无功补偿原理基础知识详解.pptx

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1、会计学1无功补偿原理基础知识详解无功补偿原理基础知识详解什么是无功功率什么是无功功率什么是无功功率什么是无功功率 电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工 作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁 场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率 相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路 时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往 复交换，在三相之间流动，由于这种交换功 率不对外做功，因此称为无功功率。第1页/共79页什么是无功功率什么是无功功率什么是无功功率什么是无功功率 从物理概念来解释感性无功功率：由于电感线圈是 贮藏磁场能量的元件，当线圈加上交流电压后，电 压交变时，相应的磁场能量也随着变化。当电压增 大

2、，电流及磁场能量也就相应加强，此时线圈的磁 场能量就将外电源供给的能量以磁场能量形式贮藏 起来；当电流减小和磁场能量减弱时，线圈把磁场 能量释放并输回到外面电路中。交流电感电路不消 耗功率，电路中仅是电源能量与磁场能量之间的往 复转换。第2页/共79页什么是无功功率什么是无功功率什么是无功功率什么是无功功率 从物理概念来解释容性无功功率：由于电容器是贮 藏电场能量的元件，当电容器加上交流电压后，电 压交变时，相应的电场能量也随着变化。当电压增 大，电流及电场能量也就相应加强，此时电容器的 电场能量就将外电源供给的能量以电场能量形式贮 藏起来；当电压减小和电场能量减弱时，电容器把 电场能量释放并

3、输回到外面电路中。交流电容电路 不消耗功率，电路中仅是电源能量与电场能量之间 的往复转换。第3页/共79页无功分类无功分类无功分类无功分类 感性无功：电流矢量滞后于电压矢量90 如电动机、变压器、晶闸管变流设备等 容性无功：电流矢量超前于电压矢量90 如电容器、电缆输配电线路等 基波无功：与电源频率相等的无功（50HZ）谐波无功：与电源频率不相等的无功第4页/共79页什么是功率因数什么是功率因数什么是功率因数什么是功率因数实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容 性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种 负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位 差，相位角的余弦cos 称为功率因数，

4、又称力率。它是有功功率与视在功率之比。三相功率因数的计算公式为：P2 +Q2cos =P=SP第5页/共79页什么是功率因数什么是功率因数什么是功率因数什么是功率因数式中：cos 功率因数P有功功率，KWQ无功功率，KvarS视在功率，KVA 功率因数通常分为自然功率因数、瞬时功率因数和 加权平均功率因数三种。在三相对称电路中，各相电压、电流为对称，功率 因数也相同。那么三相电路总的功率因数就等于各 相的功率因数。第6页/共79页什么是功率因数什么是功率因数什么是功率因数什么是功率因数 非正弦电路的功率因数：P=UI1 cos 1Q=UI1sin 1S=UI式中：cos 1基波功率因数I1基波

5、电流 I总电流由上式可以看出：功率因数是由基波电流相移和电 流波形畸变两个因素决定的。总电流可以看成由三 个分量，基波有功电流、基波无功电流和谐波电流 组成。此时非正弦电路功率因数为：=P =I1 cos 1U II第7页/共79页什么是无功补偿什么是无功补偿什么是无功补偿什么是无功补偿电力系统中，不但有功功率要平衡，无 功功率也要平衡。有功功率、无功功率、视在功率之间的相量关系如图一由式cos=P/S可知，在一定的有功功 率下，功率因数cos 越小，所需的无 功功率越大。为满足用电的要求，供电 线路和变压器的容量就需要增加。这 样，不仅要增加供电投资、降低设备利 用率，也将增加线路损耗。为了

6、提高电 网的经济运行效率，根据电网中的无功 类型，人为的补偿容性无功或感性无功 来抵消线路的无功功率。第8页/共79页无功补偿的作用无功补偿的作用无功补偿的作用无功补偿的作用 无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减 少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供 电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和 输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功 率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制 无功功率在电网中的传输，相应减少了线路 的电压损耗，提高了配电网的电压质量。第9页/共79页无功补偿的作用无功补偿的作用无功补偿的作用无功补偿的作用1提高电压质量 把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的电压损

