[科普中国]-电容补偿

电容补偿就是无功补偿或者功率因数补偿。电力系统的用电设备在使用时会产生无功功率，而且通常是电感性的，它会使电源的容量使用效率降低，而通过在系统中适当地增加电容的方式就可以得以改善。 电力电容补偿也称功率因数补偿，（电压补偿，电流补偿，相位补偿的综合）。

电容的作用1、电容在交流电路里可将电压维持在较高的平均值。近峰值，高充低放，可改善增加电路电压的稳定性。

2、对大电流负载的突发启动给予电流补偿，电力补偿电容组可提供巨大的瞬间电流，可减少对电网的冲击。

3、电路里大量的感性负载会使电网的相位产生偏差，（感性元件会使交流电流相位滞后，电压相位超前90度），而电容在电路里的特性与电感正好相反，起补偿作用。

电容补偿的原理在交流电路中，电阻、电感、电容元件的电压、电流的相位特点为在纯电阻电路中，电流与电压同相位；在纯电容电路中电流超前电压90°；在纯电感电路中电流滞后电压90°。从供电角度，理想的负载是P与S相等，功率因数cosφ为1。此时的供电设备的利用率为最高。而在实际上是不可能的，只有假设系统中的负荷，全部为电阻性才有这种可能。电路中的大多数用电负荷设备的性质都为电感性，这就造成系统总电流滞后电压，使得在功率因数三角形中，无功Q边加大，则功率因数降低，供电设备的效率下降。

功率三角形是一个直角三角形，用cosφ（即φ角的余弦）来反映用电质量的高低，大量的感性负载使得在电力系统中，从发电一直到用电的电力设备没有得到充分的应用，相当一部分电能，经发、输、变、配电系统与用户设备之间进行往返交换。

从另一个方面来认识无功功率，无功功率并非无用，它是感性设备建立磁场的必要条件，没有无功功率，我们的变压器和电动机就无法正常工作。因此，设法解决减少无功功率才是正解。

实际应用中，电容电流与电感电流相位差为180°称作互为反相，可以利用这一互补特性，在配电系统中并联相应数量的电容器。用超前于电压的无功容性电流抵消滞后于电压的无功感性电流，使系统中的有功功率成分增加，cosφ得到提高，实现了无功电流在系统内部设备之间互相交换。这样就减少了无功占用的部分电源设备容量，从而提高了系统的功率因数，从而也就提高了电能的利用率。

对功率三角形以及RLC混联电路中的电压与电流的特点和变化规律如图所示。电路的两个支路中，电阻和电感组成RL支路，它的电流相位由于电阻R与电感L的串联作用，显然与电压的相位存在着滞后，电阻的存在使得这种滞后不再是90°，在阻抗三角形中，它取决于电阻R与感抗XL的比值。

按平行四边形作法，可以根据其电阻和电感的数值得到阻抗三角形，并得到φ1的角度。而在另一个支路中，电容Ic的电流相位则超前电压90°。系统中的总电流不是以上两者的代数和，而是电容与电感和电阻电流的相量和。由此可见，在补偿电容投入后，由于电容电流抵消了一部分电感电流后，仍按平行四边形作法得到φ2的角度。由此可见φ2的角度比φ1小；其余弦值cosφ得到提高，无功功率减小，降低了系统的总电流。1

补偿的基本原则1．欠补偿

补偿的电容电流要求小于被抵消的电感电流。补偿后仍存在一定数量的感性无功电流，令cosφ小于1但接近1。

2．全补偿

按照感性实际负荷电流配置电容器，IC=IL将感性电流用容性电流全部抵消掉，令cosφ等于1。

3．过补偿

大量投入电容器，在全部抵消掉电感电流后，还剩余一部分电容电流，此时原感性负载转化为容性负荷性质。功率因数cosφ仍然小于1。

在以上的三种情况中，按电路规律进行分析后，确定补偿的基本原则为欠补偿最为合理。全补偿在RLC混联电路中，如若电感电流与电容电流相等时，系统中就会发生电流谐振，设备中将产生几倍于额定值的冲击电流，危及系统和设备安全。

