无功补偿原理

无功补偿原理

电网中的电力负荷如电动机、 变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程 中需向这些设备提供相应的无功功率。 在电网中安装并联电容器等无功补偿设备 以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、 由线路输送的无功功率， 由于减少了无功功率在电网中的流动， 因此可以降低线 路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。

无功补偿的基本原理是： 把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接 在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。 这样，感性负荷所需要的无功功率 可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义：

⑴补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。

⑵减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数 cos①=0.8增 加到cos①=0.95时，装IKvar电容器可节省设备容量 0.52KW反之，增加0.52KW 对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程， 应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。

⑶降低线损，由公式 4P %=（ 1-cos①/cos①）X 100%#出其中cos①为补 偿后的功率因数，cos①为补偿前的功率因数则：

cos①＞cos①，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减 少投资，增加电网中有功功率的输送比例， 以及降低线损都直接决定和影响着供 电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无 功补偿势在必行。

电网中常用的无功补偿方式包括：

① 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；

② 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；

③ 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。

加装无功补偿设备， 不仅可使功率消耗小，功率因数提高， 还可以充分挖掘 设备输送功率的潜力。

确定无功补偿容量时，应注意以下两点：

① 在轻负荷时要避免过补偿， 倒送无功造成功率损耗增加， 也是不经济的。

② 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下， 将功率因数提高到 0.95 就是合理补偿 就三种补偿方式而言， 无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点， 是 一种较为完善的补偿方式：

⑴因电容器与电动机直接并联， 同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用 户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。

⑵有利于降低电动机起动电流， 减少接触器的火花， 提高控制电器工作的可 靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。

无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定： CKU I 0式中：Q---无功补

偿容量（kvar）； U---电动机的额定电压（V）； I 0---电动机空载电流（A）； 但是无功就地补偿也有其缺点：⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿； 众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、 低压分组 补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大， 效果也好。 但它总的电容器安装 容量比其它两种方式要大， 电容器利用率也低。 高压集中补偿和低压分组补偿的 电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这 三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。

美国斯威尔智能电容器能灵活的应用于高压集中补偿、 低压分组补偿和低压 就地补偿 .

就地（分散）补偿应用

不需要设置专用的无功补偿箱或者无功补偿柜， 实现对各种场合的小容量就 地补偿。

■在用电设备旁放置智能电容器

■在壁挂式配电箱内放置智能电容器

■在工程车间配电设备内（旁）放置智能电容器

■在用户配变小于 100kvar 的计量柜、配电柜内放置智能电容器 优点：无功补偿距离短，节能降损效果显著，设备接线简单、维护方便。

配置参考：对于小容量负载，按照负载总功率的 25%~40%配置智能电容器容

量。

例：一台电动机就地补偿方案

电动机额定功率： 50kW

无功补偿容量： 15kvar （ 10kvar+5kvar ）

智能电容器数量： 1 台 SWL-8MZS/450-10.5 无功补偿级数： 0 、 5、 10、15kvar

低压分组补偿的应用 对户外配电变进行就地无功补偿，直接将设备安装于柱挂式户外设备箱内。 优点：体积小、接线简、维护方便；投资小、节能降损效果显著。 配置参考：配变无功补偿容量一般为配变容量的 25%~40%。

例：户外配电变压器应用方案

配变容量： 200kVA

无功补偿容量：60kvar 2 x 30kvar ( 20kva叶10kvar )

智能电容器数量： 2 台 SWL-8MZS/450-20.10

无功补偿级数： 0、10、20、30、40、50、60

安装在箱变低压室， 根据配电变压器容量进行补偿， 选用若干台智能电容器 联机使用。

优点：接线简单、维护方便、成本低、节约空间的显著特点。 配置参考：箱变无功补偿容量一般为配变容量的 25%~40%。

例：箱式变集中补偿应用方案

箱变容量： 500kVA

无功补偿容量： 190kvar 4 x 40kvar(20kvar+20kvar)+

1 x 30kvar(20kvar+10kvar)

智能电容器数量： 4 台 SWL-8MZS/450-20.20 1 台 SWL-8MZS/450-20.10 高压集中补偿的应用

低压无功补偿智能电容器实现在柜体内组装， 构成无功自动补偿装置， 接线 简单、维护方便、节约成本。

优点：补偿效果好，容量可调整性好，接线简单、故障少、运行维护方便。 配置参考：根据成套柜补偿容量的要求进行配置。

低压成套柜配置容量参考： GGD巨型

柜体尺寸：1000mm宽)x 600mm深) X 2230(高)mm 可安装智能电容器数量：

20 台 40kvar (20kvar+20kvar ) 无功补偿总容量： 800kvar (40kvar x 20)

