电压的情况，应保证在额定电压下断电时电动机的电容器的放电电流应不大于设备铭牌上空载电流的90%。计算单台电动机容量补偿的计算公式为：（3）

式中：UN为电动机的额定电压值，kV；I0为电动机的空载电流值，A；QC为电容器的补偿容量值，kVar。

5 低压侧电容器串联电抗器电抗率选择

电力电容器在实际中还应配合串联电抗器使用。其主要目的有两个：限制涌流、抑制谐波。因为进入系统的谐波在经过电容器投入电网后会产生放大效应，将谐波危害进一步加剧。根据电容器的目的不同，所选择的电抗器电抗率也不同。

按照《并联电容器装置设计规范》（GB50227-2017）5.5条款的规定：在仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%～1.0%；用于抑制谐波时，电抗串应根据并联电容器装置接入电网处的背景谐波含量的测量值选择[2]。

一是当谐波为5次及以上时，电抗率宜取4.5%～5.0%；二是当谐波为3次及以上时，电抗率宜取12.0%，亦可采用4.5%～5.0%与12.0%两种电抗率混装方式。3次谐波指的是谐波的频率达到电网工作频率的3倍。当串联电抗器的3次谐波感抗等于电容器的3次谐波容抗时，即时，则构成串联谐振条件，此时将抑制母线的3次谐波电压。

6 电容器串联电抗器后对供电母线实际补偿容量计算

图2 分组串联电容器

代入式（4）中得到的计算式为：

三是串联电抗器后图2（b）虚线部分电容器电抗器组实际输出容量：

四是串联电抗器后图2（c）虚线部分电容器电抗器组实际输出容量：

由此可以分别计算出1组、n 组电力电容器组串联电抗器后补偿到电网母线侧的实际补偿容量。

7 实际应用时如何计算

一是按照计算出变压器低压侧、分配电室母线侧补偿电容器前的功率因数。二是计算出实际需要补偿到低压侧主母线、分配电室母线、电动机设备侧的电容器总容量值。三是按照串联电抗器的电抗率。四是根据所选单组电容器的额定容量按照可实际补偿到电网的容量，并确定需要补偿的组数。五是根据确定的组数反算最大功率因数，需大于要求的最低值并小于等于1。若不满足需重新选择电容器额定参数[4]。某2000kVA 变压器低压侧三相四线，额定频率为，母线运行线电压为0.4kV，总负荷合计计算有功功率1259kW，计算无功功率800kVar，现供电部门要求0.4kV 母线功率因数需达到0.9以上。电容器组容量参数：三相额定线电压为0.48kV，额定容量为50kVar，串联电抗器电抗率选取7%。

电容器补偿前：

需要补偿电容器：

单台实际补偿容量：

且0.9＜0.909≤1满足要求，因此最终选择6组该规格电容器组。

8 结语

低压电容器和串联的电抗器在低压配电回路中是重要的设备，主要用于系统无功功率的补偿，对系统电能质量起着至关重要的作用，而如何把握电容器本身额定容量、电容器本身实际输出容量、电抗器容量、电容器电抗器总体实际输出容量是实际工作中设计人员容易混淆和易错的地方。本文是根据实际工作中问题进行总结归纳希望能帮助到工程设计人员。