7、失:式中：P有功功率，KW Q无功功率，Kvar U额定电压，KV R线路总电阻，Xl线路感抗，因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，若 保持有功功率不变，而R、Xl均为定值，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。U=3 (I R+I X)=3 P R+Q XlUarl第10页/共79页无功补偿的作用无功补偿的作用无功补偿的作用无功补偿的作用 2提高变压器的利用率，减少投资 功率因数由cos 1提高到cos 2提高变压器由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前 提高 S%，可以带更多的负荷，减少了输变 电设备的投资。利用率为：S%=100%=1 cos1 100%cos

8、2 S112S S第11页/共79页无功补偿的作用无功补偿的作用无功补偿的作用无功补偿的作用 3减少用户电费支出（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。（2）可减少用户内部因传输和分配无功功率 造成的有功功率损耗，电费可相应降低。第12页/共79页无功补偿的作用无功补偿的作用n n 4 4 提高电力网传输能力提高电力网传输能力 有功功率与视在功率的有功功率与视在功率的关系式为：关系式为：n nP=SP=Sc co os s 可见，在传输一定有功功率的条可见，在传输一定有功功率的条件下，功件下，功n n率因数越高，需要电网传输的功率越小。率因数越高，需要电网传输的功率越小。第13页/共79页无功

9、补偿的安排方式无功补偿的安排方式无功补偿的安排方式无功补偿的安排方式 1集中补偿：装设在企业或地方总变电所 635KV母线上，可减少高压线路的无功损 耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。2分散补偿：装设在功率因数较低的车间 或村镇终端变、配电所的高压或低压母线上。这种方式与集中补偿有相同的优点，但无功 容量较小，效果较明显。第14页/共79页无功补偿的安排方式无功补偿的安排方式无功补偿的安排方式无功补偿的安排方式3就地补偿：装设在异步电动机或电感性 用电设备附近，就地进行补偿。这种方式既 能提高用电设备供电回路的功率因数，又能 改变用电设备的电压质量。*无功补偿的节能只是降低了补偿点至发电机

10、 之间的供电损耗，所以高压侧的无功补偿不 能减少低压网侧的损耗，也不能使低压供电 变压器的利用率提高。根据最佳补偿理论，就地补偿的节能效果最为显著。第15页/共79页补偿方式的选择补偿方式的选择补偿方式的选择补偿方式的选择集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为 主；调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为 主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为 主。第16页/共79页电能损耗电能损耗电能损耗电能损耗n n 线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因 而它由线路损耗和而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按损耗变压器损耗两部分组成。按损耗 的变化情

11、况可划分为可变损耗和固定损的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指耗。前者指 当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压 器的铜器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网 电压等因素有关，约占电网电压等因素有关，约占电网总损耗总损耗的的80%80%85%85%。后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括变变 压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介 质损耗及各种计质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损，它量仪表、互

12、感器线圈上的铁损，它 与电网运行电压和频率有关，占总损与电网运行电压和频率有关，占总损耗耗15%15%20%20%。第17页/共79页电能损耗电能损耗电能损耗电能损耗n n 我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损 约为约为2%2%3 3%，而，而我国我国在在2002006 6年的线损统计为年的线损统计为 7 7.1 1%，所以线损的解决显得越来越重要。，所以线损的解决显得越来越重要。从前面的从前面的 论述可知，线损与电力用户的功率因数的平方成反论述可知，线损与电力用户的功率因数的平方成反 比，故提比，故提高功率因数是降低损耗的有效措施。装设高功

13、率因数是降低损耗的有效措施。装设 并联补偿电容器可减少电网无并联补偿电容器可减少电网无功输出量。在用户或功输出量。在用户或 靠近用户的变电站装设自动投入的并联电容器，以靠近用户的变电站装设自动投入的并联电容器，以 平衡无功功率，限制无功功率在电网中传送，可减平衡无功功率，限制无功功率在电网中传送，可减 少电网的无功损耗，少电网的无功损耗，同时还可提高有功功率的输送同时还可提高有功功率的输送n n量。量。第18页/共79页功率因数指标功率因数指标功率因数指标功率因数指标 我国对功率因数的要求：对供电公司的要求：110KV站，功率因数在0.950.98之间。220KV站，功率因数在0.95以上。对

