淺談無功功率補償及電容器的運行分析

安科瑞 鮑靜君

　　摘要：主要對無功功率的概念、電容器的補償方式、補償容量的計算等方面進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上介紹了電容器運行的注意事項。

　　關(guān)鍵詞：電力電容器；補償方式 ；運行

　　0 引言

　　  筆者從進(jìn)入?yún)魏厦簶I(yè)從事電工工作的那天起，就一直被功率因數(shù)低、線損率高的老大難問題所困擾。而在此之前，聽說已有許多同事由于無法長期忍受功率因數(shù)低的罰款而紛紛申請調(diào)離了電工崗位。那時，筆者對功率因數(shù)這個概念尚知之甚少，更不懂得如何才能提高功率因數(shù)，當(dāng)時的電力主管部門也沒有對無功補償進(jìn)行深入細(xì)致的研究和探討，而是采取了對用電負(fù)荷進(jìn)行拉合閘的制度——每天派出專人，對生產(chǎn)工作面實行白天合閘、晚上拉閘，對外轉(zhuǎn)供用電實行白天拉閘、晚上合閘。就這樣，日復(fù)一日，年復(fù)一年，時間長達(dá)數(shù)年之久，非但沒有使功率因數(shù)提高，還影響了生產(chǎn)的正常秩序，影響了企業(yè)同周邊村民的關(guān)系，執(zhí)行拉合閘制度的員工更是苦不堪言。在此期間，也曾進(jìn)行過電容器組的集中補償，但由于線路過長、負(fù)荷較散等方面的原因，對提高功率因數(shù)起得作用不大，～直沒能達(dá)No．9的標(biāo)準(zhǔn)。自從我公司于2009年進(jìn)行電網(wǎng)升壓改造、大量使用了成套的電力電容器補償裝置后，這一局面才有了根本性的改變?；叵脒@一經(jīng)歷，雖然覺得很無奈，但它卻反映了一個時期由于技術(shù)條件和人員素質(zhì)方面的原因，給企業(yè)帶來不小損失的真實狀況，值得我們深深地進(jìn)行反思。下面，筆者將把我公司在無功功率補償方面進(jìn)行曲折探索的經(jīng)驗得失，結(jié)合自己對無功補償相關(guān)知識的認(rèn)識寫下來，以便能使我們在今后的工作中少走彎路，避免一些不必要的損失，同時希望給同行提供一個可借鑒的實例。

　　1 我公司早期在提高功率因數(shù)方面的做法

　　1.1拉合閘制度

　　  我公司的電源供給是楚雄州電力公司呂合變電站，電網(wǎng)電壓6kV，線路全長4000多m，由于導(dǎo)線截面過細(xì)，線損相當(dāng)嚴(yán)重；加之我公司是一個有40多年歷史的老企業(yè)，用電設(shè)備都是些淘汰的產(chǎn)品，功率因數(shù)低。這一時期的電力技術(shù)人員沒有從這一實際出發(fā)，沒有從根本上找功率因數(shù)低的原因，而是盲目地采取了沒有科學(xué)依據(jù)的限電措施，不僅沒有使功率因數(shù)提高，每月照樣是大額的罰款，還要為此支付拉合閘人員的工資，還因為頻繁的拉合閘而頻繁更換高壓開關(guān)，從而增加了用戶的負(fù)擔(dān)和管電人員的維護(hù)工作量，真可說是得不償失。1.2電容器補償?shù)膰L試

　　  在堅持拉合閘制度的同時，也曾進(jìn)行過電容器補償?shù)挠幸鎳L試。主要方法是并聯(lián)電容器的個別補償和集中補償：(1)對3臺高壓電鏟和生產(chǎn)工作面的用電負(fù)荷進(jìn)行個別補償，分別在這些用電設(shè)備的負(fù)荷側(cè)并聯(lián)了電容器組進(jìn)行無功功率的補償。剛開始投入運行時，功率因數(shù)有了一定的提高，但運行了一年之后，這些設(shè)備就被淘汰了。主要原因是由于維護(hù)管理不善，加之生產(chǎn)工作面移動性強(qiáng)，振動又大，粉塵污染嚴(yán)重，導(dǎo)致控制設(shè)備和電容器損壞嚴(yán)重。實踐證明此補償方式不可行，就只能放棄。(2)在6kV供電線路負(fù)荷較集中的地方安裝了電容器組進(jìn)行高壓補償。由于供電線路過長，導(dǎo)線截面又普遍偏小，雖然這一補償方式一直持續(xù)到電網(wǎng)升壓改造之前，但線損依然很大，功率因數(shù)也一直沒有達(dá)到0．9以上。

