無功補償

電網輸出的功率包括兩部分 ^[1]  ：一是有功功率：直接消耗電能，把電能轉變為機械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；二是無功功率：消耗電能，但只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，並且，這種能是在電網中與電能進行週期性轉換，這部分功率稱為無功功率（如電磁元件建立磁場佔用的電能，電容器建立電場所佔的電能）。

⑴ 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。

⑵ 減少發、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節省設備容量0.52KW；反之，增加0.52KW對原有設備而言，相當於增大了發、供電設備容量。因此，對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。

⑶ 降低線損，由公式ΔΡ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ為補償後的功率因數，cosθ為補償前的功率因數則：

cosΦ>cosθ，所以提高功率因數後，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響着供電企業的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。

電網中常用的無功補償方式包括：

① 集中補償：在高低壓配電線路中安裝並聯電容器組；

② 分組補償：在配電變壓器低壓側和用户車間配電屏安裝並聯補償電容器；

③ 單台電動機就地補償：在單台電動機處安裝並聯電容器等。

加裝無功補償設備，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。

確定無功補償容量時，應注意以下兩點：

① 在輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的。

② 功率因數越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償。

無功就地補償容量可以根據以下經驗公式確定：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。其中就地補償區域最大，效果也好。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。高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。為此，這三種補償方式各有應用範圍，應結合實際確定使用場合，各司其職分類。

延時投切方式即俗稱的"靜態"補償方式。延時投切的目的在於防止過於頻繁的動作使電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導致供電系統振盪，這是很危險的 ^[1]  。

延時投切方式用於控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、複合開關或者同步開關（又名選相開關）。

投切電容器專用接觸器有一組輔助接點串聯電阻後與主接點並聯。在投入過程中輔助接點先閉合，與輔助接點串聯的電阻使電容器預充電，然後主接點再閉合，於是就限制了電容器投入時的湧流。

複合開關就是將晶閘管與繼電器接點並聯使用，但是複合開關既使用晶閘管又使用繼電器，於是結構就變得比較複雜，成本也比較高，並且由於晶閘管對過流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實際應用中，複合開關故障多半是由晶閘管損壞所引起的

同步開關是近年來最新發展的技術，顧名思義，就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對於控制電容器的同步開關就是要在接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現電容器的無湧流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現開關接點的無電弧分斷。由於同步開關省略了晶閘管，因此不僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關是傳統機械開關與現代電子技術完美結合的產物，使機械開關在具有獨特技術性能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。

當電網的負荷呈感性時，如電動機、電焊機等負載，這時電網的電流滯帶後電壓一個角度，當負荷呈容性時，如過補償狀態，這時電網的電流超前於電壓的一個角度，功率因數超前或滯後是指電流與電壓的相位關係。通過補償裝置的控制器檢測供電系統的物理量，來決定電容器的投切，這個物理量可以是功率因數或無功電流或無功功率。

下面就功率因數型舉例説明。當這個物理量滿足要求時，如cosΦ超前且>0.98，滯後且>0.95，在這個範圍內，此時控制器沒有控制信號發出，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。當檢測到cosΦ不滿足要求時，如cosΦ滯後且<0.95，那麼將一組電容器投入，並繼續監測cosΦ如還不滿足要求，控制器則延時一段時間（延時時間可整定），再投入一組電容器，直到全部投入為止。當檢測到超前信號如cosΦ<0.98,即呈容性載荷時，那麼控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時就要先切除。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，那麼全部投入的時間就為5分鐘，切除也這樣。在這段時間內無功損失補只能是逐步到位。如果將延時時間整定的很短，或沒有設定延時時間，就可能會出現這樣的情況。當控制器監測到cosΦ〈0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投入期間，此時電網可能已是容性負載即過補償了，控制器則控制電容器組逐一切除，週而復始，形成震盪，導致系統崩潰。是否能形成振盪與負載的性質有密切關係，所以説這個參數需要根據現場情況整定，要在保證系統安全的情況下，再考慮補償效果。

由於電容器是電壓不能瞬變的器件，因此電容器投入時會形成很大的湧流，湧流最大時可能超過100倍電容器額定電流。湧流會對電網產生不利的干擾，也會降低電容器的使用壽命。為了降低湧流，大部分補償裝置使用電容器投切專用接觸器，這種接觸器有1組串聯限流電阻與主觸頭並聯的輔助觸頭，在接觸器吸合的過程中，輔助觸頭首先接通，使電容器通過限流電阻接入電路進行預充電，然後主觸頭接通將電容器正常接入電路，通過這種方式可以將湧流限制在電容器額定電流的20倍以下。

