0.4kV无功补偿电容柜弧光短路事故原因深度分析_谭永林

技术与应用

0.4kV无功补偿电容柜弧光

短路事故原因深度分析

谭永林

（中国石油天然气集团公司，北京 100083）

摘要 在智能楼宇供配电系统中，低压无功功率补偿具有重要意义。但同时，无功功率补偿

装置也是供配电系统中一个事故易发、多发的环节。本文通过一次具体事故，分析捕捉这个环节

中的不安全因素，为及时制定规避、预防和应急处理对策提供正确的依据。

关键词：智能误判；过量补偿；高次谐振；弧光短路

With Regard to Reactive Power Compensation Capacitor Cabinet

0.4kV-Depth Analysis of Arc Short-Circuit Cause of the Accident

Tan Yonglin

(China National Petroleum Corporation, Beijing 100083)

Abstract It is very important that low-voltage reactive power compensation of Electricity supply

in the intelligent building systems. At the same time, reactive power compensation devices for power system is also an accident-prone, multiple links. In this paper, a specific accident analysis capture this aspect of insecurity, for the timely development of avoidance, prevention and emergency response provides the correct basis.

Key words：intelligent misjudgment；excessive compensation；high-order harmonic short-circuit arc

1引言

2009年5月5日11时01分，北京市东城区某大厦B3南变配电室一台0.4kV无功补偿电容器柜突发弧光短路事故。在高低压变配电系统中，无功补偿电容器柜是一个事故的易发、多发环节。同时，这种设备的事故原因分析难度较大。从现象上看，弧光短路无非是过电压或过电流造成的。但导致电容器过电压或过电流的因素却比电阻性或电感性电路复杂的多。这主要是由于：在容性负载电路发生短路故障瞬间（ms级）的状态，往往是由多种因素联合作用的结果。而其中有些因素是难以定量、难以测量、难以再现的。

2000年11月9日9时42分，北京市海淀区某大厦B1变配电室变压器二次侧0.4kV无功补偿电容器组在运行中突然爆炸起火，大火烧毁了五面配电柜，但电容器组爆炸起火的原因终无定论。图1~4是“11.9”事故的现场照片。

图1爆炸起火的电容器组

图2被大火烧毁的配电柜

技

术

与应用

图3 被大火烧毁的电容器柜

图4 被大火烧毁的电缆线

2 事故过程

2009年5月5日10时35分，北京市东城区某大厦（以下简称大厦）B3南变配电室两持证电工对3＃变压器二次侧0.4kV 无功补偿电容器辅柜进行检修：一人监护，一人操作断开辅柜总电源开关将辅柜7-12组300kvar 电容器与主回路隔离。然后两人对第八组电容器投切交流接触器（检查前运行人员发现其中相接触不良）及其他5个投切交流接触器的接线端子进行检查。11时，检查完毕，二人关好柜门。11时零1分，操作合上辅柜总电源开关。此时一声巨响，在总电源开关上口裸露接线端子根部之间突发三相弧光短路。几乎与此同时，3＃变压器二次侧出线403低压断路器和一次侧进线212高压断路器的过电流脱扣器短路瞬时保护动作跳闸，3＃变压器停电。

3

事故分析

3.1 操作问题

（一）操作规程

（

1）关于电力电容器的操作规程

图5 发生事故的SIWOH1系列开关

图6 开关上口接线端子根部弧光短路

按照北京市供电局颁布的《北京地区电气设备运行管理规程》（2000版）和《并联电容器装置设计规范》（GB50227-2008）等规程的要求，在操作电力电容器时必须遵守以下规定：

1）全站停电操作时，要先停电容器组，后停接于电容器组母线上的各出线。

2）全站恢复送电时，要先送接于电容器组母线上的各出线，再送电容器组。

3）全站故障失去电源后，对失压保护拒动的电容器组，必须将电容器与电源断开，以免电源重合闸时损坏电容器。

4）电容器组保护熔丝熔断后，未查明原因，不准更换熔丝送电。

5）电容器因内部故障掉闸后，在未拆除故障电容器前，禁止重新合闸送电。

6）电容器分闸后至再次合闸的间隔时间不得少于3min 。

7）装有功率因数自动补偿控制器的电容器组，当自动装置发生故障时，应立即退出运行。

8）为防止铁磁谐振过电流，严禁空载变压器带电容器组运行。

9）当电源电压高于电容器额定电压1.1倍、运行电流超过电容器额定电流1.3倍、电容器环境温度超过40℃、电容器外壳温度超过60℃时，应将电容器退出运行。

技术与应用

（2）关于只具有隔离功能的电器的操作规程

按照北京市供电局颁布的《北京地区电气设备运行管理规程》（2000版）、《低压配电设计规范》（GB50054-95）、《低压开关设备和控制设备第三部分：开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器》（GB14048.3-2002）等规程的要求，在操作只具有隔离功能的电器时必须遵守的规定是：

1）严禁带负荷分断、接通电路。

2）隔离电器不得作为操作电器使用。当隔离电器误操作会造成严重事故时，因采取防止误操作的措施。

“5·5”事故操作人员没有违反第一类操作规程。但是否违反了第二类操作规程呢?在这里，问题的关键是要确认发生事故的SIWOH1系列开关究竟是只能起隔离电路作用的隔离电器，还是同时具备接通、分断电路功能允许带负荷操作的操作电器。开关的性质决定了操作的性质：

1）类别：SIWOH1-630开关，属于GB14048.3- 2002所定义电器中的第四大类—熔断器组合电器中的第五小类—隔离开关熔断器组。使用类别是AC-23B。

2）性质：SIWOH1-630开关是可以带负荷不频繁分合电路的操作电器。当分合时的电压条件为1.05时，可以安全接通6300A（10倍的额定电流），可以安全分断5040A（8倍的额定电流）。

3）基于本开关的类别和性质，“5·5”事故时电工的操作，没有违反电气安全工作的基本规程，没有违反电工安全作业的基本常识，是一次正常的操作。

（二）正常操作与危险状态

违章操作必然与危险状态相联系，但正常操作却并不必然与安全状态相联系。一次正常的操作可能引发多种危险的状态。这就是电气行业工作的特殊性。对于电路分、合操作尤其是这样。

特别是无功补偿电容器装置，每次操作时，回路中各个电器元件的工况都是有差别的，电路中电压、电流的相位波形都是不相同的，过电压或过电流可能因各种因素诱导随机产生。例如常见的操作过电压有：

（1）合闸瞬间电源电压相位角最大过电压。

（2）合闸时触头弹跳过电压。

（3）分闸时电弧重击穿过电压。

（4）合闸时高次谐振过电压。

（5）合闸时残留电荷过电压。

（6）合闸时过量补偿过电压等。

3.2开关故障分析

（一）故障问题

（1）瞬间电流

在“5·5”弧光短路的一瞬间，SIWOH1-630开关动静触头接通的电流究竟有多大呢？根据当时开关负荷侧3个gG630A熔断器（总保险）和12个gG160A熔断器（分保险）一个都没有熔断的事实，可以判定：当时开关在ms级时限内接通的电流在630A以内。这个数值远远低于开关的通断能力。在正常条件下是不应该产生电弧的。因此，要考虑开关的接触机构是否存在故障，导致它在较大电流下形成飞弧短路或热击穿短路。

（2）可能因素

该开关动静触头接触方式为横推插入式指夹双面接触，发生合闸弹跳重击穿的概率很小。在这一点上远优于平面拍合式单面接触方式。但是该开关动触头为双断点桥式压簧片触头结构，有12组动静接触点，接触点多、连接点多，有可能发生以下故障：①动触头连接虚；②静触头连接虚；③加速机构速度不够；④在动静触头间已经形成很大的接触电阻；⑤合闸时12组动静接触点不同步。