　　1.3自我總結(jié)

　　  無功功率補償是一門技術(shù)，在進(jìn)行安裝設(shè)計時須掌握無功補償?shù)南嚓P(guān)知識和原理，并進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的論證和探討，不能隨意而為，更不能盲目地進(jìn)行。否則，不僅

　　影響企業(yè)的生產(chǎn)秩序，還會給企業(yè)帶來不小的經(jīng)濟(jì)損失和負(fù)面影響。

　　2 無功功率補償?shù)幕靖拍?/strong>

　　  在電力系統(tǒng)中，除輸送有功功率外，還要輸送無功功率。用戶中絕大多數(shù)用電設(shè)備，如感應(yīng)電動機(jī)、變壓器和電焊機(jī)等，它們都要從電網(wǎng)吸收大量無功電流來產(chǎn)生交變磁場。另外，如架空線路、各種感應(yīng)器具、儀表等也消耗一部分無功功率。除發(fā)電機(jī)產(chǎn)生無功電源外，線路電容也產(chǎn)生一部分電源，但這些電源往往不能滿足電網(wǎng)對無功功率的需要。無功功率不足會造成用電設(shè)備得不到充分利用，電能損耗增加，從而限制了線路的輸電能力。從另一方面來說，無功功率不足將直接導(dǎo)致用戶功率因數(shù)降低，對于我公司來說，功率因數(shù)低于0．9時，將被電力部門懲罰。因此，用補償辦法解決電網(wǎng)無功功率不足的問題，是保證電力系統(tǒng)和設(shè)備經(jīng)濟(jì)運行的重要措施。

　　3 電力電容器的補償原理

　　  對于一個企業(yè)來說，要提高全廠的功率因數(shù)，常常采用在廠變電所配電線路上并聯(lián)電容器的方法。在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)容量的電容器后會使電源供給的總電流大大減少，它比負(fù)載上的電流還要小。這是因為電容支路的無功電流和電感支路的無功電流相位相反，即當(dāng)線圈中的磁場要消失而向電源送回電流時，電容器恰好需要充電電流，因此線圈中的大部分無功電流就不用送回電源，而直接送給電容器便可。反之，當(dāng)電容器的電場要消失而要向電源送回電流時，線圈正好需要無功電流建立磁場，于是電容器的電流也就不用送回電源，直接送給線圈就行了。這樣一來，電源只要供給有功電流和少量的無功電流即可。這時，線圈所取用的電流仍不變，線路上的總電流卻減少了。由于并聯(lián)了電容器，總電流與電壓間的相位差減小，于是功率因數(shù)得到了提高。

　　  采用并聯(lián)電容器的方法來補償無功功率，從而提高功率因數(shù)，降低線損，提高電壓質(zhì)量，目前應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)前，并聯(lián)電容器都是現(xiàn)成的成套設(shè)備，運輸、安裝、維護(hù)都很方便，在控制上采用的都是自動控制，能適時根據(jù)用戶負(fù)載的變化而進(jìn)行投切，防止了欠補或過補現(xiàn)象的發(fā)生。

　　4電力電容器補償?shù)奶攸c

　　(1)優(yōu)點：無旋轉(zhuǎn)部件，不需專人維護(hù)管理，安裝簡單；可以做到自動投切，按需要增減補償量；有功功率損耗小等。

　　(2)缺點：電力電容器電壓特性不好，電壓波動對其影響較大；壽命短，損壞后不易修理；補償電容器的運行管理困難及電容器運行的問題未受到重視等。不管怎樣，并聯(lián)電容器的優(yōu)點是主要的，其正被廣泛用來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。