此類補償裝置價格低廉，可靠性較高，應用最為普遍。由於交流接觸器的觸頭壽命有限，不適合頻繁投切，因此這類補償裝置不適用頻繁變化的負荷情況。

這類補償裝置就是SVC分類中的TSC子類。由於晶閘管很容易受湧流的衝擊而損壞，因此晶閘管必須過零觸發，就是當晶閘管兩端電壓為零的瞬間發出觸發信號。過零觸發技術可以實現無湧流投入電容器，另外由於晶閘管的觸發次數沒有限制，可以實現準動態補償（響應時間在毫秒級），因此適用於電容器的頻繁投切，非常適用於頻繁變化的負荷情況。晶閘管導通電壓降約為1V左右，損耗很大（以額定容量100Kvar的補償裝置為例，每相額定電流約為145A，則晶閘管額定導通損耗為145×1×3=435W），必須使用大面積的散熱片並使用通風扇。晶閘管對電壓變化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作過電壓及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導通而被湧流損壞，即使安裝避雷器也無濟於事，因為避雷器只能限制電壓的峯值，並不能降低電壓變化率。

此類補償裝置結構複雜，價格高，可靠性差，損耗大，除了負荷頻繁變化的場合，在其餘場合幾乎沒有使用價值。

複合開關技術就是將晶閘管與繼電器接點並聯使用，由晶閘管實現電壓過零投入與電流過零切除，由繼電器接點來通過連續電流，這樣就避免了晶閘管的導通損耗問題，也避免了電容器投入時的湧流。但是複合開關技術既使用晶閘管又使用繼電器，於是結構就變得相當複雜，並且由於晶閘管對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。

同步開關技術是近年來最新發展的技術，顧名思義，就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對於控制電容器的同步開關，就是要在開關接點兩端電壓為零的時刻閉合。

同步開關技術中拒絕使用可控硅，因此仍然不適用於頻繁投切。但由於同步開關相比複合開關和交流接觸器更節能、更安全可靠、更節約資源，且選相開關應用了單片機技術，不僅能通過RS485通訊控制方式對多至64路電容器進行控制，還具備通訊功能，可將基層單位的電測量信息實時發送到上級電網，為國家正在發展的智能化電網無縫對接等諸多因素。

瞬時投切方式即人們熟稱的"動態"補償方式，應該説它是半導體電力器件與數字技術綜合的技術結晶，實際就是一套快速隨動系統，控制器一般能在半個周波至1個周波內完成採樣、計算，在2個週期到來時，控制器已經發出控制信號了。通過脈衝信號使晶閘管導通，投切電容器組大約20-30毫秒內就完成一個全部動作，這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現的。動態補償方式作為新一代的補償裝置有着廣泛的應用前景。很多開關行業廠都試圖生產、製造這類裝置且有的生產廠已經生產出很不錯的裝置。當然與國外同類產品相比從性能上、元器件的質量、產品結構上還有一定的差距。

這種方式採用電感與電容的串聯接法，調節電抗以達到補償無功損耗的目的 ^[2]  。從原理上分析，這種方式響應速度快，閉環使用時，可做到無差調節，使無功損耗降為零。從元件的選擇上來説，根據補償量選擇1組電容器即可，不需要再分成多路。既然有這麼多的優點，應該是非常理想的補償裝置了。但由於要求選用的電感量值大，要在很大的動態範圍內調節，所以體積也相對較大，價格也要高一些，再加一些技術的原因，這項技術到還沒有被廣泛採用或使用者很少。

作為電容器組的投切開關，較常採用的接線方式如圖2。圖中BK為半導體器件，C1為電容器組。這種接線方式採用2組開關，另一相直接接電網省去一組開關，有很多優越性。

作為補償裝置所採用的半導體器件一般都採用晶閘管，其優點是選材方便，電路成熟又很經濟。其不足之處是元件本身不能快速關斷，在意外情況下容易燒燬，所以保護措施要完善。當解決了保護問題，作為電容器組投切開關應該是較理想的器件。動態補償的補償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數。很重要的一項就是要求控制器要有良好的動態響應時間，準確的投切功率，還要有較高的自識別能力，這樣才能達到最佳的補償效果。

當控制器採集到需要補償的信號發出一個指令（投入一組或多組電容器的指令），此時由觸發脈衝去觸發晶閘管導通，相應的電容器組也就併入線路運行。需要強調的是晶閘管導通的條件必須滿足其所在相的電容器的端電壓為零，以避免湧流造成元件的損壞，半導體器件應該是無湧流投切。當控制指令撤消時，觸發脈衝隨即消失，晶閘管零電流自然關斷。關斷後的電容器電壓為線路電壓交流峯值，必須由放電電阻儘快放電，以備電容器再次投入。

元器件可以選單相晶閘管反並聯或是雙向晶閘管，也可選適合容性負載的固態接觸器，這樣可以省去過零觸發的脈衝電路，從而簡化線路，元件的耐壓及電流要合理選擇，散熱器及冷卻方式也要考慮周全。

實際上就是靜態與動態補償的混合，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導體器件。這種方式在一定程度上可做到優勢互補，但就其控制技術，還見到完善的控制軟件，該方式用於通常的網絡如工礦、小區、域網改造，比起單一的投切方式拓寬了應用範圍，節能效果更好。補償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補償效果更加細緻，更為理想。還可採用分相補償方式，可以解決由於線路三相不平行造成的損失。