（3）解体检查

我们对事故开关进行了解体检查。检查发现：

1）12组动静触头接触面光滑干净，颜色如初，触头上的导电膏依然如故。

2）三相触头密封空间亦完好干净。没有发生强烈电弧所特有的烧熔、弧坑、炭化、变色、飞溅等痕迹。

3）在动静触头前端接触面边沿有微小的电火花灼蚀点，属于正常现象。

4）前面考虑的五点故障因素，除加速机构速度无法测量外，其余可以排除。

图7开关静触头上黑色导电膏清晰可见

图8开关动触头光滑干净颜色如初

（4）结论

）事故发生瞬间开关接通的电流基本在额定工

作电流范围内（当然更在额定接通电流能力范围

。定量估算可能为

I＝(80×4)×2＝320×2＝640A

）开关动静触头的电气结构未发现异常，

同期性亦正常。

图9开关上口裸露出线端子相间

在较高电压下闪络短路的概率最大

（4）绝缘遥测

开关额定耐受冲击电压为6~12kV，这个数值主

要是指绝缘材料内部永久性击穿的指标。我们用

、1000V、2500V兆欧表在冷态下进行了测试，

没有发现硬击穿现象。

（5）结论

技术与应用

着着灰尘的相间绝缘材料表面发生放电闪络短路是完全可能的。

4）根据以上非常有限技术条件下的分析，笔者认为：开关的接触机构和绝缘指标基本上没有严重的问题。开关短路是由于当时电路里出现了超出开关技术指标的异常状态。

（三）安装问题

（1）使用说明书要求

本开关安装单位是国内某仪表厂。2009年5月15日，该厂在为大厦更换新开关时随机带来一份《SIWOH1-63～1250系列隔离开关熔断器组使用说明书》。说明书内容共分八部分。其中第七部分-使用与维修-第2条要求：“开关上的接线端子和接线裸母线应包扎绝缘物，防止开关相间短路。”

（2）大厦现场安装实况

迄今为止，大厦南北变配电室18台低压无功补偿柜上的18台SIWOH1-630隔离开关熔断器组都没有按照该使用说明书第七部分-使用与维修-第2条要求安装。

图10开关上的接线端子是裸露导体未包扎绝缘物（3）可以说，这一条是开关制造厂家根据SIWOH1系列产品的技术特点提出的针对性安全要求。如果按照这一条做了，可以有效防止开关相间在此位置闪络、爬电和飞弧短路。

3.3电路问题

大厦安装的低压无功补偿电容器柜，是由国内某建筑设计院设计，由国内某仪表厂组装生产。这种设备自2008年8月正式投入运行以来，接连发生电容器组投切接触器烧毁、分路熔断器熔断和串联电抗器过热等异常现象。

深入分析表明：这种设备在设计上存在缺陷。这种缺陷成为“5·5”弧光短路事故的主要诱发因素。

（一）因设计潜伏隐患

（1）REGO型自动功率因数控制器接线方式

图11REGO控制系统图

图12REGO控制原理图

1）REGO自动控制器不受总电源开关控制。主辅柜两个SIWOH1-630开关控制12组电容器总主回路，REGO自动控制器通过控制12个交流接触器控制12组电容器分支回路。REGO的工作电源接在SIWOH1-630开关上口，不受总开关控制。当总开关断开后，REGO仍在工作。原设计思想是：当主辅柜其中一个断电检修时，另一个仍然可以在自动补偿状态工作。

2）这种接线方式可以造成智能误判，使电路出现异常状态。即：在总开关断开而REGO仍在工作的情况下，造成REGO对补偿需求发生误判。REGO 对补偿需求发生误判后，立即发出过补偿投入指令。误判发出的过补偿投入指令会一直持续到将12组600kvar电容器投切接触器全部吸合为止。

图13电容器主柜运行/辅柜检修示意图3）图14极为清楚的显示：尽管电容器主柜在运行、辅柜在检修，尽管辅柜总电源开关已分断，

技术与应用

但REGO自动控制器仍然发出指令将辅柜的6组投切接触器全部吸合。

（2）串联电抗器电抗率的选择

1）《并联电容器装置设计规范》（GB50227-2008）规定：

串联电抗器电抗率选择，应根据电网条件与电容器参数经相关计算分析确定，电抗率取值范围应符合下列规定：①仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%～1%；②用于抑制谐波时，电抗率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。当谐波为5次及以上时，电抗率宜取4.5%～5.0%；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。

2）低压调谐滤波器产品样本（2007年10月版）提示：存在谐波的电网（应用非线性负载例如整流器、电焊等）选择功率因数补偿系统时，应特别注意产生谐波的影响。为了避免谐振这一危险现象，电容器一定要串联合适的调谐滤波电抗器。这样就可以得到谐振频率低于谐波范围的振荡回路。通过调谐滤波电抗器串联电容器传输无功功率不同于依靠选择普通电抗器用于无功补偿的元件的传输，因为必须知道安装补偿设备的电网特性和应用的电抗器对电容器所产生的影响。

3）在运行中发现：大厦3#变压器电容器补偿柜中的串联电抗器工作温度有时高达120℃。3#、5#、6#变压器电容器补偿柜不断出现投切接触器烧毁和熔断器熔断的现象。“5·5”事故后，笔者对其串联电抗器电抗率进行了计算，约为3%。而大厦九台变压器带有大量电力电子设备，3#、4#、5#、6#变压器所带负载尤其是这样。属于典型的谐波源污染负载。很明显，3%这一电抗率选择是不符合GB50227-2008要求的，是不符合大厦供用电负载谐波污染特点的，是难以避免高次谐振这一危险现象的。

（3）结论

因以上设计潜伏隐患，容易使过量补偿过电压、高次谐振过电压等多种异常状态发生的概率增大。

（二）过量补偿过电压

（1）并联电容器过量补偿无功功率的危害是非常明确的：其一，抬高系统电压，损坏电气绝缘。其二，无功反送电源，增加有功损耗。案例：某厂为一台大型电动机供电的变压器设置了分组投切的0.4kV无功补偿电容器组（三相容量600kvar）。调试时电动机还没启动，调试人员就误将补偿电容器组全部投入运行，立即造成接在这个供电系统上的部分照明灯、指示灯、继电器线圈和部分补偿电容器烧毁。

（2）由于“自动控制器接线设计”考虑不周，在“5·5”事故中确定无疑造成了“过量补偿过电压”。实际过程如下：

1）3#变压器主辅两台电容器柜正在运行中，REGO控制投入的是辅柜上第7、第8两组电容器。

2）此时，操作人员分断辅柜SIWOH1-630开关，使辅柜由运行转检修。

3）总开关分断后，第7、第8两组电容器被从母线上切除。但REGO并不理睬这一变化，继续指令第7、第8号接触器在吸合位置。

4）此时，3#变压器负荷侧需要50×2=100kvar 的无功补偿量，但由于总开关将两组电容器切除，电路中出现了欠补偿。这个欠补偿信号由403主进开关A相上的TA（CT）测量信号传给REGO。

5）REGO接到欠补偿信号后，以为两组100kkar 补偿量不够，于是它指令第9、第10号接触器吸合，将第9、第10组接触器投入。此时，REGO认为它根据电路需要已经投入了4组50×4=200kvar的无功补偿量。但此时实际仍然是零补偿。

6）操作人员结束工作后，合上SIWOH1-630开关，使辅柜由检修转运行。SIWOH1-630开关接通电路的一瞬间，4组200kvar的无功补偿量投入了系统，超出了此时电路实际需要补偿量1倍，形成了过量补偿无功返送。

7）过量补偿无功返送使系统相间电压瞬间升高。造成了过量补偿过电压。

（3）在大厦0.4kV无功补偿电容器柜弧光短路事故中，过量补偿过电压的存在是确定无疑的。这个“过电压”肯定对造成“5·5”开关相间弧光短路起了作用。但是经验证明：过量补偿过电压的数值很少>2U e。这个数量级恐怕还难以一手造成相间弧光短路。

（三）高次谐振过电压

（1）在供用电系统中，产生谐波的根本原因是由于向具有非线性阻抗特性电气设备供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波（基波频率整倍数的正弦波分量），导致供电系统的电压、电流波形畸变。所有非线性负荷都能产生谐波，主要有：①整流设备；②视频设备；③办公自动化

设备：计算机、复印机、打印机、传真机等；④UPS 电源设备；⑤智能照明设备；⑥变频调速设备；⑦电梯设备；⑧电弧设备等。

（2）由于智能楼宇中安装着大量电力电子设备，同时这些设备产生的谐波又具有较大的振幅，所以它们是目前智能楼宇供用电系统中的主要谐波源。其中：计算机产生的谐波以3、5、7次为主（笔记本便携式计算机产生的谐波频谱更加广泛）。复印机产生的谐波以3、5、7、9、11、13次为主。可变频驱动装置产生的谐波以5、7次为主。三相六脉冲桥式可控硅整流的UPS 电源产生的谐波以5、7次最为显著（该大厦UPS 属于此种类型）。三相十二脉冲桥式可控硅整流的UPS 电源产生的谐波以11、13次最为显著。单相供电的UPS 产生的谐波则以3次为主。统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，是最大的谐波源。