过补偿既不经济也不合理，当系统负载性质转换为容性时，在功率因数超过1以后，反而降低。而且在超过l的同时也可能引起电路电流谐振。以上两种补偿方式显然都不可取。

补偿的基本原则就是必须采用欠补偿方式，补偿后的功率因数则要求小于1，并且尽量接近1。为了防止谐振，一般将上限确定在0.95。1

设计参考一般来说，低压电容补偿柜由柜壳、母线、断路器、隔离开关，热继电器、接触器、避雷器、电容器、电抗器、一、二次导线、端子排、功率因数自动补偿控制装置、盘面仪表等组成。

负荷中非线性成份（谐波）的存在，会使电容电路中除工频基波电流流过外，还有其它高频（高次谐波）电流流过电容电路，使电容器产生过压、过流、超容、超温等情况而损坏，或电容器组投不上等情况；对这种场合，除可以选用专用“滤波电容器”增加自身的抵抗能力外（价格要高些）；还可以通过选配合适的电抗器组成滤波回路，滤去某次较强的高次谐波；选择额定电压高一些的电容器，也是减少谐波事故的方法之一。

容量为700KW的负荷，可以先测量一下其自然功率因数值，就是全部负荷起动情况下，不带电容器时的功率因数值。若没有办法精确测量，估计你大部分负荷都是电机，以功率因数cosφ1=0.70估算，若要在额定状态下，将其功率因数提高到0.90，则需要补偿电容器容量为：

补偿前：cosφ1=0.70，φ1=0.7953，tgφ1=1.020

补偿后：cosφ2=0.90，φ2=0.451，tgφ2=0.483

Qc=Pe**·**（tgφ1-tgφ2）=700×（1.020-0.483）=375.9（Kvar）

取整，约需要补偿378Kvar的电容器，若选择单台14Kvar的电容器组，则需要27块。

（我们行业内接触的最大的是单台30Kvar的电容器组，一个柜内可安装12组。我们补偿前大约cosφ1=0.75，相应的tgφ1=0.882，则Qc=Pe**·（tgφ1-tgφ2）=Pe·**（0.882-0.483）=XXX（Kvar），市面上的价格大约是每Kvar=220元。）2

高压无功补偿装置一、概述

GWB-Z型高压无功自动补偿装置，适用于6KV、10KV的大中型工矿企业等负荷波动较大、功率因数需经常调节的变电站配电系统。本装置是根据系统电压和无功缺额等因素，通过综合测算，自动投切电容器组，以提高电压质量、改善功率因数及减少线损。本装置适用于无人值守变电站和谐波电压、谐波电流满足国际GB/T14549-93规定允许值的场合。如现场谐波条件超标，可根据情况配备1%～13%的电抗以抗拒谐波进入补偿设备。

二、结构及基本工作原理

GWB-Z型高压无功自动补偿装置，由控制器、高压真空开关或真空接触器、高压电容器组、电抗器、放电线圈、避雷器和一些必要的保护辅助设备组成。GWB-Z型数字式高压无功自动补偿控制器是根据九区图结合模糊控制原理、按电压优先和负荷无功功率以及投切次数限量等要求决定是否投切电容器组，使母线电压始终处于标准范围内，确保不过补最大限度减少损耗。在电压允许的范围内依据负荷的无功要求将电容器组一次投切到位。在投入电容器之前预算电压升高量，如果超标则降低容量投入或不投入。异常情况时控制器发出指令退出所有电容器组，同时发出声光报警。故障排除后，手动解除报警才能再次投入自动工作方式。

三、技术特征

1、电压优先

按电压质量要求自动投切电容器，电压超出最高设定值时，逐步切除电容器组，直到电压合格为止。电压低于最低设定值时，在保证不过载的条件下逐步投入电容器组，使母线电压始终处于规定范围。

2、无功自动补偿功能

在电压优先原则下，依据负荷无功功率大小自动投切电容器组，使系统始终处于无功损耗最小状态。

3、智能控制功能

自动发出动作指令前首先探询动作后可能出现的所有超限定值，减少动作次数。

4、异常报警功能

当电容器控制回路继保动作拒动和控制器则自动闭锁改组电容器的自动控制。

5、模糊控制功能

当系统处于电压合格范围的高端且在某特定环境时如何实施综控原则是该系列产品设计的难点，由于现场诸多因素（如配置环境、受电状况、动作时间、用户对动作次数的限制等）而引起的频繁动作是用户最为担忧的，应用模糊控制正是考虑了以上诸多因素使这一“盲区”得到合理解决。