利用PWM整流控制技術，通過對電網的電壓和電流實時採樣和高性能DSP計算出電網的無功功率，實現無功功率的補償。SVG的特點是可實現對動態連續無功補償，並可實現感性無功和容性無功的補償，使電網的功率因數穩定在0.98以上。SVG不僅對無功功率進行補償，而且可對諧波電流實現補償。

選擇哪一種補償方式，還要依電網的狀況而定，首先對所補償的線路要有所瞭解，對於負荷較大且變化較快的工況，電焊機、電動機的線路採用動態補償，節能效果明顯。對於負荷相對平穩的線路應採用靜態補償方式，也可使用動態補償裝置。一般電焊工作時間均在幾秒鐘以上，電動機啓動也在幾秒鐘以上，而動態補償的響應時間在幾十毫秒，按40毫秒考慮則從40毫秒到5秒鐘之內是一個相對的穩態過程，動態補償裝置能完成這個過程 ^[3]  。

無功功率補償控制器有三種採樣方式，功率因數型、無功功率型、無功電流型。選擇那一種物理控制方式實際上就是對無功功率補償控制器的選擇。控制器是無功補償裝置的指揮系統，採樣、運算、發出投切信號，參數設定、測量、元件保護等功能均由補償控制器完成。十幾年來經歷了由分立元件--集成線路--單片機--DSP芯片一個快速發展的過程，其功能也愈加完善。就國內的總體狀況，由於市場的需求量很大，生產廠家也愈來愈多，其性能及內在質量差異很大，很多產品名不符實，在選用時需認真對待。在選用時需要注意的另一個問題就是國內生產的控制器其名稱均為"XXX無功功率補償控制器"，名稱裏出現的"無功功率"的含義不是這台控制器的採樣物理量。採樣物理量取決於產品的型號，而不是產品的名稱。

功率因數用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所佔的比例。當cosΦ=1時，線路中沒有無功損耗。提高功率因數以減少無功損耗是這類控制器的最終目標。這種控制方式也是很傳統的方式，採樣、控制也都較容易實現。

* "延時"整定，投切的延時時間，應在10s-120s範圍內調節 "靈敏度"整定，電流靈敏度，不大於0-2A 。

* 投入及切除門限整定，其功率因數應能在0.85（滯後）-0.95（超前）範圍內整定。

* 過壓保護設量

* 顯示設置、循環投切等功能

這種採樣方式在運行中既要保證線路系統穩定、無振盪現象出現，又要兼顧補償效果，這是一對矛盾，只能在現場視具體情況將參數整定在較好的狀態下工作。即使調整的較好，也無法禰補這種方式本身的缺陷，尤其是在線路重負荷時。舉例説明：設定投入門限；cosΦ=0.95（滯後）此時線路重載荷，即使此時的無功損耗已很大，再投電容器組也不會出現過補償，但cosΦ只要不小於0.95，控制器就不會再有補償指令，也就不會有電容器組投入，所以這種控制方式建議不做為推薦的方式。

無功功率（無功電流）型的控制器較完善的解決了功率因數型的缺陷。一個設計良好的無功型控制器是智能化的，有很強的適應能力，能兼顧線路的穩定性及檢測及補償效果，並能對補償裝置進行完善的保護及檢測，這類控制器一般都具有以下功能：

* 四象限操作、自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據負載自動調節切換時間、諧波過壓報警及保護、線路諧振報警、過電壓保護、線路低電流報警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及頻率。

由以上功能就可以看出其控制功能的完備，由於是無功型的控制器，也就將補償裝置的效果發揮得淋漓盡致。如線路在重負荷時，那怕cosΦ已達到0.99（滯後），只要再投一組電容器不發生過補，也還會再投入一組電容器，使補償效果達到最佳的狀態。採用DSP芯片的控制器，運算速度大幅度提高，使得富里葉變換得到實現。當然，不是所有的無功型控制器都有這麼完備的功能。國內的產品相對於國外的產品還存在一定的差距。

對於這種控制器要求就更高了，一般是與觸發脈衝形成電路一併考慮的，要求控制器抗干擾能力強，運算速度快，更重要的是有很好的完成動態補償功能。由於這類控制器也都基於無功型，所以它具備靜態無功型的特點。

國內用於動態補償的控制器，與國外同類產品相比有較大的差距，一是在動態響應時間上較慢，動態響應時間重複性不好；二是補償功率不能一步到位，衝擊電流過大，系統特性容易漂移，維護成本高、造成設備整體投資費用高。另外，相應的國家標準也尚未見到，這方面落後於發展。

由於現代半導體器件應用愈來愈普遍，功率也更大，但它的負面影響就是產生很大的非正弦電流。使電網的諧波電壓升高，畸變率增大，電網供電質量變壞。

如果供電線路上有較大的諧波電壓，尤其5次以上，這些諧波將被補償裝置放大。電容器組與線路串聯諧振，使線路上的電壓、電流畸變率增大，還有可能造成設備損壞，再這種情況下補償裝置是不可使用的。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器。濾波器的設計要使在工頻情況下呈容性，以對線路進行無功補償，對於諧波則為感性負載，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸變率。增加電抗器後，要考慮電容端電壓升高的問題。