（3）谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电。高次谐波谐振时，一般电流不大，但过电压很高，经常使设备绝缘损坏。

甚至有谐振过电压使母排之间空气间隙击穿导致补偿柜烧毁的严重事故发生。

（4）由于“串联电抗器电抗率设计”选择有误，在“5·5”事故中极有可能造成了“高次谐波过电压”。理论计算如下：

《并联电容器装置设计规范》（GB50227-2008）规定：当分组电容器按各种容量组合运行时，不得发生谐振。谐振电容器容量，可按下式计算

Q cx ＝S d (

2

1

n －K) 式中，Q cx 为发生n 次谐波谐振的电容器容量(Mvar)；S d 为并联电容器装置安装处的母线短路容量(MVA)；n 为谐波次数，即谐波频率与电网基波频率之比；K 为电抗率，即串联电抗器的感抗与并联电容器组的容抗之比，以百分数表示。

解：大厦3＃变压器0.4kV 无功补偿电容器柜“5·5”事故发生高次谐波谐振的电容器容量为

因为，S d =0.4kV×50kA=400V×50000A=20MVA （查表并计算得）

N =5（据大厦3＃变压器负荷特性得） K =3%=0.03（据设备参数计算得） 所以

Q cx =S d

（21n -K ）=20×（2

15-0.03）=20×（0.04-0.03） =20×0.01=0.2（Mvar ）=200（kvar ） （5）结论

大厦3＃变压器0.4kV 无功补偿电容器柜“5·5”事故发生高次谐波谐振的电容器容量为200kvar 。正好落入5次谐波谐振区并与谐振点重合。

经验证明：高次谐振过电压的数值一般在（2～5）U e 。

4 结论

综上所述，本文对“5·5”事故做如下结论： （1）不是操作问题。基于SIWOH1-630隔离开关熔断器组的类别和性质，“5·5”事故时电工的操作，没有违反电气安全工作的基本规程，没有违反电工安全作业的基本常识，是一次正常的操作。

（2）基本不是开关问题。经解体检查和对照规范，认为开关的电气和机械机构以及主要技术指标基本上没有严重的问题。开关短路是由于当时电路里出现了超出开关技术指标的异常状态。但是不依照说明书安装，留下了短路隐患。

（3）基本肯定是电路问题。

1）控制器接线方式缺陷→智能控制误判→令多组接触器同时空载吸合→形成了过补偿的投切容量组合→此时人工操作总开关投入形成过补偿过电压。

2）电抗率选择缺陷→没有消除5次及以上高次谐波的能力→在现有容量组合投切时遇到谐振点的概率较大→“5·5”4组200kvar 一次投入时恰遇5次谐波谐振点形成高次谐振过电压。

（4）弧光短路过程 1）合闸时由过补偿过电压和高次谐振过电压叠加形成瞬时过电压，峰值大约在800～1200V 之间，施加在系统相间绝缘和对地绝缘上。

2）此时在过电压条件下，640A 左右的大电流冲击SIWOH1-630开关动静触头产生的发热量，使金属出线端子和塑料外壳表面温度瞬间上升至100℃以上，高温使开关塑料外壳表面电阻值急剧下降，使此处成为线路上的最薄弱点。

3）最薄弱点处的三相出线端子是裸露的，没有按要求进行绝缘处理。此时开关上口裸露出线端子相间率先沿绝缘塑料外壳表面发生放电闪络—弧光短路。

（5）“5·5”事故中的谐振过电压是概率性事件。每一次的电路分合冲击过程都是不相同的。由于这种“冲击扰动”过程的随机性，有的过程很严重，有的则很轻微。这种区别决定于具体的初始条件：分

（下转第89页）

图1A相绕组展开图

绘制B相绕组时，以同样的方法放置各线圈。因为槽距角а为20°且三相绕组的首端要互差120°电角度[2]，所以B相首端从A相绕组的首端开始向后推6个槽，即从7号槽引出B相绕组的首端B，依然是从左到右按照接线原则依次连接各线圈，最终从34号槽引出B相绕组的尾端Y。绘制结果如图2所示。

图2三相绕组展开图

绘制C相绕组时，依然以同样的方法放置各线圈，此时C相首端不要从B相首端开始向后推6个槽，而是从A相绕组的首端开始向前推6个槽，即从31号槽引出C相的首端C，且从右到左依次连接各线圈，这样最终从4号槽引出C相绕组的尾端Z。只有这样Z端才能位于A端和B端的中间，三相绕组的首尾端才能交替排列，绘制结果如图2所示。4嵌线规律及优点

按上述方法绘制的交叉式绕组展图下线规律为：①从1号槽开始，下一槽，空两槽下两槽；空一槽下一槽；再空两槽下两槽；空一槽下一槽；……；

②吊把数等于每极每相槽数3；③相邻的两个大线圈为“首-尾”相连，大线圈与小线圈之间为“首-首”或“尾-尾”相连。

照图2绕组展开图嵌线方便可靠，不易出错，除此之外，还有一个显而易见的优点，即嵌好的三相绕组因各首、尾端相互间隔，从而省掉了绕组极性的判断端这一环节。六个头隔一个拿一个拧在一起即为Y型接法，按顺序两两拧在一起即为?接法。

参考文献

[1]汤蕴璆,史乃等.电机学[M].北京:机械工业出版社, 2001:

113-118.

[2]邱正桃. 绘制定子绕组展开图应注意的几个问题[J].

电机与控制应用,1984(2):56-57.

作者简介

吴晓霞（1982-），女，硕士研究生，助理讲师，矿山机电技术。

申晓剑（1979-），男，大学本科，助理工程师，煤矿供配电设计。

（上接第79页）

合闸时电流、电压的相位角，电弧过程的强烈程度等。因此，在外激发条件下，并不是每次电路分合操作都会引起谐振过电压，而是具有明显的统计规律性。

参考文献

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会编. 北京:中国城市出版社,2000.12.

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和部分型式试验成套设备(GB 7251.1-2005).

[5]低压无功功率动态补偿装置(JB/T10695-2007).

[6]供配电系统设计规范(GB50052-95).

[7]10kV及以下变电所设计规范(GB50053-94).

[8]低压配电设计规范(GB50054-95). [9]民用建筑电气设计规范(JGJ16-2008).

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月).

[11] SIWOH1-63～1250系列隔离开关熔断器组使用说

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[12] REGO自动功率因数控制器应用手册(2006年7月

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[13] 低压调谐滤波器产品样本(2007年10月).

[14] 陈元丽编著. 现代建筑电气设计指南[M].北京:中

国水利水电出版社,2007.7.

[15] 平绍勋主编.电力系统内部过电压保护及实例分析

[M].北京:中国电力出版社,2006.7.

作者简介

谭永林（1954-），男，主任工程师，主要从事智能楼宇强电、弱电、机电设备运维技术工作。

并联电容器无功补偿方案

课程设计 并联电容器无功补偿方案设计 指导老师：江宁强 1010190456 尹兆京

目录 1绪论 (2) 1.1引言 (2) 1.2无功补偿的提出 (3) 1.3本文所做的工作 (3) 2无功补偿的认识 (3) 2.1无功补偿装置 (3) 2.2无功补偿方式 (4) 2.3无功补偿装置的选择 (4) 2.4投切开关的选取 (4) 2.5无功补偿的意义 (5) 3电容器无功补偿方式 (5) 3.1串联无功补偿 (5) 3.2并联无功补偿 (6) 3.3确定电容器补偿容量 (6) 4案例分析 (6) 4.1利用并联电容器进行无功功率补偿，对变电站调压 (6) 4.2利用串联电容器，改变线路参数进行调压 (13) 4.3利用并联电容器进行无功功率补偿，提高功率因素 (15) 5总结 (21) 1绪论 1.1引言 随着现代科学技术的发展和国民经济的增长，电力系统发展迅猛，负荷日益增多，供电容量扩大，出现了大规模的联合电力系统。用电负荷的增加，必然要

