广泛应用于工厂配电系统的无功补偿装置简述

目前，广泛应用于工厂配电系统的电压等级大多为35kV，10kV和0.4kV，其中35kV和10kV一般称为中压配电系统，而0.4kV称为低压配电系统。无功补偿装置可以同时应用于中、低压配电系统。一般35kV电源只带变压器，而不带电动机等具体的能量转化设备（也有少数大功率或超大功率电动机使用35kV电压等级的，但数量极少），大量的用电设备广泛分布于10kV和0.4kV电压等级，具体的电压等级的选择要充分考虑设备容量对绝缘、电流大小等参数的综合分析，研究最经济的运行方式。综上所述，配电系统的无功补偿主要采用35kV、10kV和0.4kV母线补偿。

公式：cosφ=P/S，其中，cosφ为功率因数，P为有功功率，S为视在功率。变换格式为：

其中Q为无功功率。由公式不难看出，要想提升功率因数cosφ，只要降低Q就可以了。所以，采用无功补偿装置，将设备在系统中吸收的无功功率改由电力电容器进行补偿，就达到了减少电源的无功功率，从而提高了系统的功率因数。

我们再以下面的方式分析：

电感设备的电压超前电流变化90°，而电容设备电压滞后电流90°，经过相互补偿，使得功率因数角变小。式中cosφ1为补偿前的功率因数，cosφ2为补偿前的功率因数。在实际应用中，用此公式可以计算出由某一功率因数达到另外一功率因数所需要的补偿的无功容量。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，而进行了无功补偿后的作用主要表现在：

（1）提升发电机有功功率的输出。

（2）提高输、变电设备的供电能力。

（3）减少线路电压损失和电能损耗的。

（4）提高功率因数和设备电压，使电气设备容量得到充分发挥，另外，大多数电力管理部门都对用户的功率因数有极其严格的奖惩制度，当功率因数大于某值或小于某值时，电业局都会在电费的计量上给予相应的补偿和惩罚。

电容器组补偿装置外形、型号、生产厂家、参数众多，那么，怎样选择好适用于自己装置或系统的电容器呢？一般地，我们依据以下原则进行遴选：

（1）首先是电压等级的选择。电容器的标称电压要满足所要接入系统的电压的要求。其额定电压一般是其工作电压的1.2至1.3倍，在电压不稳定的条件下使用时，应考虑额定电压的裕量满足要求。长期在电压过高的环境中往往会缩短电容器的使用寿命，绝缘的提早老化。

（2）选择电容器的绝缘介质。对于系统中谐波较大的情况，应选用抗谐波能力较好的铝电解电容器，对于高频系统，应选用云母电容器、高频瓷介质电容器，对于电压较高的系统，应选择高压瓷介质电容器等耐高压的绝缘性能好的电容器，而对于要求不高的，采用绝缘纸介质电容器就可以了，主要参考其经济性。

（3）电容器的容量选择。首先应考虑负荷性质，计算无功补偿的余量，按照余量来选择电容器组的容量，尽量选择实际容量与标称容量接近的电容器。

（4）优先选择其各项实际参数与标定参数接近的电容器。

（5）应根据负荷性质考虑电容器的投切方式。如某站35kV系统的无功需量比较稳定，且没有频繁启动的大型设备，那么就可以优先选择比较经济的手动投切电容器组，而在具有频繁启动设备的变电所内，应首先考虑电容器的性能，优先选择自动投退的电容器，虽然其价格往往高于同类型手动投切电容器。

（6）选择电容器时，应兼顾考虑其使用的现场的环境条件，如较小的配电室内采用大型的露天设计的电容器组就是不现实的。还要考虑潮湿、干燥、粉尘、日照等自然因素对电容器的影响。

电容器组除了自身并联电容器外，还需要以下电气设备与之配合完成补偿功能：

（1）真空开关：供主回路的电源的接通和分断，以及频繁启动和停止交流电器设备之用，并适宜与各种保护装置配合，对需要频繁投切的高压电容器组最为经济实用（自动补偿多采用接触器控制）。

（2）无功综合控制器：用于对并联电容器组进行单独的控制或者综合控制，控制器采样电力系统电压和电流信号，计算电力系统的功率因数，依据功率因数及无功缺额自动投切电容器组，是整套电容器组的控制核心。

