【正文】 無功補償?shù)脑瓌t及組合元件 無功補償投切方式 延時投切方式 瞬時投切方式 混合投切方式 無功功率補償裝置的選擇 無功功率（無功電流）型控制器 用于動態(tài)補償?shù)目刂破鞯?章 無功補償計算 交流電動機就地?zé)o功補償容量的計算及應(yīng)用 三相異步電動機的機械特性 電動機的功率因數(shù) 電動機無功補償?shù)姆诸?三相異步電動機就地?zé)o功補償容量計算 無功就地補償?shù)挠嬎愎?KL4T 智能無功功率自動補償控制器簡述 補償原理 計算方法及投切依據(jù) 常見故障及處理辦法 PDK2000配電綜合測控儀 補償原理 計算方法及投切依據(jù)第4章 小結(jié)參考文獻(xiàn) 致 謝 交流電機就地?zé)o功補償?shù)难芯空? 要隨著工業(yè)化程度的加速發(fā)展，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展。三相異步電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活中卻有極其廣泛的應(yīng)用。近年來節(jié)能工作越來越成為人們關(guān)注的問題，有效合理地使用能源是促進(jìn)企發(fā)展、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)增長質(zhì)量和效益的有效途徑。關(guān)鍵字：功率因數(shù)，并聯(lián)電容器，無功補償，自動投切 第1章 引 言 什么是無功補償無功功率補償，簡稱無功補償，在電子供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。交流電在通過純電阻的時候,電能都轉(zhuǎn)成了熱能,而在通過純?nèi)菪曰蛘呒兏行载?fù)載的時候,不可能為純?nèi)菪载?fù)載或者純感性負(fù)載,一般都是混合性負(fù)載,這樣電流在通過它們的時候,就有部分電能不做功,就是無功功率,此時的功率因數(shù)小于1,為了提高電能的利用率,就要進(jìn)行無功補償。 在小系統(tǒng)中，通過恰當(dāng)?shù)臒o功補償方法還可以調(diào)整三相不平衡電流。因此，對于三相電流不平衡的系統(tǒng)，只要恰當(dāng)?shù)卦诟飨嗯c相之間以及各相與零線之間接入不同容量的電容器，不但可以將各相的功率因數(shù)均補償至1，而且可以使各相的有功電流達(dá)到平衡狀態(tài)。一是有功功率。不消耗電能。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補償。這些無功功率如果不能及時地得到補償?shù)脑?，會對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響。隨著電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各個工業(yè)部門都采用大功率的硅整流設(shè)備，這些大型非線性整流負(fù)荷在運行中引起的功率因數(shù)下降、電壓波動、閃變、三相不平衡以及波形畸變等一系列問題，已構(gòu)成派生性的電網(wǎng)“公害，嚴(yán)重的影響著整個電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運行。在電力系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的問題目益突出，大功率沖擊性負(fù)荷和不平衡負(fù)荷也日益嚴(yán)重，沖擊性的無功功率的負(fù)載，會使電壓產(chǎn)生劇烈的波動，例如電弧爐、軋鋼機等大型設(shè)備會產(chǎn)生頻繁的無功功率沖擊，使電網(wǎng)的供電質(zhì)量更加惡化。有效和經(jīng)濟(jì)的方法是采用相應(yīng)的動態(tài)無功功率補償。 無功補償技術(shù)的歷程早期的無功補償技術(shù)主要用于運動無功補償裝置中，該類型裝置的典型代表是同步調(diào)相機，同步調(diào)相機是一種旋轉(zhuǎn)的機械，其損耗、噪聲都很大，屬于運動無功補償裝置，能進(jìn)行動態(tài)的無功補償。對同步電動機來說，補償運行方式實質(zhì)上就是在過勵或欠勵的情況下空載運行的方式。同步調(diào)相機屬于一個均勻調(diào)整的容性或感性負(fù)荷。同步調(diào)相機能像同步發(fā)電機一樣地快速增加勵磁，這對供電網(wǎng)在事故時恢復(fù)正常運行狀態(tài)來說具有很大意義。隨著控制技術(shù)的進(jìn)步，它正被靜止無功補償裝置（SVC）所取代。早期的SVC是飽和電抗器（SR）型的，盡管它具有靜止型的優(yōu)點，但它需要工作在飽和狀態(tài)，損耗和噪聲都很大，而且存在非線性的問題，因而未能占據(jù)SVC 的主流。并聯(lián)電容器補償可采用固定電容器（FC）補償和開關(guān)投切電容器自動補償兩種形式。早期的動態(tài)無功補償裝置多采用接觸器來投切電容器，但此類產(chǎn)品在投入時電容器的初始電壓為零，而在合閘瞬間，電網(wǎng)電壓又往往不為零，使加在電容器兩端的電壓突然升高，進(jìn)而產(chǎn)生一個很大的沖擊涌流。這種機械開關(guān)投切速度較慢，不能快速跟蹤負(fù)荷無功功率的變化；而且投切電容器時常會引起較為嚴(yán)重的沖擊涌流和操作過電壓，可能使電容器承受過電壓而擊穿；接觸器觸頭易受電弧作用而燒毀或粘結(jié)，嚴(yán)重影響開關(guān)本身的使用壽命。以此類接觸器投切電容器，涌流一般能控制在額定電流的20倍以內(nèi)（通常為100倍左右）。因此它逐漸被無觸點的電力電子器件所代替。1978年，在美國電力研究院（EPRI）的支持下，西屋電氣公司（Westinghouse Electric Corp）制造的使用可控硅控制的靜止無功補償裝置投入實際運行。此類產(chǎn)品采用單片機控制大功率可控硅，在檢測到電網(wǎng)電壓過零時，開關(guān)觸發(fā)導(dǎo)通，電容器上電壓緩慢上升而無合閘涌流沖擊，從根本上解決了電力電容器投切時交流接觸器經(jīng)常燒結(jié)而損壞的不良情況。