無功功率范文

導語：如何才能寫好一篇無功功率，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】電力系統 無功功率 無功補償 配置

當前能夠對能源進行有效利用并便于傳輸的供電系統基本上都是交流電形式，即其電壓和電流變化在時間軸上的變化規律是按照正弦周期性變化。

電流及電壓值隨時間軸按正弦方式作周期變化的交流電力系統，是當今有效利用能源、方便傳輸能量、靈活使用能量的有利工具。相比于直流供電形式，交流系統電源主要以兩種方式向負載供應電功率：有功功率及無功功率，有功功率即實現將電能轉為其他用途的功率(如光能、機械能等)，而無功功率則主要在電網線路內部用于電、磁場之間的轉化，以及在一些特殊電器件中形成并保持磁場。在正常情況下電力系統中的無功功率是由異步電動機、電力變壓器，電弧爐和線路無功損耗以及串并聯電抗器等無功負荷產生的，其中電機、變壓器在電網中所占的無功功率比例是最高的，有些甚至占全廠負荷載重的80%之上。若此時電網供給的無功功率不能滿足其負載需求，則無功電源及其負載保持低電壓平衡。由于電力系統運行電壓水平低，會給電力系統帶來一系列危害，表現在以下四個方面：

1 設備出力不足

線路及變壓器裝置允許的通過容量減少，由于并聯電容器與之電壓有平方關系，故其也減少出力，進而造成無功功率更少，導致發電機出力不足，電壓降低幅度在10%到15%，有功、無功功率出力降低約為10%到15%。

2 設備損壞

由于電壓低，用戶電動機出力降低。如果電壓降低20%，電動機轉矩減少36%，電流增加約為20~25%，設備溫度升高12~15%。若電壓降低，則無法帶動電機軸正常運轉，造成其堵轉，繞組形成過電流，因發熱過多而燒壞設備。

3 電力系統損耗增加

線路、變壓器有功損耗和無功損耗增加。如果線路電壓平均降低15%，線路損耗增加大約32%。

4 電力系統穩定度降低

若電網系統的無功功率不足時，則發電機無功出力將被迫增大，同時受端系統的電壓值降低。若送電線路突發故障時，電源供給的無功功率更小，則受端系統的電壓降低幅度更大，若電壓降到低于額定值的70%或更多，則可能會造成電壓崩潰，進而造成斷電。

由于無功不足帶來的危害極大，需要用無功補償設備補償系統中無功功率的不足，以維持整個系統的無功平衡和穩定。電容器、調相機和靜止無功補償器是無功補償的主要設備，而其中的電容器具有小成本投入、有功功耗低且運維管理便利等特點，因而常使用并聯形式的電容器用于電網運行系統中的無功功率補償器件。當其連接到電網線路時，需注意以下要求：

（1）為降低因無功功率在傳輸中造成的電網有功功率的損耗，原則上應對無功功率進行就地平衡補償，即低電壓區的無功功率使用低壓電容器件進行補償，高電壓區進行高壓補償；另外，在正常環境下的電廠中，低壓電容器應盡量以分散形式補償；針對容量大、負荷穩定且頻繁工作的用電設備的無功功率補償，應單獨就地進行。

（2）若使用的電容器容量值較大，則應按照其工作電壓變化情況、負荷跳動、設備本身的技術條件、電網處的背景諧波含量等因素進行分組，且分組后的電容器裝置在各組中工作時，不能出現諧振情況。

（3）為了抑制諧波和抑制涌流，電容器組宜串聯適當參數的電抗器。僅用于抑制涌流時，電抗率宜取0.1%~1.0%。在對諧波進行抑制時，電抗率的選定需以并聯電容器件接到電網處的背景諧波含量為參考依據。

（4）為更好地對無功功率進行補償，并減少功耗，應避免用戶向電網傳輸無功功率；在高壓區無高壓負載時，不應在高壓區安裝并聯電容器。

為使無功功率在遠程傳輸或多級變壓器中功率損失降低最低，并減少在其過程中造成的有功功耗，提升電網的整體供電效率，對無功功率的補償應遵循“就地補償、分層分區進行平衡”等原則。這個原則對地區配電網顯得尤其重要，以下是根據東北電網和一些地區電網的實際調查分析，無功負荷構成比例參加如圖：

通過表格看出，地區電網中負荷和配電網無功網損占無功總負荷的80%左右；35KV及以上電網無功網損占20%左右，所以合理配置配電網中的無功補償顯得尤其重要。

綜上所述，在供配電電網中進行無功補償和無功平衡，是保障電網中電壓穩定及滿足用戶對用電質量需求的必要方法，同時對降低電能的損耗，提高電網在供電上的有效利用率方面也極具重要意義。

參考文獻

[1] 中國機械工業聯合會.供配電系統設計規范 GB50052-2009[M].北京：中國計劃出版社，2010（5）.

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[3]朱耀輝.提高配電網的功率因數,優化無功配置[J].黑龍江科技信息,2009(17):15-17.

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【關鍵詞】無功功率；補償；電容器容量

工業廠房中電力設備大部分的工作原理是根據電磁感應原理工作的，他們在能量轉換過程中建立交變的磁場。在一個周期內吸收功率、釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，電源能量僅在負荷與電源之間往復交換，在三相之間流動。由于這種交換功率并不對外做功，因此被稱為無功功率。

從物理角度來解釋感性無功功率：由于線圈是貯藏磁場能量的元件，磁場能量隨著加在線圈上的交流電壓的變化而變化。當電壓增大，電流增大，磁場能量相應加強，此時線圈的磁場能量將外供能量以磁場能量形式貯藏起來；當電壓減小，電流減小，磁場能量相應減弱時，線圈把磁場能量釋放并輸回到外面電路中。在此過程中，交流電感電流不消耗功率，電路僅是電源能量與磁場能量之間的往復轉換。

從物理角度來解釋容性無功功率：由于電容器加上交流電壓后，電壓交變時，相應的電池能量也隨之變化。當電壓增大，電流增大，電場能量也相應加強，此時電容器的電場能量將外供能量以電場能量形式貯藏起來；當電壓減小，電流減小，電場能量相應減弱時，電容器的電場能量將外供能量以電場能量形式釋放并輸回到外面電路中。在此過程中，交流電容電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復交換。

一、無功功率的影響

⑴設備容量增加。無功功率的增加，會導致電流增大和視在功率增加，從而使發電機、變壓器及其他電氣設備和導線容量增加。同時，電力用戶的起動及控制設備、測量儀表的尺寸和規格也要加大。

參考文獻

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關鍵詞 無功功率 電容 電感元件 交流電路 功率補償

中圖分類號：G718.2 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2013）24-0040-02

一、無功功率概念

我們知道，在我們中職學校《電工基礎》教材中，已經介紹了電路的基本元件有三種：電阻、電感、電容。當交流電通過這三種元件時，電阻元件由于電流與電壓相同，所以瞬時功率在任一瞬間的數值都為正值。說明電阻始終在消耗電能，因此，電阻元件是一種耗能元件，我們把它消耗的功率叫有功功率，用大寫字母P表示。交流電流通過純電感元件的電路中，電壓超前電流90埃煌ü康縟蕕緶肥鋇緦鞒暗繆？0埃綹械拇懦『偷縟蕕牡緋誚渙韉綾浠恢芷詰囊徊糠質奔淠諞徊糠執擁繚次展β剩硪徊糠鐘質頭毆β省T諞桓鮒芷諛詮β實鈉驕滴恪K侵揮氳緶方換荒芰浚隕聿⒉幌牡縋埽虼慫鞘歉齟⒛茉N頤俏撕飭看⒛茉偷緶方換荒芰康墓婺#胛薰β實母拍睢N薰β矢拍鈧皇俏頤俏飼鷯泄β矢拍疃摹R虼私渙韉緶分杏傻繚垂涸氐牡綣β視辛街鄭閡恢治泄β剩恢治薰β省6雜謨泄β剩淖饔瞇Ч憊郟閿諮斫夂駝莆眨衷詼云潿家丫荒吧恕6雜諼薰β剩芄徽啡鮮逗駝莆盞難⒉歡啵踔劣邢嗟幣徊糠盅閹銜恰拔抻謾鋇墓β省U庵饕且蛭薰β時冉銑橄螅饔瞇Ч床患⒚蛔潘隆J率瞪希薰β什皇恰拔抻謾鋇墓β省K鄧俏薰β剩皇且蛭醞獠蛔齬Γ瘧懷莆拔薰Α薄N吮苊舛暈薰β什淼娜鮮逗屠斫猓⒁桓鐾暾⒄返慕渙韉綣β實母拍睢N薰β實母拍釷竅嘍雜謨泄β識緣囊桓齦拍睢K接泄β示褪侵副3鐘玫縞璞剛T誦興璧牡綣β剩簿褪墻縋蘢晃淥問僥芰浚ɑ的堋⒐餑堋⑷饒埽┑牡綣β省@繅桓？.5KW的電動機，就是把2.5KW（有功功率）的電能轉為機械能，然后通過機械設備對外做功。而無功功率是指為建立交變磁場和感應磁通或是電容為在兩極板上積累電荷而需要的電功率。用于電路內電場與磁場的交換，起到在電氣設備中建立、維護和穩定磁場或電場的作用。電動機內部磁場的建立就需要這個功率。因此無功功率的含義：“為建立交變的電場和交變磁場而需要的電功率稱為無功功率”。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件正常工作所需要的功率交換。