求电网系统利用率的提高。但由于接入电网的用电设备绝大多数是电感性负荷，自然功率因素低，影响发电机的输出功率; 降低有功功率的输出; 影响变电、输电的供电能力; 降低有功功率的容量; 增加电力系统的电能损耗; 增加输电线路的电压降等。因此，连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率。 1.2无功补偿的提出 电网输出的功率包括两部分：一是有功功率；二是无功功率。无功，简单的说就是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。 1.3本文所做的工作 主要对变电站并联电容器无功补偿作了简单的分析计算,提出了目前在变电站无功补偿实际应用中计算总容量与分组的方法,本文主要作了以下几个方面的工作: 对无功补偿作了简单的介绍，尤其是电容器无功补偿，选取了相关的案例进行了简单的计算和分析。 2无功补偿的认识 2.1无功补偿装置 变电站中传统的无功补偿装置主要是调相机和静电电容器。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关SCR、GTR、GTO等相继出现，将其作为投切开关无功补偿都可以在一个周波内完成，而且可以进行单相调节。如今所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管投切的无功补偿设备，主要有以下三大类型: 1、具有饱和电抗器的静止无功补偿装置； 2、晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器，这两种装置统称为SVC 3、采用自换相变流技术的静止无功补偿装置——高级静止无功发生器。

无功补偿容量计算

无功补偿容量计算 Prepared on 22 November 2020

一、无功补偿装置介绍 现在市场上的无功补偿装置主要分为固定电容器组、分组投切电容器组、有载调压式电容器组、SVC和SVG。下面介绍下各种补偿装置的特点。 1)固定电容器组。其特点是价格便宜，运行方式简单，投切间隔时间长。但它对于补偿变化的无功功率效果不好，因为它只能选择全部无功补偿投入或全部无功补偿切出，从而可能造成从补偿不足直接补偿到过补偿，且投切间隔时间长无法满足对电压稳定的要求。而由于光照强度是不停变化的，利用光伏发电的光伏场发出的电能也跟着光伏能力的变化而不断变化，因此固定电容器组不适应光伏场的要求，不建议光伏项目中的无功补偿选用固定电容器组。 2)分组投切电容器组。分组投切电容器组和固定电容器组的区别主要是将电容器组分为几组，在需要时逐组投入或切出电容器。但它仍然存在投切间隔时间长的问题，且分的组数较少，一般为2～3组（分的组数多了，投资和占地太大），仍有过补偿的可能。因此分组投切电容器组适用于电力系统较坚强、对相应速度要求较低的场所。 3)有载调压式电容器组。有载调压式电容器组和固定电容器组的区别主要是在电容器组前加上了一台有载调压主变。根据公式Q=2πfCU2可知，电容器组产生的无功功率和端电压的平方成正比，故调节电容器组端电压可以调节电容器组产生的无功功率。有载调压式电容器组的投切间隔时间大大缩短，由原来的几分钟缩短为几秒钟。且有载调压主变档位较多，一般为8～10档，每档的补偿无功功率不大，过补偿的可能性较小。因此分组投切电容器组适用于电力系统对光伏场要求一般的场所。

无功补偿电容器串联电抗器的选用

无功补偿电容器串联电抗器的选用 在高压无功补偿装置中，一般都装有串联电抗器，它的作用主要有两点：1）限制合闸涌流，使其不超过20倍；2）抑制供电系统的高次谐波，用来保护电容器。因此，电抗器在无功补偿装置中的作用非常重要。 然而，串抗与电容器不能随意组合，若不考虑电容装置接入处电网的实际情况，采用“一刀切”的配置方式（如电容器一律配用电抗率为5％～6％的串抗），往往适得其反，招致某次谐波的严重放大甚至发生谐振，危及装置与系统的安全。由于电力谐波存在的普遍性，复杂性和随机性，以及电容装置所在电网结构与特性的差异，使得电容装置的谐波响应及其串抗电抗率的选择成为疑难的问题，也是人们着力研究的课题。电容器组投入串抗后改变了电路的特性，串抗既有其抑制涌流和谐波的优点，又有其额外增加的电能损耗和建设投资与运行费用的缺点。所以对于新扩建的电容装置，或者已经投运的电容装置中的串抗选用方案，进行技术经济比较是很有必要的。虽然现有的成果尚不足为电容装置工程设计中串抗的选用作出量化的规定，但是随着研究工作的深入，实际运行经验的积累，业已提出许多为人共识的见解，或行之有效的措施，或可供借鉴的教训。 下面总结电容器串联电抗器时，电抗率选择的一般规律。 1. 电网谐波中以3次为主 根据《并联电容器装置设计规范》，当电网谐波以3次及以上为主时，一般为12%；也可根据实际情况采用4.5%~6%与12%两种电抗器：（1）3次谐波含量较小，可选择0.5%~1%的串联电抗器，但应验算电容器投入后3次谐波放大量是否超过或接近限值，并有一定裕度。（2）3次谐波含量较大，已经超过或接近限值，可以选用12%或4.5%~6%串联电抗器混合装设。 2. 电网谐波中以3、5次为主 （1）3次谐波含量较小，5次谐波含量较大，选择4.5%~6%的串联电抗器，尽量不使用0.1%~1%的串联电抗器；（2）3次谐波含量略大，5次谐波含量较小，选择0.1%~1%的串联电抗器，但应验算电容器投入后3次谐波放大是否超过或接近限值，并有一定裕度。 3. 电网谐波以5次及以上为主 （1）5次谐波含量较小，应选择4.5%~6%的串联电抗器；（2）5次谐波含量较大，应选择4.5%的串联电抗器。对于采用0.1%~1%的串两电抗器，要防止对5次、7次谐波的严重放大伙谐振。对于采用4.5%~6%的串联电抗器，要防止怼次谐波的严重放大或谐振。当系统中无谐波源时，为防止电容器组投切时产生的过电压和对电容器组正常运行时的静态过电压、无功过补时电容器端的电压升高的情况分析计算，可选用0.5%~1%的电抗器。 根据以上的选择原则，对无功补偿装置中的串联电抗器有以下建议： （1）新建变电所的电容器装置中串联电抗器的选择必须慎重，不能与电容器任意组合，必须考虑电容器装置接入处的谐波背景。 （2）对于已经投运的电容器装置，其串联电抗器选择是否合理须进一步验算，并组织现场实测，了解电网谐波背景的变化。对于电抗率选择合理的电容器装置不得随意增大或减小电容器组的容量。 （3）电容器组容量变化很大时，可选用于电容器同步调整分接头的电抗器或选择电抗

低压无功补偿回路保护熔断器选择

低压无功补偿回路保护熔断器选择 低压无功补偿柜中补偿回路的熔断器作用，是为了保证整个回路安全可靠的运行，以达到无功补偿的目的，那么电容器（和串联电抗器）作为补偿回路的核心元件，熔断器对它提供可靠的保护性能是非常必要的。由于现行相关标准里对补偿回路保护熔断器的选择没有特别详细的要求，所以在实际应用中大家的选择也不尽一致，有时差别甚至相当悬殊。 在低压配电系统中的负载类型变得越来越复杂的情况下，补偿回路熔断器的选择不能一概而论，要视低压无功补偿的具体类型进行科学的分析和选择。 下面我们根据相关的国家标准和低压无功补偿类型两方面来分析如何合理正确的选择补偿回路的熔断器。 一、相关的国家标准 1、在低压并联电容器标准GB/T12747.1-2004中，对有关电容器最大电流和保护的相关要求和说明如下： 21 最大允许电流 电容器单元应适用于在线路电流方均根值为1.3倍该单元在额定正弦电压和额定频率下产

生的电流下连续运行，过渡过程除外。考虑到电容偏差，最大电容可达1.10CN，故其最大电流可达1.43IN。 这些过电流因素是考虑到谐波、过电流和电压偏差共同作用的结果。 33 过电流 电容器决不可在电流超过第21章中规定的最大值下运行。 34 开关、保护装置及连接件 开关、保护装置及连接件均应设计成能连续承受在额定频率和方均根值等于额定电压的正弦电压下得到的电流的1.3倍的电流。因为电容器的电容可能为额定值的 1.10倍，故这一电流最大值为 1.3×1.10倍额定电流，即为1.43IN 2、在中低压电容器及其成套装置标准GB7251中，有关电容保护熔断器的选择要求如下： 5.3.5 b） 熔断器额定工作电流（方均根值）应按2~3倍单组电容器额定电流选取。 3、在并联电容器装置设计规范GB50227-2008中，有关电容保护熔断器是这样要求的： 5.4 熔断器 5.4.2 用于单台电容器保护的外熔断器的熔丝额