濾波補償裝置即補償了無功損耗又改善了線路質量，雖然成本提高較多，但對於諧波成分較大的線路還是應儘量考慮採用，不能認為裝置一時不出問題就認為沒有問題存在。很多情況下，採用五次、七次、十一次或高通濾波器可以在補償無功功率的同時，對系統中的諧波進行消除。

適用於交流50 Hz、額定電壓在660 V以下，負載功率變化較大，對電壓波動和功率因數有較高要求的電力、汽車、石油、化工、冶金、鐵路、港口、煤礦、油田等行業 ^[4]  。

基本技術參數及工作環境：

環境温度：-25oC~+40oC(户外型)；-5oC~+40oC (户內型)，最大日平均温度30oC

海拔高度：1000 m

相對濕度：< 85% (+25oC)

最大降雨：50 mm/10 min

安裝環境：周圍介質無爆炸及易燃危險、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無導電塵埃。無劇烈震動和顛簸，安裝傾斜度<5%。

技術指標：額定電壓：220 V、380 V(50 Hz)

判斷依據：無功功率、電壓

響應時間：< 20 ms

補償容量：90 kvar~900 kvar

允許誤差：0~10%

適用於6kV~10kV變電站，可在I段和II段母線上任意配置1~4組電容器，適應變電站的各種運行方式。

基本技術參數及工作環境：

正常工作温度：-15~+50oC，相對濕度<85%，海拔高度：2000 m

技術指標：額定電壓：6 kV~10 kV

交流電壓取樣：100 V (PT二次線電壓)

交流電流取樣：0~5 A(若 PT 取 10 kV 側二次 A、C 線電壓時，CT 應取 B 相電流)

電壓整定值：6~6.6 kV 10~11 kV 可調

電流互感器變比：200~5000 /5 A 可調

動作間隔時間；1~60 min可調

動作需系統穩定時間：2~10 min可調

功率因數整定：0.8~0.99 可調

技術特徵：電壓優先：按電壓質量要求自動投切電容器，使母線電壓始終處於規定範圍。

自動補償：依據無功大小自動投切電容器組，使系統不過壓、不過補、無功損耗始終處於最小的狀態。

記錄監測：可自動或隨時調出監測數據、運行記錄、電壓合格率統計表等 (選配)。

智能控制：在自動發出各動作控制指令之前，首先探詢動作後可能出現的所有超限定值，減少動作次數。

異常報警閉鎖：當電容器控制迴路繼保動作、拒動和控制器失電時發出聲光報警，顯示故障部位和閉鎖出口。

安全防護：手動可退出任一電容器組的自投狀態，控制器自動閉鎖並退出控制。

模糊控制：當系統處於電壓合格範圍的高端且在特定環境時如何實施綜控原則是該系列產品設計的難點。由於現場諸多因素，如配置環境、受電狀況、動作時間、用户對動作次數的限制等 而引起頻繁動作是用户最為擔擾的。應用模糊控制正是考慮了以上諸多因素而使這一“盲區”得到合理解決。

採用大功率晶閘管投切開關，控制器可根據系統電壓，無功功率、兩相準則控制晶閘管開關對多級電容組進行快速投切。晶閘管開關採用過零觸發方式，可實現電容器無湧流無衝擊投入，達到穩定系統電壓，補償電網無功、改善功率因數、提高變壓器承載能力的目的。可廣泛應用於電力、冶金、石油、港口、化工、建材等工礦企業及小區配電系統。

裝置結構及主要元件技術性能

1、裝置結構

低壓無功動態補償裝置由控制器、無觸點開關組、並聯電容器組、電抗器、放電裝置及保護迴路組成，整機設計為機電一體化。

2、主要元件技術性能

（1）控制器

低壓無功動態補償裝置控制器為全新數字化設計、軟硬件模塊化、集成度高、電磁兼容、抗干擾能力強，有12個輸出端子，可實現分相、平衡、分相加平衡三種方式補償。適用範圍廣，可滿足不同性質負荷的補償需要。可根據系統電壓、無功功率控制無觸點開關組投切，有手動和自動兩種操作模式，並具有過壓切除、過壓閉鎖、欠壓切除、超温告警等保護功能。

（2）無觸點開關組

無觸點開關組是裝置的主要執行元件，由晶閘管開關、散熱器、風扇、温控開關、過零觸發模塊及阻容吸收回路構成，一體化設計單組可控最大容量為90kvar，晶閘管開關為進口元件，大功率、安全係數高。

（3）並聯電容器組

選用優質自愈式並聯電容器，可按不同容量靈活編碼組合，投切級數多，大容量補償可一次到位。

基本工作原理

裝置工作時由控制器實時監測系統電壓及無功功率的變化。當系統電壓低於供電標準或無功功率達到所設定電容器組投切門限時，控制器給出投切指令。由過零電路迅速檢測晶閘管兩端電壓（即電容器和系統之間的電壓差），當兩端電壓為零時觸發晶閘管，電容器組實現無湧流投入或無湧流切除。