二、無功功率存在的意義

所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，相反它的用處很大，電動機需要從電源取得無功功率才能建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動；變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。各種繼電器也是同樣需要無功功率建立磁場來進行工作。只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已；因此在供電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。一部分將用于做功而被消耗掉，如電流通過電阻元件時產生的熱量。這部分稱為“有功功率”；另一部分能量是用來建立磁場、電場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有做功，稱為“無功功率”，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立磁場，電動機、變壓器等設備就不能運轉；電容器就不能充放電進行整流了。無功功率不足，無功電源和無功負荷將處于低電壓的平衡狀態，將給電力系統帶來諸如出力不足，電力系統損耗增加，設備損壞等一系列的損害，甚至可能引起電壓崩潰事故，造成電網大面積停電。

三、無功功率補償原理

1.在電容和電感元件間進行互補

在交流電路中，純電阻元件中負載電流與電壓同相位，純電感負載中電流滯后電壓90埃康縟莞涸刂械緦鞒暗繆？0耙簿褪撬蕩康縟葜械緦骱痛康綹兄械牡緦饗轡徊釵？80埃梢曰ハ嗟窒吹鋇繚聰蟯夤┑縭保行愿漢上蟯饈頭諾哪芰坑扇菪愿漢紗⒋嫫鵠矗壞備行愿涸匭枰芰渴保儆扇菪愿漢上蟯饈頭諾哪芰坷刺峁D芰吭諏街指漢杉湎嗷ソ換唬行愿漢傷枰奈薰β示涂捎扇菪愿漢墑涑齙奈薰β手械玫講鉤ィ迪至宋薰β示偷亟餼觶锏講鉤サ哪康摹？

2.采用同步電動機與感應電動機互補

通過調節同步電機的勵磁電流，可使同步電機發出滯后或超前的無功功率。

無論是工礦企業用電設備，還是家用電器，或是其他部門用電，最主要的是感應電動機和變壓器等感性負載，均要向電網吸收滯后的無功功率，因此我們在一些拖動轉速不變的大功率生產機械設備，如球磨機、鼓風機、水泵等采用同步電動機，隨著變頻技術的發展在一些大型提升機、皮帶運輸機等盡量采用同步電動機，使其工作在過勵狀態下吸收超前的無功功率，達到無功功率的互補的目的。

四、無功功率進行補償的意義

1.電源設備的能量不能充分利用

我們知道，發電機和變壓器正常運行時不能超過其額定電壓UN和額定電流IN，即其視在功率（S）是一個確定的值。由于S2=P2+Q2，Q的存在降低發電機有功功率的輸出。

2.電網內無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加，輸電效率則低

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【關鍵詞】:無功功率 無功功率補償 并聯電容器 靜止補償裝置

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8809（2010）05-0120-01

一、無功功率的定義及無功補償原則

接在電網中的許多用電設備都是根據電磁感應原理工作的。例如：通過磁場，變壓器改變電壓并將能量送出去，電動機轉動并帶動機械負荷。磁場所具有的磁場能是由電源供給的，電動機和變壓器在能量轉換過程中建立交變磁場，在一個周期內吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫做感性無功功率。電容器在交流電網中接通時，在一個周期內，上半周的充電功率和下半周的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫做容性無功功率。所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已，因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。電網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，在一定的有功功率下，當用電企業cosφ越小，其視在功率也越大，而我們希望的是功率因數越大越好，這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

無功補償應盡量分層(按電壓等級)和分區(按地區)補償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級傳輸，在提高用電自然功率因數的基礎上，設計和裝置無功補償設備，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功電力倒送。

二、無功功率補償的基本原理

把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路中，當容性功率負荷釋放能量時，感性功率負荷吸收能量；當感性功率負荷釋放能量時，容性功率負荷吸收能量；兩種負荷之間互相進行能量交換。由此，感性功率負荷所吸收的無功功率可由容性功率負荷輸出的無功功率中得到補償，這就是無功功率補償的基本原理。

三、無功功率補償的方法

無功功率補償的方法有很多種，主要是采用電力電容器或是采用具有容性負荷的裝置進行補償。

1.同步電動機補償。這種方法是改善用電的功率因數，但設備復雜，造價高，只適用于在具有大功率拖動裝置時采用；

2.調相機補償。這種裝置調整性能好，在電力系統故障情況下，也能維持系統電壓水平，可提高電力系統運行的穩定性，但造價高，投資大，損耗也較高，且運行維護技術較復雜，宜裝設在電力系統的中樞變電所，一般用戶較少用。

3.異步電動機同步化補償。這種方法有一定的效果，但自身損耗大，一般都不采用。

4.加裝并聯電力電容器補償。這種方法具有安裝方便、建設周期短、造價低、運行維護簡便、自身損耗小等優點，是當前國內外廣泛采用的補償方法。并聯補償是把電容器直接與被補償設備并接到同一電路上，以無功就地平衡為原則。安裝并聯電容器補償無功功率時，可采取個別補償、分散補償和集中補償三種方式。

四、無功補償裝置

同步電機、靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器，這四種裝置又稱為無功補償裝置。目前所指的靜止無功補償裝置一般專指使用晶閘管的無功補償設備，主要有以下三大類型：

1.具有飽和電抗器的無功補償裝置

具有飽和電抗器的無功補償裝置分為兩種，即自飽和電抗器和可控飽和電抗器無功補償裝置。具有自飽和電抗器的無功補償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩定電壓，利用鐵心的飽和特性來控制發出或吸收無功功率的大小。可控飽和電抗器是通過改變控制繞組中的工作電流控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控制無功電流的大小。具有飽和電抗器的靜止無功補償裝置目前應用的較少，一般只用在超高壓輸電線路中。

2.靜止無功補償裝置

靜止補償器的基本作用是連續而迅速地控制無功功率，即以快速的響應，通過發出或吸收無功功率來控制它所連接的輸電系統的節點電壓。靜止無功補償器由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，可分為晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器兩種補償裝置。

⑴晶閘管控制電抗器（TCR）

晶閘管控制電抗器由兩個相互反向并聯的晶閘管與一個電抗器相串聯，其三相多接成三角形。這種具有TCR型的補償器反應速度快，靈活性大，目前在輸電系統和工業企業中應用最為廣泛。

⑵晶閘管投切電容器（TSC）

晶閘管投切電容器是為了解決電容器組頻繁投切的問題而產生的。兩個相互反向并聯的晶閘管只是將電容器并入電網或從電網中斷開，串聯的小電抗器用于抑制電容器投入電網運行時可能產生的沖擊電流。TSC補償裝置用于三相電網中，一般負荷對稱網絡采用星形連接，負荷不對稱網絡采用三角形連接。TSC補償裝置可以很好的補償系統所需的無功功率，如果級數分得足夠細化，基本上可以實現無級調節。

