3.3 无功补偿

3.3.1  冶炼厂大量使用的异步电动机、电力变压器、矿热电炉、感应电炉、晶闸管整流装置、荧光灯、气体放电灯以及电炉短网等都需从系统中吸收无功功率，不仅要占用发电容量，增加网络损耗，还会影响电能质量。工程设计中，降低用电设备的无功消耗，提高自然功率因数，可以减少人工补偿容量，是提高企业功率因数最经济而有效的措施。提高自然功率因数措施有：合理采用同步电动机替代感应电动机；提高变压器的负荷率；减少晶闸管整流装置的深控；选用带有空载自动切除装置的用电设备；合理设计短网，以及正确选择变压器、电抗器的电抗值等。

3.3.3  本条是论述无功补偿的基本原则。为了尽量减少线损和压降，就地平衡的原则无疑是正确的。然而就地平衡也不能理解为所有需要无功补偿的地方都应该就地进行补偿，因为无功功率的平衡应是企业供配电系统的全面平衡，《全国供用电规则》所要求达到的功率因数是对全企业的要求，并非对所有用电点的要求。当高压侧已采取提高自然功率因数的措施，或当有大型滤波装置，其平均功率因数已大大超过0.9时，低压侧就应根据情况少补，或在某些补偿效果不好的配电点不补。所以条文中又强调了“全面规划、合理分配”。为了电网的安全经济运行，企业应避免过补偿，防止向电网倒送无功。条文中强调了单台电机和车间就地补偿应有适当的环境条件，并应注意其负荷特点。其中负荷的平稳是一个很重要的因素，如对于频繁启、制动的电动机、可能快速正反转的电动机以及间断工作制的电动机等不应进行单台就地补偿。单台电动机补偿电流不得超过其励磁电流90％的规定，这是为了防止在电源切断后继续运转的电动机可能因电容过补偿产生自激，转为发电状态，以致造成过电压。

3.3.4  在电力负荷变化较大的场所，如不相应地调整电容补偿容量，就可能过补偿或因电压升高对某些电压敏感的用电设备（如灯泡）造成损坏。

    由于高压无功自动补偿装置对切换元件的要求高，价格贵，检修维护困难，因此当补偿效果相同时，宜优先采用低压无功自动补偿装置。

3.3.5  电容器整组或分组投切，均不应与系统产生谐振，以免损坏电容器。另外，还应考虑合闸涌流对电容器组及回路电器的影响。

    电容器组投入涌流的计算公式为：

    式中：I_s——电容器投入时的涌流（A）；

              I_c——电容器额定电流（A）；

              S——电容器安装处的短路容量（MV·A）；

              Q——电容器容量（MVar）。

    从式中可以看出，在相同的电网条件下，电容器分组的容量越小，相对的涌流倍数越大。为了节省设备，方便操作，宜适当减少分组，加大分组容量。

    电容器投入时，如涌流大于控制开关所允许的电流，应采用串联电抗器加以限制，其电抗率K宜为0.1％～1％。

    为避免谐波放大损坏电容器，当母线上5次谐波电压较高时，宜联入K值为5％～7％的电抗器；当3次谐波电压较高时，宜串入K值为12％～14％的电抗器。

    1  串入K值的主要原因，当K值对应电容器＋电抗器回路调谐频率见表1：

表1  当K值对应电容器＋电抗器回路调谐频率

        1）K值对应的调谐频率越接近5次或3次谐波的谐振频率，此时电容＋电抗器回路在对应的3次或5次电压谐波作用下呈现的阻抗值越低，因此如果K值对应的调谐频率过于接近3次或5次可能会导致此回路的谐波电流过载，情况严重可能会使电容器＋电抗器损坏，乃至发生停电事故。

        2）如果电容器和电抗器的总容量误差（尽管单个电容器和电抗器的误差在国标范围内）较大，或者是一段时间后的电容值和电抗值发生变化，很容易造成K值的变化，且一般情况下主要是电容器的乏值降低，从而会使K值变得更小，这时候会更接近谐振频率（乃至等于对应3次或5次谐振频率），从而使更多的谐波电流流过，造成补偿回路过载，电容器和电抗器过热、损坏。

        3）因此建议当母线上5次谐波电压较高时，宜联入K值为4.5％～5.0％的电抗器；当3次谐波电压较高时，宜串入K值为12.0％的电抗器。

    2  电容器回路串入电抗器后，电容器的端电压将高于接入电网的额定电压，故在串入电抗器后，装置内每相电容器的额定电压应重新调整并按下式确定：

    式中：U_sn——接入电力网的额定电压（kV）；

              U_cn——每相电容器的额定电压（kV）；

              K——电抗器的电抗率，K＝X₁/Xc；

              X₁——每相电抗器的额定感抗（Ω）；

              X_c——每相电容器的额定容抗（Ω）。

3.3.6  根据国家有关规范的要求，电容器组应在断电后，通过放电装置，将电容器组两端的电压从峰值（倍额定电压）迅速降至50V及以下。其放电时间，高压电容器不应大于5s；低压电容器不应大于3min。

    放电装置不通过切合设备而与电容器组直接连接，在正常运行时虽会消耗能量，但可避免放电受切合设备故障的影响，安全可靠性高。