主要技術參數

1、額定電壓 AC220V/380V±10% 50Hz

2、接線方式 三相四線

3、投切依據 系統電壓及無功功率

4、響應時間 ≤20ms

5、投切延時 0.1～30s（連續可調）

6、投切精度 平均≤+2%

7、補償容量 60kvar～1080kvar

8、投切級數 1～18級

使用環境條件

1、工作環境温度 -25℃～+45℃

2、空氣相對濕度≤85%

3、海拔高度 ≤2000m（2000m以上採用高原型）

4、安裝環境 無易燃、易爆、化學腐蝕、水淹及劇烈振動場所

5、安裝方式 户內屏式，户外箱式

6、安裝條件 電網中諧波含量符合GB/T14549中0.38kV條款的規定

保護功能

具有過流、過壓、欠壓、温度超限多種保護。裝置能在外部故障和停電時自動退出運行，送電後自動恢復。

適用於6KV、10KV的大中型工礦企業等負荷波動較大、功率因數需經常調節的變電站配電系統。本裝置是根據系統電壓和無功缺額等因素，通過綜合測算，自動投切電容組，以提高電壓質量、改善功率因數及減少線損。本裝置適用於無人值守變電站和諧波電壓、諧波電流滿足國標GB/T14548-93規定允許值的場合。如現場諧波條件超標，可根據情況配備1%-13%的電抗已抗拒諧波進入補償設備。

結構及基本工作原理

高壓無功自動補償裝置，由控制器、高壓真空開關或真空接觸器、高壓電容器組、電抗器、放電線圈、避雷器和一些必要的保護輔助設備組成。數字式高壓無功自動補償控制器是根據九區圖結合模糊控制原理、按電壓優先和負荷無功功率以及投切次數限量等要求決定是否投切電容器組，使母線電壓始終處於標準範圍內，確保不過補最大限度減少損耗。在電壓允許的範圍內依據負荷的無功要求將電容器組一次投切到位。在投入電容器之前預算電壓升高量，如果超標則降低容量投入或不投入。異常情況時控制器發出指令退出所有電容器組，同時發出聲光報警。故障排除後，手動解除報警才能再次投入自動工作方式。

技術特徵

1、電壓優先

按電壓質量要求自動投切電容器，電壓超出最高設定值時，逐步切除電容器組，直到電壓合格為止。電壓低於最低設定值時，在保證不過載的條件下逐步投入電容器組，使母線電壓始終處於規定範圍。

2、無功自動補償功能

在電壓優先原則下，依據負荷無功功率大小自動投切電容器組，使系統始終處於無功損耗最小狀態。

3、智能控制功能

自動發出動作指令前首先探詢動作後可能出現的所有超限定值，減少動作次數。

4、異常報警功能

當電容器控制迴路繼保動作拒動和控制器則自動閉鎖改組電容器的自動控制。

6、模糊控制功能

當系統處於電壓合格範圍的高端且在某特定環境時如何實施綜控原則是該系列產品設計的難點，由於現場諸多因素（如配置環境、受電狀況、動作時間、用户對動作次數的限制等）而引起的頻繁動作是用户最為擔憂的，應用模糊控制正是考慮了以上諸多因素使這一“盲區”得到合理解決。

7、綜合保護功能

每套裝置有開關保護（選配），過壓、失壓、過流（短路）和零序繼電保護、雙星形不平衡保護、熔斷器過流保護、氧化鋅避雷器、接地保護、速斷保護等。

主要技術參數

1、額定電壓（AC） 6KV、10KV

2、系統電壓取樣（AC） 100V（PT二次線電壓）

3、交流電流取樣 0～5A（若PT取10KV側二次A、C相線電壓時，CT應取B相電流）

4、電壓整定值 6～6.6KV 10～11KV可調

5、動作間隔時間 1～60分鐘可調

6、功率因數整定值 0.8～0.99可調

7、電流互感器變化 50～5000/5A可調

8、動作需系統穩定時間 2～10分鐘可調

使用環境

1、環境温度 -15℃～+45℃

2、相對濕度 ≤85%

3、海拔高度 ≤2000m（2000m以上採用高原型）

4、周圍介質無爆炸及易燃危險品、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無導電塵挨、安裝地點無劇烈振動、無顛簸。

5、供電電源符合國家標準規定，沒有較強的諧波分量。

提升機作為大功率、頻繁啓動、週期性衝擊負荷以及採用硅整流裝置對電網造成的無功衝擊和高次諧波污染等危害不僅危及電網安全，同時也造成提升機過電流、欠電壓等緊停故障的發生，影響了礦井生產。因此對提升機供電系統進行無功動態補償和高次諧波治理，對於提高礦井提升機和電網的安全運行可靠性、提高企業的經濟效益意義巨大 ^[5]  。

提升機單機裝機功率大，在礦井總供電負荷中佔的比重較大。伴隨煤礦生產規模的擴大、井筒的加深，要求配套的提升機裝置容量也越來越大，單機容量已達到2000～3000kW，有的甚至達到5400kW，單鬥提升裝載量達34t。這麼大的負載啓動將對電網造成很大的衝擊電流，無功電流成分較大，功率因數較低。所以大功率提升機對供電電網的容量和穩定性要求更高。