3.新型靜止無功發生器（ASVG）

靜止無功發生器的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷晶閘管適當的通斷，將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處于容性、感性或零負荷狀態。靜止無功發生器響應速度快，諧波電流少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。由于ASVG在改善系統電壓質量，提高穩定性方面具有SVC無法比擬的優點，因此ASVG是今后靜止無功補償技術發展的方向。針對電力有源濾波器在濾除諧波的時候與電力系統不發生諧振的特點，今后的發展將是電力有源濾波與ASVG相結合以消除傳統ASVG設備中并聯無源濾波器的所產生的諧振問題。

五、結束語

隨著電力電子技術的迅猛發展及其在電力系統中的更廣泛應用，無功功率補償裝置將向著管理系統化、補償準確化、操作簡單化的方向發展，遠程無功功率補償控制管理系統將是今后發展的潮流。

參考文獻

[1] 米勒．電力系統無功功率控制。

[2] 王慶林．無功功率快速自動補償裝置設計探討。

[3] 姜齊榮，等．采用GTO的±120kvar新型靜止無功發生器。

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關鍵詞： 無功功率補償； 控制方式選擇； 經濟效益

中圖分類號： TM761+.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）02-0047-02

1 無功功率補償控制概述

1.1無功功率的產生和影響

在交流電力系統中，發電機在發有功功率的同時也發無功功率，它是主要的無功功率電源；運行中的輸電線路，由于線間和線對地間的電容效應也產生部分無功功率，稱為線路的充電功率，它和電壓的高低、線路的長短以及線路的結構等因素有關。電能的用戶（負荷）在需要有功功率（P）的同時還需要無功功率（Q），其大小和負荷的功率因數有關；有功功率和無功功率在電力系統的輸電線路和變壓器中流動會產生有功功率損耗（ΔP）和無功功率損耗（ΔQ），也會產生電壓降落（ΔU）。無功功率在輸電線、變壓器中的流動會增加有功功率損耗和無功功率損耗以及電壓降落；由于變壓器、高壓架空線路中電抗值遠遠大于電阻值，所以無功功率的損耗比有功功率的損耗大，并且引起電壓降落的主要因素是無功功率的流動。

1.2無功補償的作用

無功補償可以收到下列的效益：①提高用戶的功率因數，從而提高電工設備的利用率;②減少電力網絡的有功損耗；③合理地控制電力系統的無功功率流動，從而提高電力系統的電壓水平，改善電能質量，提高了電力系統的抗干擾能力；④在動態的無功補償裝置上，配置適當的調節器，可以改善電力系統的動態性能，提高輸電線的輸送能力和穩定性；⑤裝設靜止無功補償器(SVS)還能改善電網的電壓波形，減小諧波分量和解決負序電流問題。對電容器、電纜、電機、變壓器等，還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。

1.3無功補償裝置

除發電機和輸電線外的無功電源主要有：①并聯電容器組是一種靜態的無功補償裝置。用它進行的補償稱為并聯電容補償。②同步調相機；③靜止無功補償器。后兩者屬于動態的無功補償裝置。

另外，在遠方水電站和坑口火電廠等的出線母線上，長距離輸電線的兩側線路上，以及長距離輸電線的開關站等地方接有并聯電抗器，也是一種無功補償裝置。用其進行的補償稱為并聯電抗補償。遠方電站出口母線上的并聯電抗器主要是吸收發電機所發的無功功率，以使發電機能運行在合理的功率因數下而又避免無功的長距離輸送。長距輸電級上配置的并聯電抗器，主要是吸收線路空載和輕載時的充電功率，使沿線電壓分布合理并降低工頻穩態和暫態過電壓。

鑒于電力生產的特點，用戶用電功率因數的高低對發、供、用電設備的充分利用、節約電能和改善電壓質量有著重要影響。為了提高用戶的功率因數并保持其均衡，以提高供電用雙方和社會的經濟效益，特制定功率因數的標準值與功率因數調整電費。如表一。

2 補償方式的選擇

2.1 個別補償

即在用電設備附近按其本身無功功率的需要量裝設電容器組，與用電設備同時投入運行和斷開，也就是再實際中將電容器直接接在用電設備附近。

適合用于低壓網絡，優點是補償效果好，缺點是電容器利用率低。

2.2分組補償

即將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路出線上，它可與工廠部分負荷的變動同時投入或切除，也就是再實際中將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。

優點是電容器利用率較高且補償效果也較理想（比較折中）。

2.3集中補償

即把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側的母線上。在實際中會將電容器接在變電所的高壓或低壓母線上，電容器組的容量按配電所的總無功負荷來選擇。

優點：是電容器利用率高，能減少電網和用戶變壓器及供電線路的無功負荷。

缺點：不能減少用戶內部配電網絡的無功負荷。實際中上述方法可同時使用。對較大容量機組進行就地無功補償。

3 控制方式的選擇

3.1個別補償的控制方式

3.1.1 啟動不頻繁的設備

啟動不頻繁的設備可選擇空氣自動開關、熔斷器作為保護設備

3.1.2啟動較頻繁的設備

啟動較頻繁的設備可選擇FKA系列智能復合開關(投切間隔時間大于30s)、TSC動態投切開關。選型如表2、表3.

3.2分組補償、集中補償的電力電容器柜

裝置中使用了交流接觸器、投切專用交流接觸器、可控硅功率模塊、固態繼電器、復合固態繼電器等作為并聯電容器的投切開關，由于并聯電容器的投切開關對裝置的性能具有決定性的影響，因而合理的選擇投切開關就顯得十分重要。

3.2.1交流接觸器和投切專用交流接觸器

交流接觸器是傳統的低壓補償并聯電容器的投切開關，優點是成本低、控制簡單、使用方便，缺點是投切時會產生較大的涌流和過電壓，其大小與感性負載的大小(如變壓器的短路容量)、阻抗、電容器的容量，交流接觸器的性能有關。切除時易產生電弧，觸點易于燒毀、壽命較短，不適用于頻繁投切的場合。

電容器投切專用交流接觸器是為了減輕涌流對交流接觸器的影響而設計的，其與普通交流接觸器的不同之處是將普通接觸器觸點加以改善，配上抑制投切電流的電阻，采用并聯開關分步投切的方法，先合上帶電阻的開關再合上不帶電阻的開關來減少投切過程中產生的涌流和過電壓。由于其只能降低投切過程中產生的涌流和過電壓，并不能從根本上解決問題，在電容器容量相對較大時，仍然會產生很大的涌流，因而其應用仍然受到一定的限制。

由于上述兩種交流接觸器在應用于低壓并聯電容器投切時存在著不可克服的涌流問題和觸點的燒蝕問題，對電容器和裝置的壽命有較大的影響，所以其在電容器投切領域的應用越來越少，正逐步被功率電子開關所替代。但由于其價格低廉，在某些技術要求較低、電網波形畸變嚴重不適于應用電力電子開關的場合仍有使用，需安排人巡查、定時更換。

3.2.2 可控硅開關、固態繼電器

反并聯可控硅開關加上具有過零檢測功能的驅動電路，即成為一個典型的具有“零壓差”投入，零電流退出功能的電力電子投切開關，具有較高的dV/dt和dI/dt承受能力，可有效的抑制電容器投入時的浪涌電流和過電壓的產生及退出時的拉弧電流。常規的做法是將反并聯的可控硅模塊外部配裝專用的觸發線路板。

投切專用的固態繼電器是將上述開關的反并聯的可控硅模塊及外部配裝專用的觸發線路板的全部器件以固態繼電器的標準封裝形式封裝在一個殼體內，內置阻容吸收，故結構緊湊，綜合成本較低，外形上有方型或長條型以適合不同用戶的聯接需要。具有體積小、耐蝕防潮、安裝使用方便等特點，是目前可控硅開關的常用封裝形式。

上述兩種電力電子投切開關的工作原理完全相同，都是以具有零檢測功能的觸發電路控制反并聯的可控硅無觸點開關。優點是投切電容器時“零壓差"投入、零電流切除，實現無涌流或小涌流投切，提高了電容器壽命，無觸點無拉弧，開關速度高、反應時間快，干擾小、體積小、耐腐蝕，壽命長、可靠性高，易于與計算機接口、適用于智能型無功控制器或配電綜測儀對電網進行動態無功補償和遠程控制。另外可方便地實現單相分相補償或三相共補。缺點是工作中功耗較大，使用時需加裝散熱器，成本也比適用交流接觸器高許多。但由于其性能優越，應用者眾多。

