無功補償--電容器--諧波之間的關(guān)系

一、什么叫無功補償？
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。
二、無功補償原理及意義；
1.無功補償?shù)脑?/span>
電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分;一是有功功率;二是無功功率.直接消耗電能,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;不消耗電能;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,電容器建立電場所占的電能.電流在電感元件中作功時,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?
2.無功補償?shù)囊饬x
(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=0.8增加到cos4=0.95時,裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW;反之,增加0.52KW.對原有設(shè)備而言,相當(dāng)于增大了發(fā),供電設(shè)備容量.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.
(3)降低線損,由公式△P%=(1-cosΦ/cosΦ)X100%得出其中cosΦ為補償后的功率因數(shù),cosΦ為補償前的功率因數(shù)則 cosΦ>cosΦ,所以提高功率因數(shù)后,線損率也下降了.減少設(shè)計容量,減少投資,增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例,以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.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.
3.無功補償?shù)脑瓌t
提高用電單位的自然功率因數(shù),無功補償分為集中補償,分散補償和隨機隨器補償,應(yīng)該遵循：全面規(guī)劃,合理布局,分級補償,就地平衡；集中補償與分散補償相結(jié)合,以分散補償主;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
三、現(xiàn)場補償?shù)睦c弊；
1.無功就地補償,減少輸電線路上的電壓損耗及功率損耗,效果明顯,現(xiàn)在電力系統(tǒng)的無功補償多采用就地補償,多用無功補償電容器及靜止補償裝置等.
2.弊端就是分散小容量的補償裝置造成維護(hù)成本大大增加.
四、變頻器對電容的影響，變頻器會產(chǎn)生諧波，諧波對設(shè)備和電容都有一定的影響；
1.電容回路的諧波放大和諧振
無功補償裝置和濾波裝置主要由并聯(lián)電容器及電抗器組成。在工頻條件下，電容器的電抗值比系統(tǒng)的電感電抗值要大得多，不會發(fā)生諧振。但由于容抗XC=1/ωC，感抗XL=ωL，高次諧波條件下由于XL的增加和XC的減小，就可能發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。這種諧振往往會使諧波電流放大到幾倍甚至數(shù)十倍，會對電網(wǎng)及并聯(lián)電容器和與之串聯(lián)的電抗器產(chǎn)生很大的威脅，并可能使電容器和電抗器燒毀。根據(jù)有關(guān)資料報道，由于諧波而損壞的電氣設(shè)備事故中，電容器事故約占40%，電抗器事故約占30%。電子式電能表占60%。
2. 由于諧波放大造成電容器損壞
某設(shè)備部分無功補償?shù)牡蛪弘娙萜饕蜻^熱而損壞，而這些電容器組接于向不間斷電源（UPS）供電的回路上，當(dāng)投入電容器時，實測得諧波電流值及電壓畸變率的數(shù)值變化很大。這足以充分說明引起電容器過熱損壞的原因。解決的措施:將電容器串聯(lián)電抗器。其加裝串聯(lián)電抗器后諧波放大和電容器的嚴(yán)重過載問題都得到了滿意的解決，實際測量結(jié)果表明諧波電流均在允許值之內(nèi)，無放大現(xiàn)象，無功補償和抑制諧波的效果均滿意。