14、用户的要求：100KVA以上的变压器，功率因 数大于0.9。对农灌的要求：100KVA以上的变压器，功率因 数大于0.8。第19页/共79页电容器无功补偿原理电容器无功补偿原理电容器无功补偿原理电容器无功补偿原理 电力系统中网络元件的阻抗主要是感性的，需要容性无功来补偿感性无功。第20页/共79页电容器无功补偿原理电容器无功补偿原理电容器无功补偿原理电容器无功补偿原理将电容并入RL电路之后，电路如图（a）所示。该电路电流方程为I=Ic+I r l由图（b）的向量图可知，并联电容后U与I的相位差变小了，即供电回 路的功率因数提高了。此时供电电流的相位滞后于电压，这种情况称为 欠补偿。若电容C的容

15、量过大，使得供电电流的相位超前于电压，这种情况称为 过补偿。其向量图如（c）所示。通常不希望出现过补偿的情况，因为这 样会：（1）引起变压器二次侧电压的升高（2）容性无功功率在电力线路上传输同样会增加电能损耗（3）如果供电线路电压因而升高，还会增大电容器本身的功率损耗，使 温升增大，影响电容器使用寿命。第21页/共79页无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定 电容器的补偿容量与采用的补偿方式、未补偿时的 负载情况、电容器的接法有关。1集中补偿和分组补偿电容器容量计算QC=Pav(tg 1-tg 2)或QC=Pav qc 式中：Pav最大负荷的日平均功率 1补偿

16、前的功率因数角，可取最大负载时的值 2补偿后的功率因数角，一般取0.900.95qc电容器补偿率，qc=tg 1-tg 2，查表可知第22页/共79页无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定(1)电容器组为星形接法时式中：UL装设地点的电网线电压V IC电容器组的线电流A C 电容器组每相的电容量 则L(2)电容器组为三角形接法时则Q=Q =3U I 10 3 =CU 2 10 3cL C L U 2Q 103CC =3=3 C U2 1033UI 10LLCc2Q 1033 ULCC =第23页/共79页无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定 2就地补偿电容器容

17、量计算其中电动机空载电流式中：IC N电动机的额定电流A电动机的自然功率因数Q =3U I 103 0.9cN0I0 =2IC N(1cosN)C O S N第24页/共79页无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定需要注意的是：若电容器的实际运行电压与 电容器的额定电压不一致，则电容器的实际 补偿容量QC1为式中：UW电容器的实际运行电压 UNC电容器的额定电压 QNC电容器的额定容量QN CUN C U=WQC12第25页/共79页电容器直接补偿的危害及防范措施电容器直接补偿的危害及防范措施电容器直接补偿的危害及防范措施电容器直接补偿的危害及防范措施 随着电

18、力电子技术的飞跃发展，我国的工矿企业中 大量的使用以晶闸管为主要开关器件的整流及变频 设备，这些设备都是产生大量谐波的发源地。我们 在许多工矿企业中，经常遇到这样的情况，无功功 率补偿装置（电容器直接补偿）投入后，供电设备 中的电器件（包括变压器、电抗器、电容器、自动 开关、接触器、继电器）经常损坏，这就是谐波电 流被电容器直接补偿引起的谐波放大后而造成的。电网谐波与并联电容器的运行有较大的关系，因为 电容器可能使电网中的谐波电流放大，有时甚至在电网中产生谐振，使电器设备受到严重损坏，破坏第26页/共79页电容器直接补偿的危害及防范措施电容器直接补偿的危害及防范措施电容器直接补偿的危害及防范措

19、施电容器直接补偿的危害及防范措施电网的正常运行。在供电系统中作为无功补偿用的 并联电容器，对于某次谐波若与呈感性的系统电抗 发生并联谐振，则可能出现过电压而造成危害。过 大的谐波电流可能使电容器寿命缩短、鼓肚、熔丝 群爆甚至烧损。对配电网来说，抑制谐波是很必要的。对于并联电 容器组，我们抑制谐波的方法主要是使用串联电抗 器，相当于在电容旁边串联一个电抗，使得补偿回 路的阻抗在某次谐波相对于感性负载来说呈感性，从而消除由于电路呈容性而带来的谐波震荡。第27页/共79页谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系在同一条母线上，有非线性负荷形成的