3.2.3復合投切開關、復合固態繼電器

交流接觸器投切開關壓降小、發熱少，但涌流大、壽命短，電力電子投切開關涌流小、壽命長，但壓降高、功耗大、需要散熱，各有優缺點。能否整合它們的優點，優勢互補，制造出具有“零壓差”投入、零電流切除、低壓降保持特性的投切開關，科技人員采用電力電子開關負責控制電容器的投入和切除，交流接觸器負責保持電容器投入后的接通的方法制造出了復合投切開關。這種投切開關同時具備了交流接觸器和電力電子投切開關的優點，不但抑制了涌流，避免了拉弧，而且功耗較低，不再需要配備笨重的散熱器和冷卻風扇。尤其是復合固態繼電器將復合投切開關集成一體，體積小、重量輕、性能優良，是低壓無功自動補償裝置中并聯補償電容器的理想投切開關。

4補償容量測量與計算

4.1測量方法

采用雙鉗相位表測量（以單相為例）A相電流、電壓值以及電流電壓角，譬如電流53A、電壓224V、電壓超前45°，則：

總功率S=I*U=53*224=11.87(kW)

有功功率P=I*U*COSΦ=53*224*COS45°=8.393(kW)

無功功率Q=I*U*SINΦ=53*224*SIN45°=8.393 (kva)

若將功率因數由目前的0.707分別提高到0.9和1需要并聯多少千乏電容器， Q1=P*SINΦ/ COSΦ=8.393*0.43/.09=4.06(kva)

ΔQ=8.393-4.06=4.333(kva)

故：提高到0.9和1需要并聯4.333和8.393千乏電容器，由上式可知功率因數由0.707提高到0.9需要4.333千乏功率因數由0.9提高到1需要4.06千乏。這說明功率因數由低提高到高投入容量較小，而由較高水平提高到更高則投入容量大。所以，要合理選擇功率因數提高的水平。

4.2 根據電度表及負荷工作時間計算方法

已知：某工廠有功功率月耗電量15000kWh，月平均功率因數為0.65，30天日平均負荷工作時間為6小時。欲把功率因數提高到0.95，需配多大容量電容器。

平均有功功率P=15000/30*6=83.33kW

無功功率Q=P*tgφ=83.33*1.169=97.42(kav)

功率因數提高到0.95時，S=P/COSφ=83.33/0.95=87.72KVA

Q=S*SINφ=87.72*0.31=27.2(kva)

故補償電容量ΔQ=97.42-27.2=70.22（kva）

5 無功補償投資與經濟效益

以上述為例，選擇20kva，380V，50Hz電容器6只（每千乏10元），控制器一只（約700元），FKA系列智能復合開關6只（每只300元），控制屏一個（約1200元），共計4900元，每月無功功率調整電費15000*0.6*0.15=1350（元）

投資回收期（月）=4900/1350=4（月）

一般來說無功補償投資回收期應小于2年為宜。

結語

隨著電力電子技術的迅猛發展，造價低廉，控制精度高，穩定性好的可控硅開關、固態繼電器、復合固態繼電器將不斷面世，為無功功率補償的應用提供了更好的前景。大力推廣無功功率補償技術必將為企業帶來良好的經濟效益和創建節約型社會做出貢獻。

參考文獻：

[1] 錢平主編.交直流傳動控制系統[M].北京:高等教育出版社，2007.

[2] 黃堅主編.自動控制原理極其應用[M].北京:高等教育出版社，2001.

[3] 劉春華主編.工業企業電器調整手冊[M].北京：冶金工業出版社，2001.

篇6

關鍵詞：煤礦井下；無功功率；檢測與補償

Abstract: combining the current situation of the coal mine underground power grid, to all sorts of reactive compensation schemes are compared, in the instantaneous reactive power theory basis, put forward based on the thyristor controlled reactor compensation scheme. The circuit structure is simple, fast dynamic response, can improve the whole underground power grid power factor.

Keywords: coal mine underground; Reactive power; Detection and compensation

中圖分類號 TM714.3 文獻標識碼 A 文章編號2011-03（03）1821

在煤礦用電負荷中,提升機、皮帶運輸機等頻繁啟動的大功率沖擊負荷,會對煤礦電網造成無功沖擊,而這些大功率沖擊負荷必須要提供無功功率。因此,如何解決好無功補償問題對煤礦具有極為重要的意義。目前，一般煤礦電網的無功補償是在地面上中央變電站母線上裝設電容器組進行集中補償,其主要缺點是只能補償10kV母線前供電線路上的無功功率，母線后的井下電網并沒有得到補償；并且這種補償方式只能輸出固定無功功率，對于煤礦大量短時循環工作制的負載，會出現過補償或欠補償。

煤礦大功率、沖擊性負荷必須就地補償無功功率，隨著電力電子技術的發展及其在電力系統中的應用，交流無觸點開關SCR、GTR、GTO等的出現，將其作為投切開關，速度可以提高到10us以下，對任何系統參數，無功補償都可以在一個周波內完成，而且可以進行單相調節[2,3]。本文采用晶閘管控制電抗器(TCR)進行動態無功補償，它可根據負載無功的變化進行動態補償，使電網始終處于最佳狀態。

1 無功功率對煤礦井下電網的影響

煤礦井下電網的安全穩定運行，與無功功率調節是分不開的。無功功率的增加，會導致電流增大，因而使設備及線路的損耗增加，使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產生劇烈波動，導致供電質量嚴重降低。電壓是衡量電能質量的一個重要指標。當電壓過高時，會對負荷的運行帶來不良影響，有時會引起電力系統電壓崩潰；電壓降低時，會使電網中的有功功率損耗和能量損耗增加，危及電力系統穩定性。以煤礦中大量應用的異步電動機為例，其功率因數隨電壓變化而變化，電壓下降時，由于異步電動機轉矩與電壓的平方成正比，電壓下降越大，電動機的轉差率越大，定子和轉子的電流就越大，電動機溫度上升的也越快，嚴重時可燒壞電動機；電壓升高時，電動機鐵芯中的磁通密度增大，逐漸趨于飽和，從而導致激磁電流與鐵芯損耗大大增加，使設備過熱，效率下降，電氣設備加速老化和損壞。從以上分析可以看出，電壓偏移對電網和電力設備的影響非常大，維持電壓在合理的范圍內，關系到煤礦井下各種供電設備的安全運行。

2 各種無功補償方式

2.1同步調相機

同步調相機是空載運行的同步電機，它裝有自勵裝置，能在欠勵或過勵的情況下吸收或發出無功功率，主要優點是能根據電壓大小平滑地調節輸入和輸出無功功率；其主要缺點是投資大、有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢、只能固定安裝在中心變電站，應用有較大的局限，現已逐漸退出運行。

2.2并聯電容器

并聯電容器是用得最多的一種無功功率補償設備，它應用范圍廣，既可以集中安裝在中心變電站，也可以分散安裝在電力負荷處；可根據所需無功的多少，自動切投電容，是一種性能優越的無功補償方法。但是電容器的投切是有限的，它不能動態跟蹤系統所需無功功率的變化，易出現過補償或欠補償現象。

2.3并聯電抗器

為了防止線路輕負荷運行時，線路電壓升高，一般裝設并聯電抗器吸收線路的無功功率，同時，并聯電抗器也可用來限制由于突然減負荷或接地故障引起的過電壓，保護設備的絕緣安全。

2.4靜止補償器

調相機、電容器、電抗器是對電力系統靜態無功功率的補償，靜止補償器主要用于動態無功功率的補償，它最大特點是調節快速。靜止補償器實際上是將可控電抗器與電容器并聯使用，電容器發出無功功率，電抗器吸收無功功率，其控制系統由可控電子器件實現，響應速度快，主要用于動態沖擊負荷的補償，迅速改變所輸出無功功率的性質，保持電壓恒定。

3 瞬時無功功率的檢測

瞬時無功功率理論亦稱p-q理論，是以電壓和電流在α-β坐標系下進行坐標變換為基礎，建立瞬時有功功率p和無功功率q。

設三相電壓和電流的瞬時值分別為νa，νb、νc和ia、ib、ic。把它們轉換到α-β兩相正交的坐標系下，可得兩相瞬時電壓να、νβ、和兩相瞬時電流iα、iβ，矢量圖如圖l所示，其轉換公式如下：