MNS柜型

柜体尺寸：600mm宽)x 800mm深) x 2200(高)mm

可安装智能电容器数量： 12 台 40kvar (20kvar+20kvar )

无功补偿总容量： 480kvar (40kvar x 12)

⑵大容量电力电子装置， 普通电容器就地补偿不恰当： 随着大型电力电子装 置的广泛应用，尤其是采用大容量晶闸管电源供电后，致使电网波形畸变， 谐波 分量增大，功率因数降低。更由于此类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危 及供电质量，对通讯设备影响也很大， 所以此类负载采用就地补偿是不安全， 不 恰当的。因为①电力电子装置会产生高次谐波，在负载电感上有部分被抑制。 但

当负载并联电容器后， 高次谐波可顺利通过电容器， 这就等效地增加了供电网络 中的谐波成分。②由于谐波电流的存在，会增加电容器的负担， 容易造成电容器

的过流、过热，甚至损坏。③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有 冲击性无功负载， 这要求无功补偿的响应速度要快， 但并联电容器的补偿方法是 难以奏效。

美国斯威尔智能电容器成套设备能满足恶劣环境下的电容补偿要求 . 美国斯 威尔专业开发的功率因数控制器结合智能电容器组 , 能快速响应电网功率因数突 变的问题 ,毫秒级的捕捉谐波突变 . 防止过度补偿引起的设备损坏 . 同时美国斯威 尔智能电容器成套设备具有谐波抑制能力 , 破坏电容与系统的并联谐振，部分吸 收系统中的

3、 5、 7次及以上谐波 .

⑶电动机起动频繁或经常正反转的场合， 不宜采用普通电容器就地补偿： 异 步电动机直接起动时， 起动电流约为额定电流的 4-7 倍，即使采用降压起动措施， 其起动电流也是额定电流的 2-3 倍。因此在电动机起动瞬间， 与电动机并联的电 容器势必流过浪涌冲击电流，这对频繁起动的场合，不仅增加线损， 而且引起电 容器过热，降低使用寿命。此外，对具有正反转起动的场合，应把补偿电容器接 到接触器头电源进线侧， 这虽能使电容随电动机的运行而投入。 但当接触器刚断 开时，电容器会向电动机绕组放电，，引起电动机自激产生高电压，这也有不妥 之处。若将补偿电容器接于电源侧， 当电动机停运时， 电网仍向电容器供给电流， 造成电容器负担加重， 产生不必要的损耗。 为此，对无功补偿功率较大的电容器， 如需接在电源进线侧， 则应对电容器另外加控制开关， 在电动机停运时予以切除。

⑷就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器： 推广就地补偿技术时，不宜 直接使用普通油浸纸质电力电容器， 因为其自愈功能很差，使用中可能产生永久 性击穿，甚至引起爆炸，危及人身安全。 应用选型需要考虑的因素

1、 谐波含量及分布

配电系统可能产生的电流谐波次数与幅值及电压谐波总畸变率， 根据谐波含

量确认补偿方案。

2、 负荷类型

配电系统现行负荷和非线性负荷占总负荷比例，根据比例确定补偿方案。

3、 无功需求

配电系统中如果感性负荷比例大则无功需求大，补偿容量应增大。

4、 符合变化情况

配电系统中若静态符合多，则采用静态补偿，若频繁变化负荷多则采用动态 跟踪补偿较合适。

5、 三相平衡性

配电系统中若三相负荷平衡则采用三相共补，若三相负荷不平衡则采用分相 补偿或混合补偿。

无功补偿设计方案参考

基于斯威尔电气提供的智能无功补偿控制器设计的无功补偿方案， 可参考下

述原则。

非线性负荷比

率 无功补偿设计

万案

三相平衡静态

负荷 三相不平衡静

态负荷 三相平衡频繁

变化负荷 三相不平衡频

繁变化负荷

负荷中非线性

设备w 15%变

压器容量（主

要为线性负

荷） 三相共补，复

合开关过零投

切,

智能电容

器: SWL-8MZ 分相补偿或混

合补偿，

复合开关

过零投切；

S

电容器： 三相共补，可

控硅开关动态

切换

电容器：

SWL-DMZS 分相补偿或混

合补偿，

可控硅开

关动态切换；

电容器：