20、谐波 电流源时（略去电阻），并联电容器装置的简化模型如图所示：并联谐波阻抗为：Z n=nn X +n X XCn Xn X n X SLC sL第28页/共79页谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系 当上式中谐波阻抗的分子数值为零时，即从谐波源 看入的阻抗为零，表示电容器装置与电网在第n次 谐波发生串联谐振，可得电容支路的串联谐振点:（K为电抗率）当电网中的谐波不可忽视时，则应考虑使用电抗率 较大的电抗器，使电容支路对于各次有威胁性谐波 的最低次谐波阻抗呈感性。根据上式可得：KXLXCn=1XCK=XLn2X1XK=CL第29页/共7

21、9页谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系谐波的放大和电抗率的关系n n 可以看出：对于谐波次数可以看出：对于谐波次数为为5 5次的，应有次的，应有 KK4 4%，这就是说选，这就是说选择电抗率择电抗率为为4 4.5 5%6 6%的的 电抗器，不仅可以限制电容器投入时电抗器，不仅可以限制电容器投入时的合闸的合闸 涌流，而且能够有效地防止电容器投入引起涌流，而且能够有效地防止电容器投入引起 的的对对5 5次及次及以上谐波的放大。同理，对于谐波以上谐波的放大。同理，对于谐波 次数次数为为3 3次的，应次的，应有有KK1111%，一般，一般取取1212%1313%。

22、等值电路阻抗：Z 0XC=nXnLn第30页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择 举例说明：某矿35KV站，低压侧6KV，根据实际情 况计算需补偿7600Kvar的电容器组，运行电压为 6.2KV。我们暂且选择额定电压为6.6/3KV电容器，及电抗 率为4.5%的电抗器，这样的配置方式是否合理？首先，式中：K串联电抗器的电抗率XC并联电容器组的每相容抗(1-K)3 CC输出XU运行Q=3 21000 第31页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定

23、电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择所以可见，电容器的输出容量与运行电压的平方成正比，当电容器 运行在额定电压时，输出额定容量；当电容器运行在额定电 压以下时，则达不到额定输出容量，尤其是电容器的额定电 压取过大的安全裕度时，将会出现较大的无功容量亏损。已知：U运行=6.2KVK=4.5%2(6.6 3)2 1000=5.7=X=7600/3QCC NCU1000 (1-K)=7395kvar 7600kvar3 QC输出 =32XCU运行第32页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器

24、额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择可得则 那么我们再来讨论解决无功容量亏损问题的方法：1增加电容器组的容量2根据1000 (1-K)CC 输出XU运行Q=3 33 1000 (1 4.5%)=5.553X=76006.22C=7850K V A RXUC NQC =3 C 3 5.55 6.6=3 22第33页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择以上计算说明，在实际运行电压为6.2 KV的 情况下，要得到7600Kvar的补偿容量，需 6.6/3-7

25、850Kvar的并联电容器组。2提高串联电抗器的电抗率根据可得 K=5.8%取电抗率为6%的电抗器(1-K)3 CC 输出XUQ=3 21000 运行第34页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择1并联电容器装置设计规范（GB50227-1995）中电 容器额定电压的选择主要原则如下：1）应计入电容器接入电网处的运行电压2）电容器运行中承受的长期工频过电压，应不大于电容器 额定电压的1.1倍 3）应计入接入串联电抗器引起的电容器运行电压的升高，式中：UC电容器端子运行电压（KV

26、）US并联电容器装置的母线电压（KV）S电容器组每相的串联数4)应充分利用电容器的容量，并确保安全其中电压升高值按下式计算：U1 K3S=US1C第35页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择2运行电压高于电容器额定电压的危害 众所周知，电容器的输出容量与运行电压的平方成正比(Q =C U2，当电容器运行在额定电压时则输出额定容量；)n n当电容器运行在额定电压以下时，则达不到额定额定容量。当电容器运行在额定电压以下时，则达不到额定额定容量。如果电容器的额定电压如果电容器的额定