式中

由矢量圖l可知，在α-β坐標系下，να、νβ和iα、iβ又可由矢量V和I表示：

ν=να+νβ=V∠φe

i=iα+iβ=I∠φi

式中V、I分別是ν、i的模，φe和巾φi分別為電壓電流的幅角。

圖1α-β正交坐標系

由有功功率和無功功率的定義可知，有功功率p和無功功率q如下式表示：

p=νicosφ

q=νisinφ(4)

式中φ=φe-φi。

把(3)代入(4)可得：

式中

基于瞬時無功功率理論的無功電流檢測原理圖如圖2所示，它可根據瞬時無功功率定義計算出瞬時有功功率p和無功功率q。

圖2瞬時無功功率檢測圖

4動態無功補償裝置原理

對煤礦大功率、沖擊性負荷，必須就地補償無功功率，就地無功補償的優點是能夠針對負荷的運行情況進行無功補償，減小了井上變電站向大功率、沖擊性負荷輸送的無功功

率，同時也能夠減少沖擊性負荷向礦井電網中注入的諧波。本文采用TCR動態無功補償裝置，TCR的單相原理圖如圖3所示，它能根據沖擊性負荷的工作特點隨時調整所補償的無功功率。

圖3 TCR補償器結構圖

圖3中，兩個反并聯的晶閘管與一個電抗器相串聯，分別作單相交流半波開關運行，其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電網中相當于交流調壓器電路接電感性負載。晶閘管

T1在電壓的正半波導通，而晶閘管T2在供電電壓的負半波導通，晶閘管的觸發角以其兩端之間電壓的過零時刻作為計算的起點，觸發角α的可控范圍是90°~180°。當觸發角從90°變到接近180°時，TCR中的電流呈非連續脈沖形，對稱分布于正半波和負半波。當觸發角為180°時，電流減少到零，此時電抗器吸收的無功電流最大。當觸發角低于90°時，將在電流中引入直流分量，從而破壞兩個反并聯閥支路的對稱運行。通過控制晶閘管的觸發延遲角，可以連續調節流過電抗器的電流，相當于改變電抗器的等效電抗器。所以通過調整觸發角的大小就可以改變補償器所吸收的無功分量，達到調整無功功率的效果，電壓電流特性如圖4所示。

圖4 TCR電壓電流特性

5結論

通過對各種無功補償的優缺點闡述，詳細描述了煤礦電網中沖擊性負荷進行動態就地補償的原因，敘述了瞬時無功功率檢測的基本原理，提出了對沖擊負荷進行動態就地補償的想法，該技術的應用可對煤礦電網的良好運行起到很大作用。

參考文獻

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篇7

[關鍵詞]同步發電機無功功率擺動勵磁系統

1.概述

山西鋁廠熱電分廠共有六臺汽輪發電機，額定電壓為6.3kV，額定容量分別為一期12MW三臺;二期25MW三臺。從1996年—2002年3#、4#、5#、6#機組多次出現發電機無功功率自然擺動，其最大擺幅8Mvar，給生產的組織和調整帶來了很大的影響，為此通過多次的試驗和分析，查找到了其無功擺動的原因，并提出了對發電機勵磁系統改進的措施。

為分析機組無功功率自然擺動的原因，于2002年2月7日0點到24點，對5#、6#機組實施無功功率的24小時在線監測，其監測數據如表1、表2。

從上表可以看出，5#機組在0.36到20.33期間發生無功擺動;6#機組在0.20到19.50期間發生無功擺動，其他時間未擺動。6#機組在1.55無功功率由17Mvar自然降到10Mvar，擺動幅度7MVAR;在6.23無功功率由13Mvar自然上升到20Mvar，擺動幅度為7Mvar，并且無功功率已超過發電機的額定值。

在2002年4月10日13點由于4#機組緊急停機，5#機組無功功率由12Mvar直線下降到0，發電機定子電流最大擺到4000A，有功功率由25MW上升到26MW，“電壓回路斷線”信號出現，強勵動作，勵磁電壓為30V，勵磁電流為50A。檢查磁場變阻器沒有異常后手動調整增加無功負荷，恢復正常。4月12日11:58分，5號機無功功率由10Mvar降到0，其它參數正常。

2.發電機無功功率擺動理論分析

2.1電力系統中的無功功率

發、供電的質量指標主要表現為電壓和頻率。頻率是由電力系統發電有功功率和有功負荷消耗的總電量來決定的;電壓則是靠電力系統中無功功率平衡來維持的。如果電力系統中的無功功率嚴重短缺，則系統中的電壓水平過低，使某個系統的母線電壓運行在臨界值以下時，母線電壓有一微小的下降就會發生負荷消耗的無功功率增量大于系統向該點提供的無功功率增量，使無功缺額進一步增大，電壓進一步下降，這種惡性循環將造成系統“電壓崩潰”。電壓崩潰后，大量電動機自動切除，某些發電機組失步，導致系統解列或大面積停電。

2.2無功功率平衡與電壓水平的關系

ΣQGi=ΣQLj+ΣΔQΣk

式中:ΣQGi—無功電源向系統供應的無功功率;

i—無功電源的個數;

QLj—負荷所消耗的無功功率;j無功負荷的個數;

ΔQΣK—電力系統中變壓器、線路中所損耗的無功功率;

圖1無功功率平衡和電壓水平關系

圖1為電力系統無功負荷的靜態電壓特性，如果電力系統電壓Ux運行在額定電壓Ue，則系統無功負荷所消耗無功功率為Qe，則ΣQLj+ΣΔQΣk=Qe，如果電力系統中所有的無功電源發出無功功率總和ΣQGj也等于Qe，電力系統就會維持在額定電壓運行。那么無功功率平衡關系則為ΣQGie=QLje+ΣΔQΣke(角標“e”表示運行在額定電壓)。

如果系統中所有無功電源發不出Qe那么多無功功率，而只能發出Qa這么多,系統負荷就只能消耗Qa這么多。這時系統將運行在a點，系統電壓Ux=Ua，系統負荷消耗的無功功率為Qa。則數學表達式即ΣQGia=ΣLja+ΣΔQΣka，角標“a”表示系統運行在a點。或者系統中所有無功電源發出的無功功率稍大于Qe為Qb，而系統中負荷消耗也達到了Qb這么多，則系統運行在b點。系統電壓Ux=Ub，負荷消耗的無功功率為Qb，則數學表達式即ΣQGib=ΣQLib+ΣΔQΣkb，角標“b”表示系統運行在b點。電氣規程要求系統正常運行的電壓允許在Ux=Ue±5%Ue的范圍內，所以a、e、c三點都是電力系統無功功率的平衡點，即系統可以穩定地在電壓Ua、Ue、Ub下運行。因此要控制系統在額定電壓下運行，就要控制系統中的無功電源發出的無功功率等于電力系統負荷在額定電壓時所消耗的無功功率。如果這個“等式”關系不能滿足，則電力系統就會偏離額定電壓運行。當無功電源發出的無功功率偏離負荷在額定電壓下所需消耗的無功功率過多時，作為無功電源的發電機就會出現無功功率擺動，電力系統電壓就會過多地偏離額定電壓。可見，維持電力系統電壓在允許范圍內是靠控制系統無功電源的出力來實現的。

2.3無功功率與發電機勵磁電流的關系

電力系統在正常運行時，發電機勵磁電流的變化主要影響電網的電壓水平和并聯運行機組間的無功功率分配。無功功率是通過調整勵磁電流來實現對系統電壓的平衡。

圖2(a)同步發電機運行原理圖(b)等值電路

(c)適量圖(d)同步發電的外特性圖

圖2（a）是同步發電機的原理圖，圖中FLQ是勵磁繞組，機端電壓為Uf，電流為If。在正常情況下，流經FLQ的勵磁通量電流為Ifd，由它所建立的磁場使定子產生的空載感應電勢為Eq，改變Ifd的大小，Eq值就相應地改變。通過圖2（b）的等值電路圖，可以得出:

Uf+JIfxd=Eq

式中Xd——發電機直軸電抗。

根據圖2（c）的矢量關系:Eqcosδ=Uf+Iwxd

式中δ——Eq與Uf間的相角，即發電機的功率角;