6、综合保护功能

每套装置有开关保护（选配），过压、失压、过流（短路）和零序继电保护、双星形不平衡保护、熔断器过流保护、氧化锌避雷器、接地保护、速断保护等。

四、主要技术参数

1、额定电压（AC） 6KV、10KV

2、系统电压取样（AC） 100V（PT二次线电压）

3、交流电流取样 0～5A（若PT取10KV侧二次A、C相线电压时，CT应取B相电流）

4、电压整定值 6～6.6KV 10～11KV可调

5、动作间隔时间 1～60分钟可调

6、功率因数整定值 0.8～0.99可调

7、电流互感器变化 50～5000/5A可调

8、动作需系统稳定时间 2～10分钟可调

五、使用环境

1、环境温度 -15℃～+45℃

2、相对湿度 ≤85%

3、海拔高度 ≤2000m（2000m以上采用高原型）

4、周围介质无爆炸及易燃危险品、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘挨、安装地点无剧烈振动、无颠簸。

5、供电电源符合国家标准规定，没有较强的谐波分量。3

低压无功动态装置一、概述

WDB-K型低压无功动态补偿装置采用大功率晶闸管投切开关，控制器可根据系统电压，无功功率、两相准则控制晶闸管开关对多级电容器组进行快速投切。晶闸管开关采用过零触发方式，可实现电容器无涌流无冲击投入，达到稳定系统电压、补偿电网无功、改善功率因数、提高变压器承载能力的目的。可广泛应用于电力、冶金、石油、港口、化工、建材等工矿企业及小区配电系统。

二、装置结构及主要元件技术性能

1、装置结构

WDB-K型低压无功动态补偿装置由控制器、无触点开关组、并联电容器组、电抗器、放电装置及保护回路组成，整机设计为机电一体化。

2、主要元件技术性能

（1）控制器

WDB-K型低压无功动态补偿装置控制器为全新数字化设计、软硬件模块化、集成度高、电磁兼容、抗干扰能力强，有12个输出端子，可实现分相、平衡、分相加平衡三种方式补偿。适用范围广，可满足不同性质负荷的补偿需要。可根据系统电压、无功功率控制无触点开关组投切，有手动和自动两种操作模式，并具有过压切除、过压闭锁、欠压切除、超温告警等保护功能。

（2）无触点开关组

无触点开关组是装置的主要执行元件，由晶闸管开关、散热器、风扇、温控开关、过零触发模块及阻容吸收回路构成，一体化设计单组可控最大容量为90kvar，晶闸管开关为进口元件，大功率、安全系数高。

（3）并联电容器组

选用优质自愈式并联电容器，可按不同容量灵活编码组合，投切级数多，大容量补偿可一次到位。

三、基本工作原理

装置工作时由控制器实时监测系统电压及无功功率的变化。当系统电压低于供电标准或无功功率达到所设定电容器组投切门限时，控制器给出投切指令。由过零电路迅速检测晶闸管两端电压（即电容器和系统之间的电压差），当两端电压为零时触发晶闸管，电容器组实现无涌流投入或无涌流切除。

四、主要技术参数

1、额定电压 AC220V/380V±10% 50Hz

2、接线方式 三相四线

3、投切依据 系统电压及无功功率

4、响应时间 ≤20ms

5、投切延时 0.1～30s（连续可调）

6、投切精度 平均≤+2%

7、补偿容量 60kvar～1080kvar

8、投切级数 1～18级

五、使用环境条件

1、工作环境温度 -25℃～+45℃

2、空气相对湿度 ≤85%

3、海拔高度 ≤2000m（2000m以上采用高原型）

4、安装环境 无易燃、易爆、化学腐蚀、水淹及剧烈振动场所

5、安装方式 户内屏式，户外箱式

6、安装条件 电网中谐波含量符合GB/T14549中0.38kV条款的规定

六、保护功能

具有过流、过压、欠压、温度超限多种保护。装置能在外部故障和停电时自动退出运行，送电后自动恢复。3

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学