（3）微机保护单元：电容器一般设有过流保护、欠压保护、过电压保护、缺相保护等等，现代化的电容器组都配备了微机保护系统，动作更可靠，操作更方便，可视化程度更强，有效满足各类继电保护功能，使其安全可靠运行。

（4）避雷器：广泛使用在中压（35kV、10kV）系统中。目前大多采用无间隙金属氧化物避雷器，是保护电器免受过电压危害的必备安全装置。其主要元件氧化锌阀片具有优良的非线性伏安特性，与传统的阀片式避雷器相比，具有通流量大，无续流，保护性能好，使用寿命长等优点。

（5）串联电抗器：电容器组必备的设备。电容补偿柜通常为纯电容结构，该类电容柜开关投切时不但会产生合闸时的涌流，而且将放大电网中的谐波，危机其它电气设备的安全运行。串联电抗器不但能抑制合闸时的瞬时涌流，而且可以抑制和吸收谐波电流，具有滤波的作用，大大提高了电网的安全运行。

（6）放电线圈：电容器必备的设备。电容器在切除后，在其极板上仍然有较多的残余电荷，足以对人和各种表计造成损害。放电线圈或放电电阻并联在电容器上，当主回路切断时，放电设备就会将残余的正负电荷逐渐抵消，但此时仍然会有较少的电荷不能完全抵消。

电容器是变电站最常发生事故或故障的设备之一。目前，因为生产水平的原因，大部分电容器的质量并不能达到较高的水准，这就需要日常工作中运行人员将电容器作为特殊设备来对待，在巡检时放到重点巡检设备之列。电容器进行巡检时，应主要巡检以下几个方面：

（1）检查电容器本体无鼓胀、渗漏油现象。若发生运行声音异常，或发生本体鼓胀、漏油，应立即停下电容器，对损坏的电容器进行更换，如果大量发生此类现象，应联系厂家和相关专家，查看是否是因为系统电能质量（波形畸变引起的谐波、频率失真等）存在问题，切不可带病运行。

（2）因为电抗器是较大的电感线圈，正常运行时，应有很小的均匀的“嗡嗡”声，油浸绝缘纸颜色在长期运行后颜色会均匀地变深。电抗器最容易发生局部过热造成整体烧损。在发生此现象时，也应立即停止运行，查看发热点处是否有短路、开路现象，然后进行修复。一般电抗器可以加装热保护元件，当温度高于设定温度时，断路器或接触器跳开，及时切断电源。

（3）运行时，应随时检查无功补偿控制器是否有报警，功率因数的值与设定值是否相符，电容器投切是否合理等等无功补偿设定的功率因数不宜太高，也并非是越高越好，一般不超过0.96。一旦控制器损坏，也就意味着电容器不再受到控制，应及时停下运行的电容器，进行更换控制器的工作。

（4）绝缘组件：各电压等级的设备都有安全距离，对绝缘子、导线连接部分的绝缘也应重点检查，查看是否寻在颜色变化，爬电、放电等现象，并应对连接处进行温度测试。当发生上述现象时，应停电处理，查看是否是由绝缘子脏污，连接处松动引起的故障。

（5）开关设备：正常运行时，开关无异响，无异味，且三相电流基本平衡。如发生某相电流缺失，会引起电抗器、电容器等一系列的反应，这时应首先考虑开关设备故障，是否存在缺相故障，同时查看保护动作情况，进行停电处理。

（6）保护装置：查看保护装置是否存在报警，如有报警现象，首先查看报警内容，再根据报警内容检查相关的设备进行处理。

（1）电容器停电后，虽然经过放电线圈和放电电阻进行了放电，但是为了保险起见，还行单独对其进行放电，以免击伤人体和损坏表计。大容量的电容器应延长放电时间。

（2）电容器的外壳及金属构架应可靠接地。

（3）对接有电容器的母线进行检修时，应将电容器看做电源做相应的安全措施。

（4）电容器应每年做试验，试验结果应满足其试验标准。

（5）室外电容器尤其是对电气连接部分应做好防潮防腐蚀措施。

（6）电容器发生着火事故时，应使用沙土、二氧化碳或者干粉灭火器，即使已经停电，也不应使用水来灭火，防止残余电荷触电。

在进行无功补偿时，还有其它诸如同步调相机、静止无功发生器等，都有各自的特点。在选择时应根据各自的特点进行分负荷性质的应用，最终的目的都是要节约电能，为终端用电设备提供优质的电能，进而更好地为生产服务。