27、电压取过大的安全裕度就会出现过大的容取过大的安全裕度就会出现过大的容 量亏损。但电容器的额定电压取过小，运行电量亏损。但电容器的额定电压取过小，运行电压高于额定电压高于额定电 压，如超过压，如超过1.1.1 1倍，将导致电容器的过载，电容器的内部介倍，将导致电容器的过载，电容器的内部介 质将局部质将局部放电，其对绝缘介质的危害极大。由于电子和离子放电，其对绝缘介质的危害极大。由于电子和离子 直接撞击介质，固体和液体介质直接撞击介质，固体和液体介质就会分解产生臭氧和氮的氧就会分解产生臭氧和氮的氧 化物等气体，使介损受到化学腐蚀并使介损增大，局部化物等气体，使介损受到化学腐蚀并使介损增大，局部过过

28、 热，可能会发展成绝缘击穿。所以，额定电压是电容器的一热，可能会发展成绝缘击穿。所以，额定电压是电容器的一 项重要参数。项重要参数。C第36页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择 3电容器额定电压的合理选择 在分析电容器端子上的预期电压时，应考虑以下五 点：1)并联电容器装置接入电网后引起的电网电压升高2)谐波引起电网电压升高3)装设串联电抗器引起的电容端电压升高4)相间和串联段间的容差，将形成电压分布不均，使部分电容器电压升高5)轻负荷引起的电网电压升高第37页/共79页并

29、联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择根据以上五点，电容器的额定电压可先由下式求出计算值，再从产品标准系列中选取，计算公式如下：n n式中：式中：UCUCN N单台电容器额定电压（单台电容器额定电压（K KV V）nnUSUSN N并联电容器接入点电网标称电压并联电容器接入点电网标称电压（KVKV）S S电容器组电容器组每相的串联数每相的串联数n nK K电抗率电抗率 式中式中1.01.05 5的取值依据是电网最高运行电压，一般不的取值依据是电网最高运行电压，一般不超过标超过标n n称电压

30、的称电压的1.01.07 7倍，最高为倍，最高为1.11.1倍。运行平均电压约为标称电压倍。运行平均电压约为标称电压n n的的1.01.05 5倍。倍。1 K3S=1.05US N 1 UC N第38页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择*电网标称电压为6 KV、10 KV、35 KV 在上述具体工程中，USN=6 KV，S=1，K=6%，则电容器 额定电压：然后根据算出的电容器额定电压值，从电容器额定电压 的标准系列中即可选取靠近计算值的额定电压6.6/3 KV。最后再校验

31、电容器运行中承受的长期工频过电压，是否不大 于电容器额定电压的1.1倍。上例中，长期工频过电压66.3 KV，不会超过额定电压 的1.1倍，6.6/3X1.1=7.2/3 KV。=K VUC N3 131.05 616.71 6%第39页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择n n 4 4串联电抗器额定电压、额定容量的选择串联电抗器额定电压、额定容量的选择 串联电抗器额定电串联电抗器额定电压压=并联电容器额定电压并联电容器额定电压X X电电n n抗率（一相中仅一个串联段时）。抗

32、率（一相中仅一个串联段时）。n n串联电抗器额定容串联电抗器额定容量量=并联电容器额定容量并联电容器额定容量X X电电 抗率（单相和三相抗率（单相和三相均按此核算）均按此核算）n n在上例中，串联电抗器的额定电压：在上例中，串联电抗器的额定电压：每相串联电抗器额定容量QLN=6%X7600/3=152KVAR=1.05US N K=1.05 6 6%=232V1K16%3S3 1UL N第40页/共79页并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的并联电容器、串联电抗器额定电压的 选择选择选择选择结论：串联电抗器额定端电压、额定容 量均与并联