通過分析這兩種不同開關(guān)的特點可知：機械式接觸器不能準(zhǔn)確地做到開關(guān)兩端電壓過零時閉合，在電流過零時切斷，而無觸點可控硅能做到這一點。后來，市場上就有了復(fù)合開關(guān)的出現(xiàn)，它采用無觸點開關(guān)和機械開關(guān)并聯(lián)的工作結(jié)構(gòu)，投切瞬間無觸點可控硅導(dǎo)通，正常工作時機械觸點接入回路并且可控硅退出工作，這樣很好地解決了沖擊涌流和諧波問題，使復(fù)合開關(guān)具有使用壽命長，動作可靠的特點。 無功補償?shù)囊饬x無功補償?shù)囊饬x： ⑴補償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。因此，對新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補償，便可以減少設(shè)計容量，從而減少投資。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實施無功補償勢在必行。 加裝無功補償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。 ② 功率因數(shù)越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下， 就三種補償方式而言，無功就地補償克服了集中補償和分組補償?shù)娜秉c，是一種較為完善的補償方式： ⑴因電容器與電動機直接并聯(lián)，同時投入或停用，可使無功不倒流，保證用戶功率因數(shù)始終處于滯后狀態(tài)，既有利于用戶，也有利于電網(wǎng)。 無功就地補償容量可以根據(jù)以下經(jīng)驗公式確定：Q≤UΙ0式中：Q無功補償容量（kvar）；U電動機的額定電壓（V）；Ι0電動機空載電流（A）；但是無功就地補償也有其缺點：⑴不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償；眾所周之，無功補償按其安裝位置和接線方法可分為：高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。為此，這三種補償方式各有應(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實際確定使用場合，各司其職。 電容器外熔斷器在投切電容器組及運行中常發(fā)生熔斷。 針對以上問題，我們認(rèn)為有必要進(jìn)行專題研究，對無功補償設(shè)備進(jìn)行綜合整治，以達(dá)到無功補償設(shè)備使用化運行，提高電網(wǎng)電壓無功質(zhì)量和電能合格率。 電容器外熔斷器經(jīng)常發(fā)生熔斷，主要是合閘涌流對熔斷器的沖擊或者熔斷器額定電流的選擇偏小造成的，或是不同電抗率組別的電容器組投切順序不當(dāng)所致。電感性電氣設(shè)備如電動機和變壓器等由于在運行時需要建立磁場，此時所消耗的能量不能轉(zhuǎn)化為有功功率，故被稱為無功功率Q。在選擇變配電設(shè)備時所根據(jù)的是視在功率S，即有功功率和無功功率的幾何和：S =（P2 + Q2）1/2無功功率為:Q=（S2 P2）1/2有功功率與視在功率的比值為功率因數(shù):cosf=P/S無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負(fù)荷，使電網(wǎng)損耗增加，故需對其進(jìn)行就近和就地補償。當(dāng)容性無功功率QC等于感性無功功率QL時，電網(wǎng)只傳輸有功功率P。如果選擇電容器功率為Qc，則功率因數(shù)為：cosf= P/ (P2 + (QL QC)2)1/2在實際工程中首先應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況和供電部門的要求確定補償后所需達(dá)到的功率因數(shù)值，然后再計算電容器的安裝容量：Qc = P(tanf1 tanf2)式中:Qc一電容器的安裝容量，kvarP一系統(tǒng)的有功功率，kWtanf1一補償前的功率因數(shù)角tanf2一補償后的功率因數(shù)角 無功功率補償： 無功功率補償?shù)幕驹硎前丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時，感性負(fù)荷吸收能量；而感性負(fù)荷釋放能量時，容性負(fù)荷卻在吸收能量，能量在兩種負(fù)荷之間互相交換。力率電費：是指電力用戶感性負(fù)載無功消耗量過大，造成功率因數(shù)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，從而按電費額的百分比追收的電費（詳細(xì)了解力率電費調(diào)整辦法）。是通過過零模塊對可控硅兩端進(jìn)行采樣，當(dāng)可控硅兩端電壓為零時，觸發(fā)可控硅，使電容器投入或切除。涌流及過電壓：涌流是將電容器投入時瞬間產(chǎn)生的電流．如接觸器投入電容器時采用不了過零點，所以當(dāng)電容器投入時瞬間相當(dāng)于短路，產(chǎn)生的電流會比電容器額定電流大幾十倍或上百倍．同時會將電容器的極板的許多耐壓薄弱點擊穿，造成電容器無法儲存能量，影響電容器的使用壽命．所以接觸器式電容柜不可以頻繁投切。投切振蕩：當(dāng)投入電容器時出現(xiàn)過補償，切除后又欠補償，造成電容器來回頻繁投切，產(chǎn)生振蕩。過補是指用電系統(tǒng)中容性無功大于感性無功。無編碼：可做10路，每路10KVAR，以10KVAR等級投切。兩種方法比較起來都以10KVAR等級進(jìn)行投切，無編碼用了10路，而有編碼的只用了6路就可達(dá)到同樣的效果，減少了4回路。響應(yīng)速度：接觸器動作時間為幾百毫秒。（電子）諧 波：是由于非線性負(fù)載所引起電壓及電流的畸變，污染電網(wǎng)，是電氣設(shè)備的一種公害。如果長期向電網(wǎng)反送大量的無功，將會引起電網(wǎng)電壓升高造成對電網(wǎng)的污染，嚴(yán)重時會造成電網(wǎng)崩潰耗．（電業(yè)局不允許長期向電網(wǎng)反送無功）。1. 功率因數(shù)：用功率因數(shù)作為電容器投切信號的一種方式。減少了動作次數(shù)。