五、低壓無功補償裝置的合理選擇
1、首先摸清負(fù)載的性質(zhì)和諧波含量
采用普通的低壓電容補償成套裝置，還是選擇具有抑制諧波功能的濾波器成套裝置，關(guān)鍵在于負(fù)載的性質(zhì)和所產(chǎn)生的諧波分量的大小。諧波分量的數(shù)值可由諧波測試儀測得。對電力負(fù)載的性質(zhì)要特別注意以下3點:①負(fù)載變化的幅度和頻繁程度;②負(fù)載中是否具有容量較大的諧波源:③三相負(fù)載的不平衡程度。要求快速補償和抑制諧波的行業(yè)，通常包括具有大量電焊機設(shè)備的汽車制造業(yè)、冶金行業(yè)、造紙行業(yè)、電梯及起重設(shè)備、大型商住樓，以及其他具有大量變頻器和大容量熒光燈照明的場所。
2 、搜集配電網(wǎng)及負(fù)載的技術(shù)參數(shù)
搜集配電網(wǎng)及負(fù)載的有關(guān)參數(shù)，為設(shè)計濾波器的方案提供依據(jù)，通常包括:①電網(wǎng)的額定電壓、運行電壓和變化范圍;②基波頻率f的無功負(fù)載;③主要負(fù)載的性質(zhì)、諧波次數(shù)及其分量值;④實測的電網(wǎng)電壓畸變率;⑤不同運行方式下配電網(wǎng)的短路容量;⑥國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549—1993及IEC標(biāo)準(zhǔn)對諧波電壓和諧波電流的限值等。
3 、進(jìn)行預(yù)測
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，負(fù)載性質(zhì)及初步提出的補償方案，通過仿真模型的計算機計算，對是否可能發(fā)生諧波放大或諧波共振進(jìn)行分析，做到心中有數(shù).
4 、合理選擇補償裝置
近二十余年來，國內(nèi)外電工行業(yè)中先后開發(fā)了多品種的諧波濾波器和具有抑制諧波功能的低壓無功補償裝置，主要包括:
（1）低壓諧波濾波器，單柜輸出容量60～300kvar濾波回路，適用于常見的5、7、11、13次諧波，各次濾波器分別由電容器及串聯(lián)電抗器組成。
（2）低壓3次諧波濾波器，非線性的單相負(fù)載 如熒光燈、投射燈、計算機、打印機等，接入相與中性線之間，會產(chǎn)生3次諧波 電流，并在中性線上進(jìn)行并聯(lián)疊加，造成電流和電壓畸變。3次諧波電流除了會在中性線上引起過載危險外還會形成150Hz的磁場，因此要求從電網(wǎng)上濾除3次諧波電流，單柜輸出容量一般為15～50kvar。
（3）固定式帶調(diào)諧濾波器組，額定容量7.5～50kvar，1臺固定式帶調(diào)諧濾波器，由1臺電容器和1臺電抗器組成，電容器按需補償?shù)臒o功容量選擇，電抗器電感值的選擇要使LC回路形成串聯(lián)諧振電路的諧振頻率，低于電網(wǎng)相間存在的最低次諧波頻率，通常是5次（250Hz） ，而調(diào)諧頻率則往往按141Hz設(shè)計的。當(dāng)高于調(diào)諧頻率時帶調(diào)諧濾波器是電感性的，不但不會放大典型的5次、7次和11次諧波，還可以吸收電網(wǎng)中低次諧波的一部分。
（4）自動投切帶調(diào)頻濾波電容器組，單柜額定容量15～75kvar，與常規(guī)的自動投切電容器組相似，由自動功率因數(shù)控制器進(jìn)行控制，在400V，50Hz電網(wǎng)中使用時，其調(diào)諧頻率通常 為130、141Hz或189Hz，如需要時也可設(shè)計為204Hz。
（5）晶閘管投切電容器組（TSC），目前已基本取代用接觸器投切的電容器組。
（6）有源濾波器，從技術(shù)上講最先進(jìn)，但價格貴，目前國內(nèi)尚無此類批量的產(chǎn)品。其性能特點是:①優(yōu)良的動態(tài)特性，響應(yīng)時間小于1ms;②三相補償諧波電流、諧波次數(shù)可達(dá)50次; ③可消除中性線電流的3次諧波及其他零序性質(zhì)的諧波;④功率損耗低;⑤在既消除諧波又進(jìn)行無功補償?shù)牟僮髂Ｊ较耤osφ可補償?shù)?;⑥電子式的過載保護(hù);⑦可以與各類濾波器組合使用。