无功补偿柜

无功补偿控制器 无功补偿控制器是无功补偿装置的核心部件，具有举足轻重的地位，大部分无功补偿装置的生产厂家都是买来控制器然后自行装配整机，具有设计制造控制器能力的厂家不多，能够设计制造出性能优异的控制器的厂家更是凤毛麟角。 现有的低端控制器都是以功率因数为依据进行控制的，这种控制器虽然价格低廉、性能很差，已属于淘汰之列，因此这里不做介绍。 现有的高端控制器都是以无功功率为依据进行控制的，但除此之外，往往将设计重点放在汉字显示以及数据通讯等方面。其实要真正实现完美的无功补偿控制是一件相当复杂的事情，实现完美的无功补偿控制是无功补偿控制器的主要功能，只有在主要功能相当完善的情况下，才能考虑附加功能。下面详细介绍一下对控制器的设计要求以及一些基本的设计方法。 1、对测量精度的要求 要实现精确的无功补偿就必须对无功电流进行准确的测量。 因为电压的变化范围较小，因此对电压的测量精度要求不高，通常有1%的测量精度就足够了。通常的情况下，不测量电压也可以实现很好的无功补偿控制，对电压的测量主要是为了实现过压、欠压、以及缺相等保护功能。 对电流的测量灵敏度要求要高一些。对于使用8位单片机的低档控制器，测量灵敏度要达到1%以上。注意这里强调的是“测量灵敏度”而不是“测量精度”， 1%的电流测量灵敏度即相当于可以区分1%的电流变化，例如电流互感器的一次电流为500A，则意味着可以区分从100A到105A的电流变化，并不要求100A的电流测量值绝对准确。对于使用DSP或32位单片机的高档控制器，测量灵敏度要达到0.1%以上，否则就谈不到高档了。同样的道理，测量的灵敏度要达到0.1%，意味着测量值应该有4位有效数字，但同样并不要求绝对准确。对无功补偿控制器要求0.1%的测量精度是不现实的，也没有实际意义。但是控制器的测量值最好能在现场进行校正。 对功率因数测量的灵敏度最好要达到0.001。准确地说，应该是对相位差的测量要求，因为测量无功功率并不需要使用功率因数值。这里要强调一点，对无功电流的计算应该使用Iq=I×sinφ的公式来进行计算，而sinφ的值应该根据相位差的值直接进行计算，不能使用sinφ=(1-cosφ2)1/2 的公式计算，否则当相位差在0度附近时，cosφ的微小变化会导致sinφ的很大变化，导致sinφ的值误差太大。例如cosφ=0.99时，对应的相位差是8.1度，对应的sinφ值为0.14，意味着0—0.14之间其他sinφ值检测不到。

电力电容器及无功补偿技术手册

1 电力电容器及无功补偿 技术手册 沙舟编著

目录 前言 第一章基本概念 (1) §1-1 交流电的能量转换 (1) §1-2 有功功率与无功功率 (2) §1-3 电容器的串联与并联 (3) §1-4 并联电容器的容量与损耗 (3) §1-5 并联电容器的无功补偿作用 (4) 第二章并联电容器无功补偿的技术经济效益 (5) §2-1 无功补偿经济当量 (5) §2-2 最佳功率因数的确定 (7) §2-3 安装并联电容器改善电网电压质量 (8) §2-4 安装并联电容器降低线损 (11) §2-5 安装并联电容器释放发电和供电设备容量 (13) §2-6 安装并联电容器减少电费支出 (15)

前言 众所周知，供电质量主要决定于电压、频率和波形三个方面。电网频率稳定决定于电网有功平衡，波形主要决定于网络和负荷的谐波，电压稳定则决定于无功平衡。当然三者之间也具有一定的内在关系。无功平衡决定于网络中无功的产生和消耗。在系统中无功电源有同步发电机、同步调相机、电容器、电缆、输电线路电容、静止无功补偿装置和用户同步电动机，无功负荷则有电力变压器，输电线路电感和用户的感应电动机，各种感应式加热炉、电弧炉等。为了满足系统中无功电力的需求，单靠发电机、调相机、电缆和输电线路电容是不够的，静补装置中也是采用电容器等。因此电容器在系统的无功电源中占有相当比重，加之调相机为旋转设备。建设投资大，运行维护费用高。近年来世界各国都积极装设电容器，满足系统无功电力要求，维持电压稳定。但各国主要是装设并联电容器，装串联电容器者较少，因此编者主要介绍并联电容器无功补偿技术，它还广泛应用于谐波滤波装置，动态无功补偿设备和电气化铁道无功补偿装置之中，因与电力系统谐波有关。限于篇幅，准备在“谐波技术”中详述。这里主要介绍一些无功补偿技术基础。限于编者水平，加上时间仓促，不当之处难免，请读者批评指正。

无功补偿柜电容器的容量换算问题

在无功补偿领域，我们经常会问的一句话是：电容器容量是多少？ 这里的“容量”又指电容器的额定容量，其实是指电容器的功率，单位用kvar（千乏）来表示。 专业知识普及 从下面这个公式可以看出电容器的功率与电压的关系： Q=2πfCU2 Q表示电容器的功率，单位var f表示系统频率，50Hz/60Hz C为电容器容量，单位uF(微法） U表示系统电压，单位kV(千伏） 由上面表达式可以看出，电容器的功率与施加到电容器两端 的电压平方成正比。 每一只电容器都有一个参数叫做额定电压，对应额定电压则有一个额定功率。 例如：选择电压为450V，额定功率为30kvar的电容器。 问1：当额定电压为450V，额定功率为30kvar的电容器，用在400V 系统中，其输出功率为多少呢？ 这就是我们经常碰到的问题，电容器的额定电压都是高于系统的额定电压的。

通过上面的公式，我们可以很快算出来： Q400=Q450×（4002/4502） =30×（4002/4502） ≈23.7 kvar 问2：为什么要选择额定电压高于系统电压的电容器呢？ 电容器经受过电压危害时将快速损坏。为了保障电容器的运行安全，需要选择额定电压大于系统电压的电容器。 到这个阶段我们知道了，如果无功补偿支路设计为纯电容器的话，无功补偿支路的输出功率要根据电容器的额定电压和系统电压进行折算。这也就是我们常说的安装功率（安装容量）和输出功率（输出容量）。 安装功率常指电容器的额定功率； 输出功率常指电容器在系统电压下的实际输出功率。 参照上面举例，我们可以知道：将额定电压为450V，30kvar的电容器应用于400V无功补偿系统，则此系统安装容量为30kvar，其输出容量为23.7kvar。 问3：当电容器串联电抗后，电容器与电抗器组成的补偿支路功率是多少呢？