就地補償是指針對于某一臺設(shè)備進(jìn)行補償，安裝在設(shè)備附近，具有投資少、體積小、安裝方便，補償效果好等特點．就地補償適用于單臺設(shè)備容量較大，電力用戶輸電線路較長。使電壓質(zhì)量得到保證，減少線路損耗。 有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊?無功功率決不是無用功率，它的用處很大。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。 打個比方，農(nóng)村修水利需要開挖土方運土，運土?xí)r用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐并不是沒用，沒有竹筐泥土怎么能運到堤上? 在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。 但是從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補償。 不過在確定無功補償容量時應(yīng)注意在輕負(fù)荷時要避免過補償，倒送無功功率勢必造成功率損耗增加；另外功率因數(shù)越高，補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分。,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,熱能,化學(xué)能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱為有功功率。只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能,這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件,并且,這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電流超前于電壓90℃.而電流在電容元件中作功時,電流滯后電壓90℃.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180℃.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,從而提高電能作功的能力,這就是無功補償?shù)牡览? 補償以后好處顯而易見：(1)補償無功功率,可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)(2)減少發(fā),供電設(shè)備的設(shè)計容量,減少投資,例如當(dāng)功率因數(shù)cosΦ==,。高壓補償與低壓補償相結(jié)合,以低壓補償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主的原則.低壓無功補償設(shè)備的組合元件：①無功功率自動補償控制器根據(jù)電網(wǎng)無功功率是否達(dá)到無功設(shè)定值來控制電力電容器的投入和切除,并且有過,欠電壓保護(hù)功能 ②無觸點可控硅模塊或智能復(fù)合開關(guān)③電容器(內(nèi)帶放電電阻)④熔斷器⑤電流互感器 ⑥避雷器⑦開關(guān)⑧電抗器(對無觸點開關(guān)起到過電流保護(hù)作用。其中就地補償區(qū)域最大，效果也好。高壓集中補償和低壓分組補償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬^小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。 延時投切方式延時投切方式即俗稱的靜態(tài)補償方式。 延時投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復(fù)合開關(guān)或者同步開關(guān)。在投入過程中輔助接點先閉合，與輔助接點串聯(lián)的電阻使電容器預(yù)充電，然后主接點再閉合，于是就限制了電容器投入時的涌流。但是復(fù)合開關(guān)既使用晶閘管又使用繼電器，于是結(jié)構(gòu)就變得比較復(fù)雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對過流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。對于控制電容器的同步開關(guān)，就是要在接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現(xiàn)電容器的無涌流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現(xiàn)開關(guān)接點的無電弧分?jǐn)?。同步開關(guān)是傳統(tǒng)機械開關(guān)與現(xiàn)代電子技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，使機械開關(guān)在具有獨特技術(shù)性能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。通過補償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量，來決定電容器的投切，這個物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率。當(dāng)這個物理量滿足要求時，如cosΦ超前且，滯后且，在這個范圍內(nèi)，此時控制器沒有控制信號發(fā)出，這時已投入的電容器組不退出，沒投入的電容器組也不投入。當(dāng)檢測到超前信號如cosΦ,即呈容性載荷時，那么控制器就逐一切除電容器組。如果把延時時間整定為300s，而這套補償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時間就為50分鐘，切除也這樣。如果將延時時間整定的很短，或沒有設(shè)定延時時間，就可能會出現(xiàn)這樣的情況。是否能形成振蕩與負(fù)載的性質(zhì)有密切關(guān)系，所以說這個參數(shù)需