　　5電容器的補償方式所謂補償方式

　　  就是電容器裝在何處補償效果好。為了保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行和用戶正常用電，首先要從減少無功功率在電網(wǎng)中的流動著手。因此，無功補償?shù)幕驹瓌t就是就地供應(yīng)，盡量做到電網(wǎng)少送無功負(fù)荷。為此在用戶端安裝電容器，就地滿足用戶對無功功率的需要。我公司2009年進(jìn)行電網(wǎng)升壓改造時，把無功功率補償?shù)膯栴}作為重中之重。特別是在選擇補償方式上，更是進(jìn)行了反復(fù)的論證和探討，在總結(jié)前期經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我公司用電負(fù)荷的分布情況，采取了高壓集中補償和個別補償相結(jié)合的補償方式。

　　5.1高壓集中補償

　　  我公司采場的電源由一臺固定式的1250kVA變壓器提供，電壓6kV，采用架空線路分配到各個高壓用電設(shè)備。將電容器裝在采場電源的6kV母線上，電容器的利用率得到了提高，減少了電力架空線路及用戶主變壓器的無功負(fù)荷。加之采場內(nèi)的用電設(shè)備移動性較強(qiáng)，用電環(huán)境粉塵、振動較大，采用集中補償是一種比較科學(xué)、合理的補償方式。

　　5.2個別補償

　　  個別補償是在電網(wǎng)末端負(fù)荷處補償，可以減少線路損耗，節(jié)省有色金屬消耗量。對感應(yīng)電動機(jī)的個別補償是以空載時補償?shù)焦β室驍?shù)接近1為準(zhǔn)。個別補償利用率低，易受環(huán)境條件的影響，適用于長期穩(wěn)定負(fù)荷且需無功功率較大的負(fù)載。我公司對上下生活區(qū)臺變及線路末端的各個抽水站進(jìn)行的就是個別補償。

　　  我公司采用以上無功功率補償措施后，運行效果相當(dāng)明顯，每月的功率因數(shù)都達(dá)到了0．9以上。

　　6電容器補償容量的計算

　　7 電力電容器的運行

　　(1)允許運行電流：電容器應(yīng)在額定電流下運行，由于運行電壓升高或電源電壓的畸變，使電容器的電流增加時，不得高于其額定電流的l_3倍。對于電容值具有正偏差的電容器，過電流允許達(dá)到額定電流的1．37倍。

　　(2)允許運行電壓：電容器的壽命會隨電壓的升高而縮短，因此須嚴(yán)格控制電容器的運行電壓。電容器的額定電壓應(yīng)不低于所接入的系統(tǒng)的運行電壓，并且還要考慮接入電容器后所引起的電壓升高。為降低諧波及其他影響而接入串聯(lián)電抗器時電容器端子上電壓將高于系統(tǒng)運行電壓，此時有必要選用額定電壓較高的電容器，具體如表1所示。

　　表1  電力電容器的過電壓標(biāo)準(zhǔn)

　　(3)合閘問題：電容器組切除后，須經(jīng)過3min后方能再次合閘。規(guī)程之所以這樣規(guī)定，是因為選擇放電電阻是按30S內(nèi)、電容器端電壓小于65v，在3min內(nèi)電荷一般是能放盡的。

　　(4)運行電容器的外觀應(yīng)每天進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)箱殼鼓肚變形、發(fā)熱冒煙等異常現(xiàn)象，應(yīng)停止使用，以免發(fā)生事故。

　　(5)電容器在運行過程中一旦出現(xiàn)報警、保護(hù)裝置動作等情況，應(yīng)查明原因，在未查明原因前，不得重新投入運行。

　　8安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

　　8.1產(chǎn)品概述

　　  AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

　　  AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

　　8.2產(chǎn)品選型

　　AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

　　8.3產(chǎn)品實物展示

AZC系列智能電容模塊       AZCL系列智能電容模塊

　　安科瑞無功補償裝置智能電容方案

　　9結(jié)束語

　　  隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，電力負(fù)荷只會不斷增加。要使電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行，提高供電質(zhì)量，就要求我們電力技術(shù)人員要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、一絲不茍的工作作風(fēng)，本著為社會服務(wù)、對企業(yè)負(fù)責(zé)的態(tài)度，不斷加強(qiáng)對知識的學(xué)習(xí)，掌握更多的新技術(shù)和新工藝，從而為企業(yè)的節(jié)能降耗做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。