无功补偿电容器运行特性参数选取

无功补偿电容器运行特性参数选取 1 电力电容器及其主要特性参数 电力电容器是无功补偿装置的主要部件。随着技术进步和工艺更新,纸介质电容器已被 自愈式电容器所取代,自愈式电容器采用在电介质中两面蒸镀金属体为电极,其最大的改进是电容器在电介质局部击穿时其绝缘具有自然恢复性能,即电介质局部击穿时,击穿处附近的金属涂层将熔化和气化并形成空洞,由此虽然会造成极板面积减少使电容C 及相应无功功率有所下降,但不影响电容器正常运行。 自愈式电容器主要特性参数有额定电压、电容、无功功率。 1. 1 额定电压 《自愈式低电压并联电容器》第3. 2 条规定“电容器额定电压优先值如 下0. 23 ,0. 4 ,0. 525 及0. 69 kV。”电容器额定电压选取一般比电气设备额定运行电压高5 %。 1. 2 电容 电容器的电容是极板上的电荷相对于极板间电压的比值,该值与极板面积、极板间绝缘 厚度和绝缘介质的介电系数有关, 其计算式为C = 1 4πε× S D 式中ε为极板间绝缘介质的介电系数; S 为电容器极板面积; D 为电容器绝缘层厚度。 在上式中,电容C 数值与电压无直接关系, C 值似乎仅取决于电容器极板面积和绝缘介质,但这只是电容器未接网投运时的静态状况;接网投运后,由于电介质局部击穿造成极板面积减少从而会影响到电容C 数值降低,因此运行过程中, 电容C 是个逐年衰减下降的变量,其衰减速度取决于运行电压状况和自身稳态过电压能力。出厂电容器的电容值定义为静态电 容。一般,投运后第一年电容值下降率应在2 %以内,第二年至第五年电容值下降率应在1 %～ 2 % ,第五年后因电介质老化,电容值将加速下降,当电容值下降至出厂时的85 %以下,可认为该电容器寿命期结束。 1. 3 无功功率 在交流电路中,无功功率QC = UI sinφ由于电容器电介质损耗角极小,φ= 90°,所以sin φ= 1 ,则无功功率QC = UI =ωCU2 ×10 - 3 = 2πf CU2 ×10 - 3 (μF) ,从该式可见,电容器无功功率不仅取决于电容C ,而且还与电源频率f 、端电压U 直接相关,电容器额定无功功率的准确定义应是标准频率下外接额定电压时静态电容C 所对应的无功率。接网投运后电容器所输出实际无功功率能否达到标定容量,则需视运行电压状况。当电网电压低于电容器额定电压时,电容器所输出的无功功率将小于标定值。因此如果电容器额定电压选择偏高,电容器实际运行电压长期低于额定值,很可能因电容器无功出力低于设计值造成电网无功短 缺。 2 无功补偿电容装置参数的选取误区 无功补偿装置在进行设计选型及设备订货时,提供给厂家的参数往往仅是电容补偿柜型 号和无功功率数值,而电容器额定电压及静态电容值这两个重要参数常被忽略。由于电容器 生产厂家对产品安装处电压状况不甚了解,在产品设计时往往侧重于降低产品生产成本和减 少电介质局部击穿,所选取的电容器额定电压往往高于国家标准推荐值,这样做对电网运行的无功补偿效果会造成什么影响对电网建设投资又会引起什么变化呢可通过以下案例进行 分析。 例如某台10 0. 4 kV 变压器,按照功率因数0. 9 的运行要求,需在变压器低压侧进行集中 无功补偿,经计算需补偿无功功率100 kvar ,如果按额定电压U = 450 V 配置电容器,根据QC=ωCU2 ×10 - 3 计算,电容器组的静态电容值C 为1 572μF ,接入电网后在运行电压U =400 V 的状态下,该电容器实际向电网提供的无功功率QC 为79 kvar ,补偿效果仅达预期的79 %。反之,在上述条件下,要想保证实际补偿效果为100 kvar ,则至少需配置电容器无功功率为127 kvar ,也就意味着设备投资需要增加27 %。中山市2004 年变压器增加898 台,合计容量近60 万kvar ,按30 %补偿率计需补偿无功功率近18 万kvar 。

电容无功补偿柜

电容无功补偿柜 一. 电容补偿柜之作用 :用以提高功率因数，调整电网电压，降低线路损耗，充分发挥设备效率，改善供电质量。 二.电容柜工作原理:用电设备除电阻性负载外，大部分用电设备均属感性用电负载（如日光灯、变压器、马达等用电设备）这些感应负载，使供电电源电压相位发生改变（即电流滞后于电压），因此电压波动大，无功功率增大，浪费大量电能。当功率因数过低时，以致供电电源输出电流过大而出现超负载现象。电容补偿柜内的电脑电容控制系统可解决以上弊端，它可根据用电负荷的变化，而自动设置。电容组数的投入，进行电流补偿，从而减低大量无功电流，使线路电能损耗降到最低程度，提供一个高素质的电力源。 三 . 电容补偿技术 :在工业生产中广泛使用的交流异步电动机，电焊机、电磁铁工频加热器导用点设备都是感性负载。这些感性负载在进行能量转换过程中，使加在其上的电压超前电流一个角度。这个角度的余弦，叫做功率因数，这个电流（既有电阻又有电感的线圈中流过的电流）可分解为与电压相同相位的有功分量和落后于电压 90 度的无功分量。这个无功分量叫做电感无功电流。与电感无功电流相应的功率叫做电感无功功率。当功率因数很低时，也就是无功功率很大时会有以下危害： ?增长线路电流使线路损耗增大，浪费电能。

?因线路电流增大，可使电压降低影响设备使用。 ?对变压器而言，无功功率越大，则供电局所收的每度电电费越贵，当功率因数低于 0.7 时，供电局可拒绝供电。 ?对发电机而言，以 310KW 发电机为例。 310KW发电机的额定功率为 280KW ，额定电流为 530A ，当负载功率因数 0.6 时 功率 = 380 x 530 x 1.732 x 0.6 = 210KW 从上可看出，在负载为 530A 时，机组的柴油机部分很轻松，而电球以不堪重负，如负荷再增加则需再开一台发电机。加接入电容补偿柜，让功率因数达到 0.96 ，同样 210KW 的负荷。 电流 =210000/ （ 380x1.732x0.96 ） =332A 补偿后电流降低了近 200A ，柴油机和电球部分都相当轻松，再增加部分负荷也能承受，不需再加开一台发电机，可节约大量柴油。也让其他机组充分休息。从以上可看出，电容补偿的经济效益可观，是低压配电系统中不可缺少的重要成员。 电容补偿柜工作原理及用途 用电设备除电阻性负载外，大部分用电设备均属感性用电负载（如日光灯、变压器、马达等用电设备）这些感应负载，使供电电源电压

电容补偿柜的电容容量如何计算

电容补偿柜的电容容量如何计算 电容补偿柜的电容容量如何计算?（此文章讲的很透彻，很好的一篇文章）电网中由于有大功率电机的存在，使得其总体呈感性，所以常常在电网中引入大功率无功补偿器（其实就是大电容），使电网近似于纯阻性，Kvar就常用在这作为无功补偿电容器的容量的单位。 补偿电容器：主要用于低压电网提高功率因数，减少线路损耗，改善电能质量 电容器容量的换算公式为（指三相补偿电容器）： Q=√3×U×I ; I＝×C×U/√3 ; C=Q/×U×U) 上式中Q为补偿容量，单位为(Kvar)，U为额定运行电压，单位为(KV)，I为补偿电流，单位为(A)，C为电容值，单位为(F)。式中＝2πf/1000。 1. 例如：一补偿电容铭牌如下: 型号: , 3: 三相补偿电容器; 额定电压:; 额定容量:10Kvar ; 额定频率:50Hz ; 额定电容:199uF (指总电容器量，即相当于3个电容器的容量)。额定电流: 代入上面的公式，计算，结果相符合。 2. 200KVA变压器无功补偿柜匹配电容多少最合理? 一般来说,对于电动机类型的功率负荷,补偿量约为40%,对于综合配电变压器,补偿量约为20%. 如果知道未补偿前的功率因数,那么根据公式即可以算出具体的补偿量。 3. 例如：有电机12台，的电机4台，11KW的电机2台，500型电焊机15台，由于有用电高峰和低谷，在低谷时动力可下降30%，我现在用无功补偿柜里的电容器有4块14Kvar的，6块40Kvar的。据说匹配不合理，怎么样才能匹配合理。另外补偿器的读数在多少时最合适时没有罚款有奖励。 一般来说,配电变压器的无功补偿容量约为变压器容量的20%～40%，对于200KVA的配电变压器,补偿量约为40Kvar～80Kvar。准确计算无功补偿容量比较复杂，且负荷多经常变化，计算出来也无太大意义。一般设计人员以30%来估算，即选取60Kvar为最大补偿容量，也就是安装容量。电容器补的太少，起不到多大作用，需要从网上吸收无功，功率因数会很低，计费的无功电能表要“走字”，记录正向无功；电容器补的太多，要向网上送无功，网上也是不需要的，计费的无功电能表也要“走字”，记录反向无功；供电企业在月底计算电费时，是将正

无功补偿常用计算方法

按照不同的补偿对象，无功补偿容量有不同的计算方法。 （1）按照功率因数的提高计算 对需要补偿的负载，补偿前后的电压、负载从电网取用的电流矢量关系图如图3.7所示： I 2r I 1 补偿前功率因数1cos ?,补偿后功率因数2cos ?，补偿前后的平均有功功率为 P ，则需要补偿的无功功率容量 )t a n (t a n 21? ?-=P Q 补偿 （3.1） 由于负载功率因数的增加，会使电网给负载供电的线路上的损耗下降， 线损的下降率 %100)cos (3)cos (3)cos ( 3%21 122 2211?-= ?R I R I R I P a a a ???线损 %100)c o s c o s (1221??? ? ???-=?? （3.2） 式中R 为负载侧等值系统阻抗的电阻值。 （2）按母线运行电压的提高计算 ①高压侧无功补偿 无功补偿装置直接在高压侧母线补偿，系统等值示意图如图3.8所示： 图3.7 电流矢量图