33、电容器的额定电压、额定容量及 电抗率有关。如果为了提高并联电容器装置运行的安 全可靠性，提高所选择并联电容器的额定电 压，则必须通过计算重新确定串联电抗器的 参数，保持电抗率不变。第41页/共79页异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿 在选用配套电动机时，不少企业往往采用小 负载选用大功率电动机的做法，即习惯上称“大马拉小车”，造成电动机轻载运行，使效率 和功率因数降低。*在电动机或变压器空载或轻载运行时，由于 电压不变，所以磁通不会降低，而负载比额 定负载小得多，所以无功功率没减少，有功 功率要小得多，这样功率因数就降低了。

34、第42页/共79页异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机的效率 和功率因数cos 与负载率 的关系如下式：式中：电动机的负载率=P2/PNX100%P1电动机的实际输入功率（KW）P2电动机的实际输出功率（KW）PN电动机的额定功率（KW）P0电动机的空载损耗，是固定值。查有关表格可得或询电动机制造商（KW）N电动机的额定效率式中：Q0电动机的空载无功功率Q0=3UNI0KVAR I0电动机的空载电流，是固定值（A）tg N电动机的额定功率因数角 N的正切值PN +P0 +(1)PN P0 N2 1=P2 100%=P

35、1PN20 +2N t gQ 1P PQ020 2 P +P+01P P0 12 P +P0 +1cos =N NNNPNNN第43页/共79页异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿一、无功就地补偿原理在国家技术监督局 GB12497-95三相异步电 动机经济运行标准中要求 电动机无功功率就地补偿，并在宣贯材料中提出11KW 及以上电动机应进行无功功 率就地补偿。异步电动机无功功率就 地补偿前后的有功功率、无 功功率及相应电流向量如图：第44页/共79页异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补

36、偿异步电动机无功功率就地补偿 补偿前的电动机有功功率为P，无功功率为Q，有功电流为，无功电流为pq 1，合成后的线路电流为，功率因数为cos1，现异步电动机无功就地补偿容量为Qc，电容电流为，则补偿后的无功电流为cIq2 =q1 c ，补偿后的无功功率Q2=Q1-Qc，合成后的电流为，功率因数为cos 2。从图中可以看出，补偿后的线路电流减小了，线路损耗就相应减小 了，达到了节电目的，同时功率因数cos 2也比补偿前提高了，其值为：I 2 +(II)2Pq1ccos 2=IP12第45页/共79页异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就地补偿异步电动机无功功率就

37、地补偿二、无功补偿容量的确定 1用电能平衡测试仪测取运行中三相异步电动机的输入功率和功率因数，如要提高到cos 2，则无功 功率补偿容量为：Qc=P1(tg 1-tg 2)KvarP1为异步电动机的输入功率 KW2.按异步电动机空载电流的计算方法确定 异步电动机在无功补偿后，如切断电源，电动机由于惯性要继续运转一段时间，此时电容器放电电流就 成为电动机的励磁电流，如补偿容量过大，就会使电动机产生自激励，电动机变为发电机，会产生过高的励磁电压，对电容器产生破坏作用。所以为避免电动机自激，电容器补偿容量还应满足下式：Kvar式中：UN异步电动机的额定电压 KV I0异步电动机的空载电流，A对于某些

38、异步电动机，其空载电流I0查不到，则用推荐公式计算：A式中：IN异步电动机的额定电流 A cosN异步电动机的额定功率因数QC 0.93UNI0I=2I(1 cos)0NN第46页/共79页补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明 以下内容是以一电容器保护整定为实例进行说明，已知条件：6KV、1500KVAR电力电容器组的保护。电容器组为单星形接线，电容器组额定电流A、C相电流互感器变比n1=200/5，1电流I、II段保护1.1电流I段保护(电流速断保护)(Idz.j)按躲过电容器充电电流计算，即 保护的一次动作电流：动作时限可选速断0S或0.2S延时

39、。=131.23 6.6I=1500e c=(4 5)e c =5 131.2=16.4n401d z.j=16.4 40=656d zd z.j j x=1n1第47页/共79页补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明 1.2电流II段保护(过电流保护)(Idz.j T)过电流保护按可靠躲过电容器组额定电流整定，其保护动作电流：式中：Kbw电容器波纹系数，取1.25 Kw可靠系数，取1.25Kf返回系数，取0.9保护的一次动作电流：过电流保护动作的时限T一般整定在0.3秒。=5.71.25 1.25 1131.20.940=e cfn1 k b w j