Iw——發電機的無功電流。

一般情況下δ的值很小，可近似為cosδ=1則上式可簡化為Eq≈Uf+Iwxd。

從式中可以看出，同步發電機的外特性是下降的，當勵磁電流Ifd一定時，發電機端電壓Uf隨無功負荷增大而下降。圖2（d）說明，當無功電流為Iw1時，發電機端電壓為額定值Ufe，勵磁電流為Ifd1。當無功電流增到Iw2時，如果勵磁電流不增加，則電壓降至Uf2，可能滿足不了運行要求，必須將勵磁電流增大至Ifd2，才能維持端電壓為額定值Ufe。同理，無功電流減小時，Uf也會上升，必須減小勵磁電流。所以說，同步發電機發出的無功功率必須通過對勵磁電流的調整，才能滿足系統負荷對無功功率的需求，進而才能保證電力系統電壓的穩定。

3.引起機組無功功率擺動的原因

3.1機組問題

3.1.11996年，三號機發生無功擺動以后，我們對直流勵磁機進行空載試驗，勵磁機和勵磁系統正常，9月份電機大修期間發電機轉子返廠，最后檢查為轉子線圈有匝間短路現象。

3.1.22001年6月份，4號機因勵磁機碳刷打火，換向器表面有燒傷，無功功率擺動頻繁，最后檢查確定勵磁機轉子有匝間短路現象。

3.1.32001年4月，5號機因無功功率擺動停機后，發現勵磁機的換向器片間有短路現象。

3.1.42002年4月10日-12日，5號機兩次出現無功功率直線下降為零，經停機檢查，屬換向器的片間出現瞬間短路所引起的。

3.2同步發電機無功功率的分配

汽輪發電機組發出的有功功率只受汽輪機調速系統的控制，與勵磁電流的大小無關。故無論勵磁電流如何變化，發電機的有功功率均為常數。發電機勵磁電流的變化只是改變了機組的無功功率的大小。我廠發電機組并聯運行的母線，屬于直配母線，也就是發電機的出線直接與6kV配電室并聯運行。改變其中一臺發電機的勵磁電流，不但影響它的電壓和無功功率，而且也將影響與之并聯運行機組的無功功率。由于多臺機組并聯運行，機組之間存在著搶帶無功的現象，所以當系統出現無功缺額或無功過量時，總是存在著部分發電機搶帶或搶甩無功的現象，而這種現象的發生使系統電壓處于穩定狀態，而另一部分發電機就出現無功缺額或無功過剩現象，最終反映出來的就是這一部分發電機的無功功率擺動。為了消除無功功率大幅度的擺動,只有調整勵磁電流來維持本臺發電機的無功平衡。

3.3電力系統擾動的因素

電力系統的負荷每時每刻都在發生變化，特別是大負荷的起動和停用，都對系統的有功功率和無功功率產生波動。我們廠處在山西電網的末端。在這個末端電網內電力系統有兩個電廠，再加上我們的自備電廠總裝機容量為1000MW左右，而運城地區的農業用電較多，工業用電較少，氣候環境對電負荷的影響特別大，天陰下雨大面積甩負荷，天氣干旱，又大量用電，以及我廠的同步電動機的起停，這就產生了系統的正常擾動。這種擾動就使發電機發出的有功功率和無功功率進行重新分配，于是出現無功功率的擺動。

3.4同步發電機勵磁控制系統的應用

同步發電機勵磁系統都帶有自動控制調整裝置，但是一些老機組和小機組因種種原因將自動控制系統退出運行，改為手動調整，我廠就屬于這種。手動調整勵磁有很多缺點，如調整時間不能及時把握;調整勵磁電流的大小無法控制等等。更重要的是如果調整不及時會造成發電機失磁運行，或者在事故情況下造成系統“電壓崩潰”。調整勵磁就是調整勵磁電流。同步發電機的勵磁自動控制系統，就是解決并聯運行機組之間的無功功率合理分配問題，同時通過不斷地調節勵磁電流來平衡系統的無功功率，進而維持機端電壓為額定水平。隨著微機控制的發展和應用，發電機的勵磁自動控制系統不斷地更新，自動化程度在不斷地提高，性能也在不斷地完善，這對我們能夠及時發現發電機勵磁系統的一次設備問題非常重要，并且能夠徹底解決發電機的無功擺動問題。

4.結論

發電機的無功功率擺動是由于發電機勵磁系統的一次設備線圈發生匝間短路或換向器片間短路所引起，這種短路在動態情況下能引起勵磁電流發生變化，最終表現為無功功率擺動，這是一種不正常現象，應及時處理。

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【關鍵詞】電力系統 無功功率 電壓控制

一、前言

總體來說，電力系統有效和可靠的運行，電壓和無功功率的控制應滿足以下目標：（一）系統中有所有裝置的在端電壓應在可接受的限制內。（二）為保證最大限度利用輸電系統，應加強系統穩定性。（三）應使無功功率傳輸最小，以使得RI2和XI2損耗減小到最小。

當負荷變化時，輸電系統的無功功率的要求也要變化。由于無功功率不能長距離傳輸，電壓只能通過遍布整個系統的具體裝置來進行有效控制。

二、無功功率的產生和吸收

同步發電機可以產生或吸收無功功率，這取決于其勵磁情況。當過勵時產生無功功率，當欠勵時吸收無功功率。

架空線路產生或吸收無功功率取決于負荷電流。當負荷低于自然負荷（波阻抗），線路產生純無功功率；當高于自然負荷時，線路吸收無功功率。

地下電纜，由于它們對地電容較大，因此具有較高的自然負荷。它們通常工作在低于自然負荷情形下，因此在所有運行條件下總發生無功功率。

變壓器不管其負載如何，總是吸收無功功率。空載時，起主要作用的是并聯激勵電抗；滿載時，起主要作用的是串聯漏抗。

負荷通常吸收無功功率。由電力系統的供電的典型負荷節點由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節和氣候的變化而不同。通常負荷節點的負荷特性是吸收無功功率的，復合負荷的有功功率和無功功率都是電壓幅值的函數。具有低的滯后功率因數的負荷使傳輸網絡有大的電壓降落，因而供電也不經濟，對于工業用戶，無功功率通常和有功功率一樣要計費，這就鼓勵企業通過使用并聯電容器來提高負荷功率因數。

三、無功功率的補償

（一）無功功率不足的危害：交流電力系統需要電源供給兩部分能量：一部分將用于做功而被消耗掉，這部分稱為“有功功率”；另一部分能量是用來建立磁場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有做功，稱為“無功功率”，無功是相對于有功而言，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立磁場，電動機，變壓器等設備就不能運轉。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件正常工作所需要的功率交換。無功功率不足，無功電源和無功負荷將處于低電壓的平衡狀態，將給電力系統帶來諸如出力不足，電力系統損耗增加，設備損壞等一系列的損害，甚至可能引起電壓崩潰事故，造成電網大面積停電。

（二）無功補償原理：在交流電路中，純電阻元件中負載電流與電壓同相位，純電感負載中電流之后電壓九十度，純電容負載中電流超前電壓九十度，也就是說純電容中電流和純電感中的電流相位差為180度，可以互相抵消，即當電源向外供電時，感性負荷向外釋放的能量由榮幸負荷儲存起來；當感性負載需要能量時，再由榮幸負荷向外釋放的能量來提供。能量在兩種負荷間相互交換，感性負荷所需要的無功功率就可由容性負荷輸出的無功功率中得到補償，實現了無功功率就地解決，達到補償的目的。

（三）無功補償的三種形式：

1.集中補償。集中補償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側的母線上或配電變壓器低壓母線上，這種補償方式，安裝簡便，運行可靠，利用率高，但當電氣設備不連續運轉或輕負荷時，又無自動控制裝置時，會造成過補償，使運行電壓升高，電壓質量變壞。季節性用電較強，空載運行較長又無人值守的配電變壓器不宜采用。

2.分散補償。分散補償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所個分路的出線上，形成抵押電網內部的多組分散補償方式，它能與工廠部分負荷的變動同時投切，適合負荷比較分散的補償場合，這種補償方式效果較好，且補償方式靈活，易于控制。