P+jQ 补偿 图中， S U、U分别是系统电压和负载侧电压；jX R+是系统等值阻抗（不 含主变压器高低压绕组阻抗）；jQ P+是负载功率， 补偿 jQ是高压侧无功补偿容 量； 1 U、 2 U分别是补偿装置投入前后的母线电压。 无功补偿装置投入前后，系统电压、母线电压的量值存在如下关系： 无功补偿装置投入前 1 1U QX PR U U S + + ≈ 无功补偿装置投入后 2 2 ) ( U X Q Q PR U U S 补偿 - + + ≈ 所以 2 1 2U X Q U U补偿 ≈ -（3.3） 所以母线高压侧无功补偿容量 ) ( 1 2 2U U X U Q- = 补偿 （3.4） ②主变压器低压侧无功补偿 无功补偿装置在主变压器的低压侧进行无功补偿，系统等值示意图如图3.9所示： P+jQ 补偿 图3.8 系统等值示意图

怎样正确选用电力电容器

怎样正确选用电力电容器，如下几点供用户参考： 无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。无功补偿的合理配置原则,从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。 (1 ) 总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。 (2) 电力部门补偿与用户补偿相结合。 在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。因此， 为了减少无功功率在网络中的输送， 要尽可能地实现就地补偿， 就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。 (3) 分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。 集中补偿， 是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。 分散补偿， 指在配电网 络中分散的负荷区， 如配电线路，

配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补 偿。 集中补偿， 主要是补偿主变压器本身的无功损耗， 以及减少变电所以上输电 线路的无功电力， 从而降低供电网络的无功损耗。 但不能降低配电网络的无功损 耗。 因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。 所以为了有 效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。 (4) 降损与调压相结合，以降损为主。 2、影响功率因数的主要因素 功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外， 还需要无功功率。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。 2. 1 、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。 2. 2 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的 110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。 所以，应当采取措施使

能耗相关计算公式

相关计算公式 1、混合液密度ρ=1?f w?ρo+f w?p w fw——含水率； ρo——油的密度，t/m3； ρw——水的密度，t/m3。 2、有效扬程H=H d+P o?P t?1000 ρ?g +H x?H d?（ρ?ρo） ρ H d——油井动液面深度，m； P0——油管压力，MPa； P t——套管压力，MPa； H x——油管吸入口深度（斜井应是垂直深度），m；ρ——混合液密度，t/m3。 ρ0——原油密度，t/m3。 3、有效功率P2=Q?H?ρ?g 86400 P2——有效功率，kW； Q ——油井产液量，m3/d； H ——有效扬程，m； ρ——混合液密度，t/m3； g ——重力加速度，g =9.8m/s2。 4、吨液百米提升有功耗电量W=P1?24?100 ρ?Q?H d W——吨液百米提升高度有功耗电量，kW·h/（102m·t）；P1——输入功率，kW； Q——油井产液量，m3/d；

ρ——混合液密度，t/m3； H d——油井动液面深度，m。 5、油井百米吨液综合节电率ξ J =W1?W2+K q(Q1?Q2) W1+K q Q1 ?100 ξ J ——综合节电率，％； W1——补偿前吨液百米提升高度有功耗电量，kW·h/（102m·t）；W2——补偿后吨液百米提升高度有功耗电量，kW·h/（102m·t）；Q1——补偿前吨液百米提升高度无功功耗电量，kvar·h /（102m·t）；Q2——补偿后后吨液百米提升高度无功耗电量，kvar·h /（102m·t）；Kq——无功经济当量，kW/kvar。取值按GB/T12497的规定执行。即当电动机直连发电机母线或直连已进行无功补偿的母线时取0.02～0.04；二次变压取0.05～0.07；三次变压取0.08～0.1。当电网采取无功补偿时，应从补偿端计算电动机的电源变压次数。

并联电容器无功补偿及其正确使用

并联电容器无功补偿及其正确使用 异步电动机的无功就地补偿技术，近些年来得到推广应用。就地补偿方式的主要优点是：所需设备少，投资少，运行可靠，维护方便，特别对单机容量较大，运行时间长，距离电源较远的电动机更为适用。它对减少企业电能损失，提高电压质量有重大意义。采用并联电容器进行无功补偿，其主要作用是：1、补偿无功功率，提高功率因数；2、提高设备出力；3、降低功率损耗和电能损失；4、改善电压质量。一般工矿企业要求功率因数必须大于0.9，为提高功率因数常采用变电所集中补偿和就地补偿或两者结合使用。无功补偿容量按下式计算：Q=P（tgθ1—tgθ2），其中tgθ1、tgθ2为补偿前后的正切值，在补偿前后，由于有功功率不变，有功功率损耗值也无改变，但是，无功功率发生了变化，由Q降低为Q—Q C,故通过输、变配、用电设备有效电阻R时，有功功率的损耗由降低为ΔP2Q，所以并联电容器补偿的经济当量为K C=ΔP1Q—ΔP2Q=[Q2/U2*10-3—（Q-Q C）2/U2*R*10-3]/ Q C=（2Q- Q C）/ U2Q（2- Q C/Q）=ΔP1Q/Q（2- Q C/Q），可见采取并联电容器补偿的经济当量的大小取决于补偿容量与无功功率的比值。并且还表明，K C与两个因素有关：一是与ΔP1Q/Q成正比，二是与（2- Q C/Q）成正比。由于Q C可大可小，从自身效益和社会效益整体来考虑，多少合适，这是一个值得研究的问题。（1）、当Q C《Q时，2- Q C/Q≈2，这种情况等于没有补偿，谈不上降低有功功率的损耗。（2）、当Q C≈Q 时，2- Q C/Q≈1，这种情况等于全补偿，因负荷的变化，有时会出现

无功补偿计算公式

1、无功补偿需求量计算公式： 补偿前：有功功率：P 1= S 1 *COS 1 ? 有功功率：Q 1= S 1 *SIN 1 ? 补偿后：有功功率不变，功率因数提升至COS 2 ?， 则补偿后视在功率为：S 2= P 1 /COS 2 ?= S 1 *COS 1 ?/COS 2 ? 补偿后的无功功率为：Q 2= S 2 *SIN 2 ? = S 1 *COS 1 ?*SIN 2 ?/COS 2 ? 补偿前后的无功差值即为补偿容量，则需求的补偿容量为： Q=Q 1- Q 2 = S 1*( SIN 1 ?-COS 1 ?*SIN 2 ?/COS 2 ?) = S 1*COS 1 ?*(1 1 1 2 - ? COS —1 1 2 2 - ? COS ) 其中：S 1-----补偿前视在功率；P 1 -----补偿前有功功率 Q 1-----补偿前无功功率；COS 1 ?-----补偿前功率因数 S 2-----补偿后视在功率；P 2 -----补偿后有功功率 Q 2-----补偿后无功功率；COS 2 ?-----补偿后功率因数

2、据此公式计算，如果需要将功率因数提升至0.9，在30%无功补偿情况下，起始功率因数为： Q=S*COS 1?*(1112-?COS —112 2-?COS ) 其中Q=S*30%，则： 0.3= COS 1?* (111 2-?COS —19.012-) COS 1?=0.749 即：当起始功率因数为0.749时，在补偿量为30%的情况下，可以将功率因数正好提升至0.9。 3、据此公式计算，如果需要将功率因数提升至0.9，在40%无功补偿情况下，起始功率因数为： Q=S*COS 1?*(1112-?COS —112 2-?COS ) 其中Q=S*40%，则： 0.4= COS 1?* (111 2-?COS —19.012-) COS 1?=0.683 即：当起始功率因数为0.683时，在补偿量为40%的情况下，可以将功率因数正好提升至0.9。