其中大功率提升機主要的問題是：

引起電網電壓降低及電壓波動；

高次諧波，其中普遍存在如2、4次偶次諧波與3、5、7、11等奇次諧波共存的狀況，

使電壓畸變更趨複雜化；功率因數低；

徹底解決上述問題的方法是用户安裝具有快速響應速度的BF-2B動態濾波及無功補償裝置，該裝置使用大功率可控硅開關模組。系統響應時間小於20ms，完全可以滿足嚴格的技術要求。我公司具有豐富的煤礦現場成功運行經驗，如山西玉華煤礦等項目，濾波及無功補償裝置投運至今運行效果良好，單月節省電費在10萬元以上。

配電網無功補償的主要方式有五種：變電站補償、配電線路補償、隨機補償、隨器補償、跟蹤補償 ^[3]  。

針對電網的無功平衡，在變電站進行集中補償，補償裝置包括並聯電容器、同步調相機、靜止補償器等，主要目的是平衡電網的無功功率，改善電網的功率因數，提高系統終端變電所的母線電壓，補償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無功損耗。這些補償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護方便等優點，缺點是這種補償方式對10kV配電網的降損不起作用。

線路無功補償即通過在線路杆塔上安裝電容器實現無功補償。線路補償點不宜過多；控制方式應從簡，一般不採用分組投切控制；補償容量也不宜過大，避免出現過補償現象；保護也要從簡，可採用熔斷器和避雷器作為過流和過壓保護。線路補償方式主要提供線路和公用變壓器需要的無功，該種方式具有投資小、回收快、便於管理和維護等優點，適用於功率因數低、負荷重的長線路。缺點是存在適應能力差，重載情況下補償不足等問題。

在低壓三相四線制的城市居民和農網供電系統中：由於用電户多為單相負荷或單相和三相負荷混用，並且負荷大小不同和用電時間的不同。所以，電網中三相間的不平衡電流是客觀存在的，並且這種用電不平衡狀況無規律性，也無法事先預知。導致了低壓供電系統三相負載的長期性不平衡。對於三相不平衡電流，電力部門除了儘量合理地分配負荷之外幾乎沒有什麼行之有效的解決辦法。

電網中的不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損，還會增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至會影響變壓器的安全運行，最終會造成三相電壓的不平衡。

調整不平衡電流無功補償裝置，有效地解決了這個難題，該裝置具有在補償線路無功的同時調整不平衡有功電流的作用。其理論結果可使三相功率因數均補償至1，三相電流調整至平衡。實際應用表明，可使三相功率因數補償到0.95以上，使不平衡電流調整到變壓器額定電流的10%以內。

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機並接，通過控制、保護裝置與電動機同時投切的一種無功補償方式。縣級配電網中有很大一部分的無功功率消耗在電動機上，因此，搞好電動機的無功補償，使其無功就地平衡，既能減少配電線路的損耗，同時還可以提高電動機的出力。隨機補償的優點是用電設備運行時，無功補償裝置投入；用電設備停運時，補償裝置退出。更具有投資少、佔位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低的特點。適用於補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，可較好的限制配電網無功峯荷。年運行小時數在1000h以上的電動機採用隨機補償較其他補償方式更經濟。

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配電變壓器在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配電變壓器空載無功是農網無功負荷的主要部分.隨器補償的優點是接線簡單，維護管理方便，能有效地補償配電變壓器空載無功，限制農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無功網損，提高用户的功率因數，改善用户的電壓質量，具有較高的經濟性，是目前無功補償最有效的手段之一。缺點是由於配電變壓器的數量多、安裝地點分散，因此補償工作的投資比較大，運行維護工作量大。

是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在用户配電變壓器低壓側的補償方式。這種補償方式，部分相當於隨器補償的作用，主要適用與100kVA及以上的專用配電變壓器用户。跟蹤補償的優點是可較好地跟蹤無功負荷的變化，運行方式靈活，補償效果好，但是費用高，且自動投切裝置較隨機或隨器補償的控制保護裝置複雜，如有任一元件損壞，則可導致電容器不能投切。其主要適於大容量大負荷的配變。

1、電容器損壞頻繁。

2、電容器外熔斷器在投切電容器組及運行中常發生熔斷。

3、電容器組經常投入使用率低。

針對以上問題，我們認為有必要進行專題研究，對無功補償設備進行綜合整治，以達到無功補償設備使用化運行，提高電網電壓無功質量和電能合格率。針對上述情況我們分析可能存在的原因如下：

1、電容器損壞主要原因由於在選擇電壓等級時沒有考慮諧波背景的影響，造成所選擇的電壓等級偏低，長期運行電容器將容易損壞。

2、電容器外熔斷器經常發生熔斷，主要是合閘湧流對熔斷器的衝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所致。