3.個別補償。個別補償是對單臺用電設備所需無功就近補償的方法，把電容器直接接到單臺用電設備的同一電氣回路，用同一臺開關控制，同時投運或斷開，俗稱隨機補償。這種補償方法的效果最好，它能實現就地平衡無功電流，又能避免無負荷時的過補償，是農網中隊異步電動機進行補償的常用方法。

（四）無功補償設備

根據補償的效果而言，電容器可以補償負荷側的無功功率，提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。電抗器可以吸收電網多余的線路充電功率，改善電網低谷負荷時的運行電壓，減少發電機的進相運行深度，提高電網運行性能。

1.無源補償設備裝置。并聯電抗器，并聯電容器和串聯電容器。這些裝置可以是固定連接式的或開閉式的，無源補償設備僅用于特性阻抗補償和線路的阻抗補償，如并聯電抗器用于輸電線路分布電容的補償以防空載長線路末端電壓升高，并聯電容器用來產生無功以減小線路無功輸送，減小電壓損失；串聯電容器可用于長線路補償等。電力系統變電站內廣泛安裝了無功補償電容器，用來就地無功平衡，減少線損，提高電壓水平。

2.有源補償裝置。通常為并聯連接式的，用于維持末端電壓恒定，能對連接處的微小電壓偏移做出反應，準確地發出或吸收無功功率的修正量。如用飽和電抗器作為內在固有控制，用同步補償器和可控硅控制的補償器作為外部控制的方式。

四、結束語

無功補償對提高功率因數，改善電壓質量，降損節能、提高供電設備的出力都有很好的作用。只要依靠科技進步，加大資金投入，優化無功補償配置，實現無功的動態平衡是完全可能的。

參考文獻：

[1] PRABHA KUNDUR 著.電力系統的穩定與控制[M].中國電力出版社.

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【關鍵詞】低壓；無功功率；補償柜；節能設計選型

在我國社會主義現代化建設不斷推進的今天，農業、工業及服務業的電力負荷量呈現出明顯的上升，大幅度增量電源，這樣不僅導致整個電力供應系統的網絡結構出現改變，同時也使得整個系統的電源分布產生改變，這樣導致整個電網系統的無功分布出現明顯的不合理現象。如果在配電網中出現明顯的感性負荷時，則會降低電網的功率因數，其原因在于感性負荷吸收了電網中的無功功率。在配電網的經濟指標中，功率因數作為一項重要的技術經濟指標之一，如果能夠通過安裝無功補償裝置來提高電網的功率因數，則可能極大的改進電網的電能質量，降低配電網的線損值，最終起到節能效果。

1 概述

1.1 系統中安裝無功補償裝置的必要性

客觀地講，無功補償可提高功率因數、增加用電設備的出力，消除力率電費。減少線路及變壓器的電能損耗，減少相應電費。改善電壓質量和電動機運行狀況，降低動力設備的使用電流。減輕電器、開關和供電線路負荷，減少維修量延長使用壽命，提高電力系統的可靠性。降低變壓器負荷，釋放變壓器容量，使變頻調速系統的節能效果提高。

1.2系統中安裝無功補償裝置的作用

隨著我國現代化建設進程的不斷推進，居民、商業和工業的用電量越來越大，由于線路的負荷功率因數較低以及無功消耗較大，從而對整個配電網的供電質量與效益產生嚴重影響。因此，在配電網中采取無功補償，可有效提升配電網系統運行的可靠性、安全性及經濟性。在設置配電網無功補償時可以通過計算獲取最佳方案，同時用戶也可以自愿選擇使用無功補償裝置，這樣不僅有利于改善整個配電網及用戶的電壓質量，有效降低線路的損耗，減少配電網的運行成本，提高配電網的經濟效益，還為廣大用戶節約了大量的經濟支出。

2 無功補償的種類

靜態補償：靜止無功補償器SVC（Static Var Compensator）是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速，而且通斷次數也可以不受限制[2]。當電壓變化時靜止補償器能快速、平滑地調節，以滿足動態無功補償的需要，同時還能做到分相補償；對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有較強的適應性，該方法既可補償諧波，又可補償無功功率。

動態補償：動態無功補償是從補償效果來進行描述定義的，一般的補償是有級的，也就是常用的補償裝置如電容，是按組來進行投切的，也就用電系統里產生的無功不會是你補償的一樣多，但是由于這種補償已經將功率因數達到0.95。用行業內的話就是動態補償裝置能夠產生的無功是呈線性的。總體來說，動態無功補償就是能夠根據實際的無功需求快速進行補償，也就是能夠跟上網內需求的變化節奏，所以稱之為動態無功補償。

3無功補償方式選擇

3.1 自動補償

無功功率自動補償控制器是低壓配電系統補償無功功率的專用控制器，可以與多種等級電壓在400V以下型號的靜電容屏配套使用。產品具備RS485通訊接口，其所采樣得到的電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、有功諧波百分量、功率因數、溫度可通過通訊接口傳送到其它外部設備。

3.2 分相補償

分相補償是在補償裝置中使用一定數量單相電力電容器，通過檢測三相電流來進行分別計算并控制各相電容器的投入數量來達到補償目的，因此可以使各相的無功電流均獲得良好的補償。這種補償方式適用于對辦公樓、居民小區等單相負荷為主的負荷進行補償。單相電容器分相投切型補償裝置只能補償不平衡的無功電流，對不平衡有功電流沒有調整能力。

3.3 混合補償

所謂的混合補償是針對三相還是單相補償來說的。混合補償就是大部分補償為共補，少部分采用分補。其補償一般分為：低壓側，高壓側，集中補償，分散補償。其原理是通過調節無功功率參數的信號取自三相中的每一相，根據每一相感性負載的大小和功率因數的高低進行相應的平衡補齊，然后再進行三相補償。

4 無功功率補償柜配置方案及元器件設計選擇

4.1 改進無功功率補償柜設計的探討

4.1.1 電容器的選擇

（1）選擇至少可以承受 100/n的浪涌電流和電壓高一個等級的電容（比如用 440V 電容取代 400V 電容），像 FRAKO 電容，可以承受 200-300/n的浪涌電流。較高的電壓等級和耐浪涌電流的能力，可以使電容在諧波存在的情況下，壽命更長。

（2）選擇節能（能耗在 0.2～0.5W/Kvar）環保型的干式電容，由于采用了自愈式和分段薄膜技術，電容器帶有預充電電阻，內置保險，可以使把電容的災難性的損壞變成漸進式的或自愈式的。不能選擇油浸式的電容，不利于環保并有火災的風險。

4.1.2 電容器的保護

（1）檢查供電側的用電質量，確認是否在可接受的范圍之內（V-THD

（2）選擇熔斷器隔離開關代替空氣開關，電容投切可以采用可控硅與交流接觸器相結合的復合開關，可以有效的降低電容投入時的涌流和電容斷開時接觸器的拉弧。

（3）無功功率補償組應該留出 30%～40%的余量，內部電纜應適當放大，并且必須是 A 級阻燃電纜，控制電線也必須是阻燃的。

（4）在控制線路設計中，應采用以單片機為基礎的控制器，按負荷側有功、無功的值取樣，進行分析計算，自動識別工作電容器和備用電容器，發出指令，自動循環選擇不同的電容器進行投切，使每個電容的運行時間大致相同，延長電容器的使用壽命。控制器同時還具有電容回路過壓，過流等保護功能。

4.2 無功功率補償柜柜體的設計

（1）電容器要與電抗器要相互隔離，兩者都要與接觸器，熔斷器隔離開關，電纜，母排等隔離，同時每個柜之間也要隔離，把故障限制在每個柜子里。下圖1是一個很好的例子（其中的進線開關不建議安裝，應由電纜供電）

（2）使用強制通風系統

根據電容器的經驗法則，電容器的工作溫度，每降低 10℃，壽命會增加一倍。一般電容器規定的最高工作溫度為 55℃，所以期望電容器工作溫度在40～45℃左右。

目前很多 PFC 柜都是自然通風方式，強烈建議安裝強制通風系統。PFC 柜前后都有進風口，頂部安裝至少兩個抽風扇（下面裝有防止風扇意外跌落下來的裝置），帶自動恒溫調節器和超溫報警裝置，如果 PFC 柜的通風系統出現風機跳閘或進風口堵死等情況，可以立即知道。

