無功補償--電容器--諧波之間的關系

一、什么叫無功補償？
電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備以后，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動，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.無功補償的原理
電網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;不消耗電能;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,并且,這種能是在電網中與電能進行周期性轉換,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,這就是無功補償的道理.
2.無功補償的意義
(1)補償無功功率,可以增加電網中有功功率的比例常數
(2)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cos4=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,相當于增大了發,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.
(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,cosΦ為補償前的功率因數則 cosΦ>cosΦ,所以提高功率因數后,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著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.
3.無功補償的原則
提高用電單位的自然功率因數,無功補償分為集中補償,分散補償和隨機隨器補償,應該遵循：全面規劃,合理布局,分級補償,就地平衡；集中補償與分散補償相結合,以分散補償主;高壓補償與低壓補償相結合,以低壓補償為主；調壓與降損相結合，以降損為主的原則
三、現場補償的利與弊；
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,現在電力系統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成本大大增加.
四、變頻器對電容的影響，變頻器會產生諧波，諧波對設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的電感電抗值要大得多，不會發生諧振。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，就可能發生并聯諧振或串聯諧振。這種諧振往往會使諧波電流放大到幾倍甚至數十倍，會對電網及并聯電容器和與之串聯的電抗器產生很大的威脅，并可能使電容器和電抗器燒毀。根據有關資料報道，由于諧波而損壞的電氣設備事故中，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
某設備部分無功補償的低壓電容器因過熱而損壞，而這些電容器組接于向不間斷電源（UPS）供電的回路上，當投入電容器時，實測得諧波電流值及電壓畸變率的數值變化很大。這足以充分說明引起電容器過熱損壞的原因。解決的措施:將電容器串聯電抗器。其加裝串聯電抗器后諧波放大和電容器的嚴重過載問題都得到了滿意的解決，實際測量結果表明諧波電流均在允許值之內，無放大現象，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、首先摸清負載的性質和諧波含量
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，關鍵在于負載的性質和所產生的諧波分量的大小。諧波分量的數值可由諧波測試儀測得。對電力負載的性質要特別注意以下3點:①負載變化的幅度和頻繁程度;②負載中是否具有容量較大的諧波源:③三相負載的不平衡程度。要求快速補償和抑制諧波的行業，通常包括具有大量電焊機設備的汽車制造業、冶金行業、造紙行業、電梯及起重設備、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 、搜集配電網及負載的技術參數
搜集配電網及負載的有關參數，為設計濾波器的方案提供依據，通常包括:①電網的額定電壓、運行電壓和變化范圍;②基波頻率f的無功負載;③主要負載的性質、諧波次數及其分量值;④實測的電網電壓畸變率;⑤不同運行方式下配電網的短路容量;⑥國家標準GB/T14549—1993及IEC標準對諧波電壓和諧波電流的限值等。
3 、進行預測
根據網絡參數，負載性質及初步提出的補償方案，通過仿真模型的計算機計算，對是否可能發生諧波放大或諧波共振進行分析，做到心中有數.
4 、合理選擇補償裝置
近二十余年來，國內外電工行業中先后開發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電抗器組成。
（2）低壓3次諧波濾波器，非線性的單相負載 如熒光燈、投射燈、計算機、打印機等，接入相與中性線之間，會產生3次諧波 電流，并在中性線上進行并聯疊加，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）固定式帶調諧濾波器組，額定容量7.5～50kvar，1臺固定式帶調諧濾波器，由1臺電容器和1臺電抗器組成，電容器按需補償的無功容量選擇，電抗器電感值的選擇要使LC回路形成串聯諧振電路的諧振頻率，低于電網相間存在的最低次諧波頻率，通常是5次（250Hz） ，而調諧頻率則往往按141Hz設計的。當高于調諧頻率時帶調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，還可以吸收電網中低次諧波的一部分。
（4）自動投切帶調頻濾波電容器組，單柜額定容量15～75kvar，與常規的自動投切電容器組相似，由自動功率因數控制器進行控制，在400V，50Hz電網中使用時，其調諧頻率通常 為130、141Hz或189Hz，如需要時也可設計為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，從技術上講最先進，但價格貴，目前國內尚無此類批量的產品。其性能特點是:①優良的動態特性，響應時間小于1ms;②三相補償諧波電流、諧波次數可達50次; ③可消除中性線電流的3次諧波及其他零序性質的諧波;④功率損耗低;⑤在既消除諧波又進行無功補償的操作模式下cosφ可補償到1;⑥電子式的過載保護;⑦可以與各類濾波器組合使用。