如何根据电力变压器容量选择无功补偿电容器的大小

如何根据电力变压器容量选择无功补偿电容器的大小 怎样正确选用电力电容器，如下几点供用户参考： 1、用户购买电力电容器最好直接到生产厂家或由生产厂家授权的代理商处购买，这样防止购买假冒伪劣的产品。 2、用户在选用电力电容器时，应注意电力电容器的产品外观是否完整，有无碰损，及生产厂家的名牌、厂址、质保卡、合格证、说明书等是否齐全。（厂名不全，如“威斯康电气公司”就是厂名不全，齐全的厂名应如“上海威斯康电气有限公司”。通讯地址等不详的产品，用户最好不要购买，以防发生意外事故。）购买前最好与生厂厂家联系证实一下产品售后服务等情况。 3、用户在购买电力电容器时，还应注意标牌上的各种数据：如额定电量KVAR、电容量uf、电流是否对，最好用UF表测量一下，用兆欧表测一下绝缘电阻，生产成套装置的厂家有条件的话可抽查耐压是否符合国家标准。 用户购买电力电容器时，不能只讲究价格便宜，俗话说“便宜没好货、好货不便宜”。一般电容器产品的价格差异是基于其成本的高低。如原材料的优劣：制造电力电容器的电容膜，有铝膜与锌铝膜两种，两者的价格相差很大，用锌铝膜制造的电容器相对成本高，当然质量也不同。此外，电容膜的优质一等品与二等品的价格不同，质量也不同。因此，用户在购买电容器时，价格是次要的，产品的质量才是最重要的。 4、安装使 用电力电容器，安全可靠的方法是：安装之前，将每台电力电容器测量后，将产品序号做好纪录，再依次安装。值得注意的一点，生产成套装置的厂家应考虑到电容补偿柜的运输问题。如果将电容器安装好后运输，很容易造成电容器因运输途中的路面颠簸而碰撞损坏（特别是容量大的电容器因其自身高度和重量，最易因此受到损坏）。方便而有效的解决办法是：在起始点对电容补偿柜装上电容器进行测试后，将电容补偿柜（空柜）和电力电容器分开运输，直到最终目的地（直接用户处）再进行安装。 用户只要对电力电容器选用得当，可为企业提高经济效益，为设备运行与人身财产提供安全的保证。 二、对环境的原因直接影响到电力电容器的寿命。电压过高与冲击电流对电力电容器是致命损害。所以选用电力电容器时，应向生产厂家提供下列几点情况，这样生产厂家可为用户生产专用的电容器。 1、电力电容器设计温度标准45℃，超过45℃对电容器影响很大。（如上海虹桥机场国内候机楼配电房，其里面温度比外界的自然温度高出许多，普通电容器被封闭在柜子里，温度则更高。导致电容器在高温状态下发热过度，引起膨胀、漏液。而

无功补偿装置、电容器及运行维护

第13章 无功补偿装置、电容器及运行维护 （1）工厂的功率因数：工厂的功率因数cos ?有以下几种。 1）瞬时功率因数。瞬时功率因数可由功率因数表（也称相位表）直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求得 cos ?= 式中 P ——功率表测出的三相有功功率读数（kW ）； U ——电压表测得的线电压读数（kV ）； I ——电流表测出的线电流读数（A ）。 瞬时功率因数主要用来分析工厂或设备在生产过程中某一时间内所具有的功率因数值，同时可以了解当时的无功功率变化情况，决定是否需要以及采取什么方式进行无功补偿等技术问题。 2）平均功率因数。平均功率因数是指某一规定时间内功率因数的平均值，又称加权平均功率因数。对于投产一年以上的工厂，平均功率因数可按下式计算 cos W ?== 式中 W p ——某一段时间（通常取一个月）内消耗的有功电能，由有功电能表读取； W q ——某一段时间（通常取一个月）内所消耗的无功电能，由无功电能表读取。 对于正在设计中的工厂，无法知道W p 和W q 的准确数值，或刚投产时间不长的工厂的平均功率可按下式计算 cos φ= 式中 P 30——工厂低压侧总有功计算负荷； Q 30——低压侧总无功计算负荷；

α、β——计算系数，其大小与工厂生产工作制有关。一班制：α=~，β=~；二班 制：α=~，β=~；三班制：α=~，β=~。 3）最大负荷时的功率因数。指在计算负荷最大时所具有的功率因数，按下式计算 3030 cos P S ?= 在《供电营业规则》中规定：变压器容量在100kVA 及以上的高压供电的用户，在系统高峰用电时，其功率因数必须达到~以上，其它电力用户和大型排灌站以及趸购转售电企业，其功率因数最低不得低于，凡功率因数达不到此规定值的工厂必须进行无功补偿。这里所反映的功率因数就是指最大负荷时所具有的功率因数。 （2） 无功功率补偿：在工厂中由于使用大量的感应电动机、电焊机、电弧炉、气体放电灯以及电力变压器这些感性负荷，会使供电系统的功率因数下降。如果供电系统长期在低功率因数会造成电网无功电流过大，使电网电能损耗和电压损耗增加，浪费大量的能源和资源。因此功率因数达不到电业部门规定的数值时，必须进行无功补偿。目前工厂广泛应用并联电容器进行无功补偿。 图1表明了提高功率因数与无功功率和视在功率变化的关系。 从图中可以看出，功率因数由cos ?提高到cos '?时，若用户需用的P 30不变，无功功率将由原来的30Q 减小到'30Q ；视在功率也由原来的S 30减小到' 30S 。此时负荷电流I 30将得以减小，这将会使电网上的电流下降，使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，这样既节约了电能，又提高了电压质量，而且可以减小供电设备的容量和导线电缆的截面。因此提高功率因数对供电系统大有好处。 由图2-9还可知，要使功率因数由cos ?提高到cos '?，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其补偿容量为 ()''303030tan tan C Q Q Q P φφ=-=- 或

电容器自动补偿原理及无功补偿计算

一、KL-4T 智能无功功率自动补偿控制器 1、补偿原理 JKL-4T 智能无功功率自动补偿控制器采用单片机技术，投入 区域、延时时间、过压切除门限等参数已内部设定，利用程序 控制固态继电器和交流接触器复合工作方式，投切电容器的瞬 间过渡过程由固态继电器执行，正常工作由接触器执行(投入 电容时，先触发固态继电器导通，再操作交流接触器上电，然 后关断固态继电器；切除电容时先触发固态继电器导通，再操 作交流接触器断电，然后关断固态继电器)，具有电压过零投 入、电流过零切除、无拉弧、低功耗等特点。 2、计算方法及投切依据 以电压为判据进行控制,无需电流互感器，适用于末端补偿，以保证用户电压水平。 1)电压投切门限 投入电压门限范围 175V ～210V 出厂预 置 175V 切除电压门限范围 230V ～240V 出厂预 置 232V 回差 0V ～22V 出厂预置 22V 2)欠压保护门限（电压下限）170V ～175V 出厂预 置 170V 3)过压保护门限（电压上限）242V ～260V 出厂预 置 242V

4)投切延时 1S ～600S 出厂预 置 30S 3、常见故障及处理办法 用户端电压过低而电容器不能投入。 1）电压低于欠压保护门限。 2）三相电压严重不平衡。 二、JKL-4C 无功补偿控制器 1、补偿原理 JKL-4C 无功补偿控制器采用单片机技术，投切组数、投切门限、延时时间、过压切除门限等参数可由用户自行整定。取样物理量为无功电流，取样信号相序自动鉴别、转换、无须提供互感器变比及补偿电容容量，自行整定投切门限，满量程跟踪补偿，无投切振荡，适应于谐波含量较大的恶劣现场工作。 2、计算方法及投切依据 依据《DL/T597-1996低压无功补偿器订货技术条件》无功电 流投切，目标功率因数为限制条件。 1）当电网功率因数低于COSФ预置且电网无功电流大于1.1Ic 时（Ic为电容器所产生无功电流，由控制器自动计算）， 超过延时时间，补偿电容器自动投入。 2）当相位超前或电压处于过压、欠压状态时，控制器切除电容器。 3、常见故障及处理办法 1）显示-.50 。取样电压电流线接错，应为线电压和另外一相流。 2）功率因数显示较低而不投入电容。目标功率因数设置过低或负荷过小或者过压保护门限设置过低。 三、PDK2000配电综合测控仪 1、补偿原理 PDK2000配电综合测控仪采用DSP技术，其控制部分包括投 切组数、投切门限、编码方式、延时时间、过压切除门限等参 数可由用户自行整定。取样物理量为无功功率，取样信号相序 自动鉴别、转换，满量程编码跟踪补偿，无投切振荡，适应于 精确补偿的现场工作。 2、计算方法及投切依据 依据《DL/T597-1996低压无功补偿器订货技术条件》无功功率投切，目标功率因数为限制条件。