（3）電容器的裝配方法對于通風和散熱也起到很重要的作用，電容器不應該安裝在水平封閉的底板上，底板板上應該有通風孔。

（4）柜子的設計還要體現安全的原則，不允許有的母排和手指可能觸摸到的帶電體。若有，必須用阻燃隔板加以隔離，并貼有“當心觸電”的標識。PFC 柜的頂部應該安裝防護板，距離柜頂約 200mm，防止垂直滴下來的液體直接進入配電盤，也利于散熱；防護板的尺寸應略大于電柜柜頂尺寸，四周有折邊，略微傾斜，留一面小開口，讓液體可以從柜體旁落到地面，使柜體的防護等級達到應為 IPX1。

5 總結性論述

綜上所述， 無功電流在系統中大量流動， 使線損增加、電能質量降低， 對發電、供電、用戶三方都產生不良影響。因此必須對系統進行無功補償， 以消除這些不良影響。在配電網中利用無功功率補償的辦法， 可使系統中的用電設備所需的無功功率就地平衡， 使配電網的功率因數得以調節， 對改善配電網電能質量， 降損節能具有重要意義。在補償技術和裝置不斷發展和完善的趨勢下， 無功補償技術和無功補償裝置會在電網和廣大的城鄉領域得到廣泛應用。

參考文獻：

[1]琚志強.論配電網無功功率的補償[J].寧夏電力，2006（4）.

[2]李葆申，葉淑珍.關于無功補償分類術語和定義的探討[J].電力電容器與無功補償.2011（32）..

[3]何希文.淺談配電網低壓無功補償技術及其相應措施[J].中國高新技術企業，2009（10）.

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【關鍵詞】無功補償技術；分類與應用研究

0.前言

無功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統電能質量、電壓質量、降低網絡損耗、節能以及安全運行所不可缺少的部分。在大系統中，無功補償還用于調整電網的電壓，提高電網的穩定性；在小系統中，通過恰當的無功補償方法還可以調整三相不平衡電流。電力系統中無功要保持平衡，否則將會使系統電壓下降，嚴重時會導致設備損壞、系統解列，此外，網絡的功率因數和電壓降低，使電氣設備得不到充分利用，促使網絡傳輸能力下降，損耗增加。

1.目前我國電網中常見的無功補償方式分類及其特點

1.1按補償方式進行分類

（1）在變電站集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組，用以補償主變的空載無功損耗并適當補償輸電線路的無功功率損耗，以改善輸電網的功率因數，提高終端變電站電壓；（2）隨線補償：在高壓配電線路上分散安裝并聯電容器，主要補償配電線路的無功功率，以提高配電網功率因數，達到降損升壓的目的；（3）隨器補償和隨機補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏或電動機上直接安裝并聯補償電容器，接線簡單，投資少，安裝容易，配置方便靈活，維護簡單，事故率低，但易產生鐵磁諧振；（4）低壓集中補償：在用戶專用變壓器及農網中廣泛采用，但在公用變壓器上由于管理、維護問題，容易成為生產安全隱患而難以采用，而且無法減少低壓線路上的無功傳輸；（5）低壓分散補償：在節能降損、改善電壓質量、提高線路供電能力方面效果明顯，但容易造成補償容量和地點較難選擇，電容器在輕載時閑置，使設備利用率不高；（6）單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯電容器等無功補償設備，不僅可使功率消耗小，功率因數提高，還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。

1.2按補償設備進行分類

（1）同步調相機：同步調相機實質是一種不帶機械負載的同步電動機，它在過激運行時向系統供應感性無功功率，欠勵運行時從系統吸收感性無功功率，對提高電力系統的穩定性有很大好處；（2）靜止補償裝置：該裝置主要由并聯電容器和飽和電抗器組成，能平滑無級地調節無功功率和電壓，可實現在幾個周波內進行快速調節；（3）同步電動機：同步電動機過激運行時向系統供應感性無功功率，欠勵運行時從系統吸收感性無功功率，能明顯改善系統的功率因數，但設備投資成本高，維護工作量大；（4）移相電容器：移相電容器設備投資少，有功損耗小，維護工作量小，不會增大系統的短路容量，但只能分級補償，不能吸收無功功率，且對環境溫度及運行電壓要求較高。

1.3按網絡類型分類

按網絡接線方式還可分為輸配電網絡的無功補償優化和配電線路及用戶的無功補償優化。為了提高電力系統的供電可靠性，在中壓系統中通常把不同的兩回中壓配電線路的末端或中部連接起來構成環式，但在實際應用中，為了避免產生電磁環路，簡化繼電保護，網絡一般采用開環方式運行。

1.4按無功優化的使用目的分類

（1）系統規劃設計的最優配置：在配電網規劃建成前期或現有的配電網需要重新配置無功補償設備時，對無功補償方式、補償設備的最佳安裝地點和最佳配置容量的確定；（2）系統在線運行的最優控制：對系統已配置的無功補償設備最佳出力的確定和投切的控制。

2.無功補償技術在電氣自動化中的應用與分析

2.1無功功率補償技術的原理及作用

在交流電路中，有功功率將電能轉換為機械能、光能、熱能；無功功率則用于電路內電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場就要消耗無功功率。無功功率決不是無用功率，它的用處很大，電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的；變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓，如果沒有無功功率電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。

2.2應用無功功率補償技術的必要性

無功功率補償的主要目的是為了提高功率因數，常用電氣設備的功率因數除白熾燈、電熱器等接近1外，電動機、變壓器、架空線及電氣儀表的功率因數均小于1，如交流異步電動機，在空載時的功率因數只有0.2-0.3；在輕載時均為0.5；在額定負載時均為0.7-0.89。負載時功率因數低對供、用電設備會產生一定的不良影響，具體為：（1）降低發電機有功功率的輸出；（2）降低輸、變電輸電線路供給的無功功率，使得供電質量降低；（3）造成線路電壓損失增大和電力系統電能損耗的增加；（4）造成低功率因數運行和電壓下降，使電力系統和用電企業的電氣設備不能被充分利用。

對電力系統輸配電線路來說，當輸送同樣大小的有功功率P=IUcos？準時，功率因數cos？準越低，輸電線路中的電流I=P/Ucos？準就越大，勢必造成線路中電壓降增大，這將導致線路末端的電壓降低，所以在電網中要設置一些無功補償裝置來提高功率因數是非常必要的，這樣可保證用電設備在額定電壓下工作及用戶對無功功率的需求，不僅提高電力系統和用電企業設備的利用率，減小電能損耗，也是提高用電質量、節約用電的一項很重要的技術措施。

2.3 電力系統無功補償技術的現狀和策略

在電力系統中一個非常重要的評價標準是電能質量，而電壓是電能質量的最核心的影響因素。近些年，我國對電氣自動化中的無功補償技術做了很多深入的研究，采用的無功補償技術主要有：（1）真空斷路投切電容器；（2）可控飽和電抗器；（3）有源濾波器；（4）固定濾波器、電容器和電抗器的調壓；（5）有源濾波器和無源濾波器等，應用在變電站方面居多，一般的220KV變電站有較多的無功調節功能，其調節的容量根據地區的不同而有所不同，負荷功率因數在最高峰時可以達到0.98左右，要根據實際情況來對變壓器合理地進行調整和補償，還需要有具體細化的應用方案來提升無功補償的應用效果。我國的電氣化鐵路對無功補償的應用主要方式是AT供電方式，用的是SCOTT變壓器，用晶閘管電子開關來控制電容的投切，這個策略在我國鐵路的現狀上來看，能夠很大程度地降低較長輻射線路上存在的負序問題，既降低了資源浪費的可能性，也提高了電氣自動化系統的安全性。

3.結束語

無功補償技術不僅降低了資源浪費的可能性，也提高了電氣自動化系統的安全性，全面提升了經濟效用，降低了故障處理的預算，在電氣自動化中應用無功功率補償技術，能夠使得電氣自動化系統得到更好的優化。

【參考文獻】

[1]王李楊.淺析無功補償技術在電氣自動化中的應用[J].價值工程，2011（06）.

[2]謝常華.電氣自動化的發展[J].企業導報，2010（11）.