并聯(lián)電容器在電力系統(tǒng)中的作用

郭 濤，馬亦然

（唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305）

并聯(lián)電容器在電力系統(tǒng)中的作用

郭 濤，馬亦然

（唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305）

節(jié)約用電，提高電壓質(zhì)量，減少設(shè)備投入對(duì)節(jié)能降耗有著非常重要的意義，本文主要介紹電容器在電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償作用。

并聯(lián)電容器；無(wú)功補(bǔ)償；功率因數(shù)

隨著我公司生產(chǎn)能力的不斷增強(qiáng)，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電氣設(shè)備的容量也在不斷增加，如何才能保證電氣設(shè)備在安全、經(jīng)濟(jì)、合理的條件下穩(wěn)定運(yùn)行，是一個(gè)需要解決的首要問(wèn)題，為此，我公司引入電容器，以此來(lái)補(bǔ)償無(wú)功，提高設(shè)備有效利用率，達(dá)到少投入多產(chǎn)出的效果。

1 功率因數(shù)與無(wú)功補(bǔ)償

1.1 有功功率與無(wú)功功率

在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分；一是有功功率；二是無(wú)功功率。直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)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，它在電網(wǎng)中只是進(jìn)行能量的周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無(wú)功功率，如電磁元件建立磁場(chǎng)占用的功率等。

1.2 電氣設(shè)備在低功率因數(shù)下運(yùn)行的缺點(diǎn)

無(wú)功功率的增加，勢(shì)必會(huì)使企業(yè)的功率因數(shù)降低，所需的無(wú)功功率增大，為滿足用電的需求，供電線路的變壓器容量或發(fā)電機(jī)容量也將增大。這樣，不僅增加供電投資，降低設(shè)備利用率，也將增加線路損失。而我公司所用電氣設(shè)備大多為變壓器、電動(dòng)機(jī)等感性設(shè)備，勢(shì)必會(huì)造成無(wú)功功率的增多，從而使功率因數(shù)下降，增加設(shè)備投入。

1.3 并聯(lián)電容器的無(wú)功補(bǔ)償作用

電流在電感元件中作功時(shí)，電流超前于電壓90°；而電流在電容元件中作功時(shí)，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，自動(dòng)補(bǔ)償無(wú)功，降低設(shè)備投入。這就是并聯(lián)電容器的作用，補(bǔ)償原理如圖所示：

圖1 無(wú)功功率補(bǔ)償原理圖

2 并聯(lián)電容器的應(yīng)用

2.1 提高功率因數(shù)

以我公司重堿車間配電室為例，由于電器設(shè)備感性負(fù)載較大無(wú)功負(fù)荷較多，為滿足設(shè)備的正常運(yùn)行，配電變壓器提供的無(wú)功電流較大，致使配電設(shè)備中的總電流加大，從而出現(xiàn)配電室進(jìn)線母排連接處和隔離刀閘等設(shè)備過(guò)熱現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，為解決這一問(wèn)題，我們決定從無(wú)功補(bǔ)償入手，原重堿1＃變的功率因數(shù)為0.752，2＃變的功率因數(shù)為0.733，月平均有功負(fù)荷為850 k W。為使其提高到0.92左右，我們采用就地集中補(bǔ)償方法，即在配電室每段母線上連接智能型功率補(bǔ)償器，以此來(lái)提供用電負(fù)荷所需的無(wú)功，改造以后，配電室進(jìn)線電流減小200～300 A左右，由此解決了設(shè)備由于電流過(guò)大而引起的過(guò)熱現(xiàn)象，相對(duì)增加了變壓器的容量。電容器補(bǔ)償前后電流變化見表1：

表1 電容器補(bǔ)償前后電流變化表（變壓器一次電流）

2.2 降低電能損失，改善電壓質(zhì)量

并聯(lián)電容器除能提高功率因數(shù)以外，還有降低電能損失，改善電壓質(zhì)量，減少系統(tǒng)的電壓降，同時(shí)對(duì)提高變壓器及線路的利用率也有著十分重要的作用。

利用無(wú)功補(bǔ)償提高遠(yuǎn)距離線路末端電壓。我公司三級(jí)泵站6 k V線路長(zhǎng)約9.5 km，采用同桿架設(shè)雙回路供電，架空線規(guī)格為GXLJ－120 mm2，由于負(fù)荷較大（單回路負(fù)荷約為160 A）線損嚴(yán)重，線路末端低壓側(cè)電壓只有350 V，造成電機(jī)啟動(dòng)困難，電流增大，轉(zhuǎn)矩下降。

2011年6月，我們?yōu)榫€路4臺(tái)高壓電機(jī)加裝了無(wú)功補(bǔ)償裝置，投用后將低壓側(cè)電壓提高到365 V，負(fù)荷電流名明顯減小，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 電容器補(bǔ)償容量的選擇

按提高功率因數(shù)的方法根據(jù)提高功率因數(shù)向量圖可得

QC＝Q1－Q2＝P tgφ1－P tgφ2（kvar）

QC——補(bǔ)償電容器的容量，kvar；

P——最大負(fù)荷月平均有功功率，k W；

tgφ1，tgφ2——為功率因數(shù)角的正切值。

4 增加無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 系統(tǒng)諧波的危害

由于現(xiàn)代化工廠斬波器、變頻器等整流設(shè)備的大量采用，造成系統(tǒng)的電壓畸變。我公司剛進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，曾發(fā)生多起電容器引線過(guò)熱、電容器擊穿、接觸器燒毀等事故，經(jīng)分析是由于系統(tǒng)諧波引起諧振造成的，于是在以后的改造中，我們均采用6%串聯(lián)電抗器，用以抑制諧波。

4.2 過(guò)補(bǔ)償問(wèn)題

在計(jì)算補(bǔ)償容量時(shí)，一定要充分論證，防止產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)償，造成系統(tǒng)電壓升高，危及電氣設(shè)備安全。

4.3 過(guò)電壓的問(wèn)題

不帶串聯(lián)電抗器的電容器組在投入合閘瞬間，相關(guān)的計(jì)量?jī)x表或電流互感器二次回路，往往發(fā)生絕緣閃絡(luò)或儀表、繼電器損壞、這是由于電容器的合閘涌流產(chǎn)生的過(guò)電壓造成的。因?yàn)殡娙萜鞯暮祥l涌流的幅值和頻率都可高達(dá)電容器額定電流的數(shù)10倍。而電流互感器次級(jí)儀表和繼電器大多為感性，涌流會(huì)在互感器二次側(cè)產(chǎn)生很高的感性電壓，并聯(lián)電容器投入時(shí)涌流的計(jì)算公式為：

式中：ICm——電容器投入時(shí)的涌流，A；

Ie——為電容器組額定值的有效值，A；

XC——為電容器組的一相容抗，Ω；

X——為電容器組與電網(wǎng)之間的電抗，Ω；

Sd——為合閘點(diǎn)系統(tǒng)的短路容量，MV·A；

QC——為電容器的容量，kvar。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)電氣系統(tǒng)的具體情況，適當(dāng)、合理、可靠的采取無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?，以降低無(wú)功容量所帶來(lái)的容量損耗，提高配電設(shè)備總體利用率。改善電壓質(zhì)量，確保電氣系統(tǒng)及設(shè)備的正常運(yùn)行。

［1］ 呂千.進(jìn)網(wǎng)作業(yè)電工培訓(xùn)教材［M］.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1993

［2］ 趙新衛(wèi).中低壓電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010

TM 531.4

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