電容器投入使用率低主要是由於在電容器容量選擇及分配不當造成的。

美國斯威爾智能電容器能靈活的應用於高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。

配電網在電力系統中的任務是分配電能，是電力系統中連接用户的關鍵供電環節，需要對配電網合理配置無功補償裝置，以提高供電電壓質量，同時降低配電網的網損。在低壓配電網負荷點附近分散配置無功補償裝置，儘量實現無功功率的就地平衡，減少配網中由無功功率傳輸造成的電壓損耗，則不失為一種解決電壓質量問

題的可行方案。

配電網無功補償裝置的配置除了要考慮使各負荷節點的電壓偏移符合相關規定的要求外，還需考慮儘量降低配電網網損、降低補償裝置投資費用等方面，文獻 ^[7]  對該問題開展了一些研究，這些文獻只涉及了10 kV電壓等級配網的無功優化配置問題。近年來，結合我國配網現狀，兼顧10 kV和0. 4 kV電壓等級的配網無功補償優化配置方法逐漸受到重視。文獻[ ^[8]  提出了中低壓配電網分支線路末端配變低壓側和主饋線相結合的無功補償優化方法，並對兩個電壓等級的無功補償配置進行分階段求解;文獻 ^[2]  提出了一種以設備投資和降損收益的年總支出費用最小為目標的配電線路10 kV /0. 4kV綜合無功優化配置模型，並採用災變遺傳算法進行求解;文獻[[10]提出了能夠考慮多個負荷水平的配電網中壓和低壓無功補償優化配置模型，並採用靈敏度分析和遺傳算法求解。這些文獻中對於低壓配電網台區都是在配變低壓側集中配置無功補償裝置，而對於在低壓配電網中如何獲得有工程實用

價值的分散無功補償配置方案，則很少有文獻涉及。

文獻 ^[8]  提出了一種低壓配電網無功補償分散配置優化方法。在保證各個負荷節點電壓偏移符合供電電壓質量要求的前提下，先以所有負荷節點作為候選補償點求解優化模型，獲得理想的分散無功補償配置方案，進而綜合考慮無功補償裝置的投資費用以及便於裝置的運行管理等要求，選定幾個重要補償點再求解優化模型，獲得最終的實用分散無功補償配置方案。最後通過對幾個實際低壓配網台區的分析計算來驗證該方法的正確性和有效性。

就地（分散）補償應用

不需要設置專用的無功補償箱或者無功補償櫃，實現對各種場合的小容量就地補償。

■在用電設備旁放置智能電容器

■在壁掛式配電箱內放置智能電容器

■在工程車間配電設備內（旁）放置智能電容器

■在用户配變小於100kvar的計量櫃、配電櫃內放置智能電容器

優點：無功補償距離短，節能降損效果顯著，設備接線簡單、維護方便。

配置參考：對於小容量負載，按照負載總功率的25%~40%配置智能電容器容量。

例：一台電動機就地補償方案

電動機額定功率：50kW

無功補償容量： 15kvar（10kvar+5kvar）

智能電容器數量：1台 SWL-8MZS/450-10.5

無功補償級數： 0、5、10、15kvar

低壓分組補償的應用

對户外配電變進行就地無功補償，直接將設備安裝於柱掛式户外設備箱內。

優點：體積小、接線簡、維護方便；投資小、節能降損效果顯著。

配置參考：配變無功補償容量一般為配變容量的25%~40%。

例：户外配電變壓器應用方案

配變容量：200kVA

無功補償容量：60kvar 2×30kvar（20kvar+10kvar）

智能電容器數量：2台 SWL-8MZS/450-20.10

無功補償級數：0、10、20、30、40、50、60

安裝在箱變低壓室，根據配電變壓器容量進行補償，選用若干台智能電容器聯機使用。

優點：接線簡單、維護方便、成本低、節約空間的顯著特點。

配置參考：箱變無功補償容量一般為配變容量的25%~40%。

例：箱式變集中補償應用方案

箱變容量：500kVA

無功補償容量：190kvar 4×40kvar(20kvar+20kvar)+ 1×30kvar(20kvar+10kvar)

智能電容器數量：4台 SWL-8MZS/450-20.20 1台 SWL-8MZS/450-20.10

高壓集中補償的應用

低壓無功補償智能電容器實現在櫃體內組裝，構成無功自動補償裝置，接線簡單、維護方便、節約成本。

優點：補償效果好，容量可調整性好，接線簡單、故障少、運行維護方便。

配置參考：根據成套櫃補償容量的要求進行配置。

低壓成套櫃配置容量參考：

GGD櫃型

櫃體尺寸：1000mm(寬) ×600mm(深) ×2230(高)mm

可安裝智能電容器數量：20台 40kvar（20kvar+20kvar）

無功補償總容量：800kvar（40kvar×20）

MNS櫃型

櫃體尺寸：600mm(寬) ×800mm(深) ×2200(高)mm

可安裝智能電容器數量：12台 40kvar（20kvar+20kvar）

無功補償總容量：480kvar（40kvar×12）

⑵大容量電力電子裝置，普通電容器就地補償不恰當：隨着大型電力電子裝置的廣泛應用，尤其是採用大容量晶閘管電源供電後，致使電網波形畸變，諧波分量增大，功率因數降低。更由於此類負載經常是快速變化，諧波次數增高，危及供電質量，對通訊設備影響也很大，所以此類負載採用就地補償是不安全，不恰當的。因為①電力電子裝置會產生高次諧波，在負載電感上有部分被抑制。但當負載並聯電容器後，高次諧波可順利通過電容器，這就等效地增加了供電網絡中的諧波成分。②由於諧波電流的存在，會增加電容器的負擔，容易造成電容器的過流、過熱，甚至損壞。③電力電子裝置供電的負載如電弧爐、軋鋼機等具有衝擊性無功負載，這要求無功補償的響應速度要快，但並聯電容器的補償方法是難以奏效。

智能電容器成套設備能滿足惡劣環境下的電容補償要求。Satons專業開發的功率因數控制器結合智能電容器組，能快速響應電網功率因數突變的問題，毫秒級的捕捉諧波突變。防止過度補償引起的設備損壞。同時Satons智能電容器成套設備具有諧波抑制能力，破壞電容與系統的並聯諧振，部分吸收系統中的3、5、7次及以上諧波。

⑶電動機起動頻繁或經常正反轉的場合，不宜採用普通電容器就地補償：異步電動機直接起動時，起動電流約為額定電流的4-7倍，即使採用降壓起動措施，其起動電流也是額定電流的2-3倍。因此在電動機起動瞬間，與電動機並聯的電容器勢必流過浪湧衝擊電流，這對頻繁起動的場合，不僅增加線損，而且引起電容器過熱，降低使用壽命。 此外，對具有正反轉起動的場合，應把補償電容器接到接觸器頭電源進線側，這雖能使電容隨電動機的運行而投入。但當接觸器剛斷開時，電容器會向電動機繞組放電，，引起電動機自激產生高電壓，這也有不妥之處。若將補償電容器接於電源側，當電動機停運時，電網仍向電容器供給電流，造成電容器負擔加重，產生不必要的損耗。為此，對無功補償功率較大的電容器，如需接在電源進線側，則應對電容器另外加控制開關，在電動機停運時予以切除。

⑷就地補償的電容器不宜採用普通電力電容器：推廣就地補償技術時，不宜直接使用普通油浸紙質電力電容器，因為其自愈功能很差，使用中可能產生永久性擊穿，甚至引起爆炸，危及人身安全。

1、諧波含量及分佈

配電系統中可能會產生電流以及電壓諧波，根據電流諧波次數與幅值及電壓諧波總畸變率等特性確認補償方 案。

2、負荷類型

配電系統線性負荷和非線性負荷佔總負荷比例，根據比例確定補償方案。

3、無功需求

配電系統中如果感性負荷比例大則無功需求大，補償容量應增大。

4、符合變化情況

配電系統中若靜態負荷多，則採用靜態補償，若頻繁變化負荷多則採用動態跟蹤補償較合適。

5、三相平衡性

配電系統中若三相負荷平衡則採用三相共補，若三相負荷不平衡則採用分相補償或混合補償。

無功補償設計方案參考

基於智能無功補償控制器設計的無功補償方案，可參考下述原則。

電力電網中的負荷如變壓器、電動機等，很多屬於感性負荷，需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝並聯智能電力電容器等無功補償設備以後，可以提供感性電抗所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，減少了無功功率在電力電網中的流動，所以可以降低變壓器與線路因傳輸無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。無功補償可以提高功率因數，是一項收效快、投資少的降損節能措施。電網系統中常見的無功補償方式包括：

1.集中補償：在高低壓配電線路中安裝並聯電容器組；

2.單台電動機就地補償：在單台電動機處安裝並聯電容器等；

3.分組補償：在配電變壓器低壓側和用户車間配電屏安裝並聯補償電容器。

無功補償具有優點：

1.降低電能損耗；

2.改善電能質量。電網中無功補償設備的合理配置，與電網的供電電壓質量關係十分密切。合理安裝補償設備可以改善電壓質量。

3.挖掘發供電設備潛力

（1）如需要的有功不變，則由於需要的無功減少，因此所需要的配變容量也相應地減少；

（2）在設備容量不變的條件下，由於提高了功率因數可以少送無功功率，因此可以多送有功功率；

（3）安裝智能無功補償設備，可使發電機多發有功功率。系統採取無功補償後，使無功負荷降低，發電機就可少發無功，多發有功，充分達到銘牌出力。

4.減少用户電費支出

（1）可以避免因功率因數低於規定值而受罰。

（2）可以減少用户內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應可以減少電費的支出。

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的缺點，是一種較為完善的補償方式：

（1）有利於降低電動機起動電流，減少接觸器的火花，提高控制電器工作的可靠性，延長電動機與控制設備的使用壽命。

（2）因智能電容器與電動機直接並聯，同時投入或停用，可使無功不倒流，保證用户功率因數始終處於滯後狀態，既有利於用户，也有利於電網。

確定無功補償容量時應注意：

1.在輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的；

2.功率因數越高，每千伏安補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償。

當前很多用電設備量大的企業都會用到無功補償設備，煤礦上用的更多，而且有專業的無功補償設備生產公司。