40、 xd z.j =5.7 40=228dzdz.j j x=1n1第48页/共79页补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明2.过电压保护 过电压保护按电容器端电压不长时间超过1.1倍电容器额定 电压的原则整定，其动作电压Udz =vUe =(1.1 1.2)100=(110 120)V过电压保护动作的时限T一般整定在30秒。3.低电压保护 低电压保护定值应能在电容器所接母线失压后可靠动作，而 在母线电压恢复正常后可靠返回，其动作电压：Udz =vUe =(0.5 0.6)100=(50 60)V低电压保护动作的时限要求与本侧出线后备保护时间配合，一般取

41、2S。第49页/共79页补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明 4.不平衡电压保护 单星形接线需要不平衡电压保护 上例中，每串段中元件的并联数：单元的串联段数：n=3m=51一段中切除元件数：K 完好元件允许过电压倍数：电容器组额定电压：KV=1.3 UEX=(6.6/3)1000V放电线圈变比：ny=UEX/100=38.105第50页/共79页补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明计算：n nK K1 1=1515.132132n nK=K=1515(K K取整取整数数)U U1 1C C=484484.3

42、87V387V U U2 2C C=1212.712V712Vn n建议取：建议取：UDUDZ Z=9 9.778V778VK=ceil(K1-1)一次不平衡电压：二次不平衡电压：U 取保护灵敏度：KLm=1.3保护定值：(v 1)(3n2)=3m n1v3n(mK)+2K3K UE XU=1Cy=U1C2CnL mU=2CD ZKU第51页/共79页补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明补偿装置保护定值说明(2)固有不平衡值计算 初始不平衡电压计算：=0.01 三 相 电 容 的 最 大值 与 最 小 值 偏 差。取安全系数 KK=1.5时小于UD Z，保护可以整定。n

43、E X U)3+U=(3 yC OU=0.997VC OUC O KK =1.495V=9.778V第52页/共79页WBB矿用隔爆型无功自动补偿装置第53页/共79页概述WBB矿用隔爆型无功自动补偿装置是煤矿井下配电网线路用 于改善功率因数、提高用电质量的自动补偿装置，该产品能 把功率因数提高到0.95-0.98，节能效果明显。它采用控制器 分组循环投切电容器改变补偿容量的方式，解决固定电容器 补偿不能随负荷变化造成过补偿的缺陷。在系统中串接电抗 器解决了过电压和涌流等技术问题。全部电器元件放置在用 厚钢板加工成的防爆外壳内与外部易燃易爆气体隔绝，避免 因电气故障造成的井下燃爆事故，确保安全

44、生产。防爆结构经国家煤炭工业安全标志办公室、国家安全生产上 海矿用设备检测检验中心确认备案。该产品也适用于冶金、石油、化工等其它具有爆炸性气体的环境中。第54页/共79页使用条件使用条件（1）海拔不超过 1000m；（2）环境温度：-20 C+40C；（3）空气相对湿度：95(25C时)；（4）在无强烈颠簸震动以及垂直倾斜度不超过15 度的地方；（5）在无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体与蒸汽 的环境中；（6）可用于甲烷和煤尘爆炸危险的矿井中；（7）在无滴水及其它液体浸入的地方；（8）安装类别：类；污染等级：3级；第55页/共79页技术特征和主要参数技术特征和主要参数3.1 型号意义WBB -/额

45、定工作电压（V）最大补偿容量（kvar)隔爆型补偿装置 无功功率执行标准：GB3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备通用要求GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备 隔爆型“d”GB/T 22582-2008 电力电容器低压功率因数补偿装置Q/HSGE02-2009矿用隔爆型无功功率自动补偿装置第56页/共79页防爆类型：矿用隔爆型防爆标志：Exd 主要性能W BB 矿用隔爆型无功自动补偿装置是由单 片机为核心的控制器通过实时检测电力系统无功 功率和电压、电流，分组投切电容器，实现无功 功率的补偿。装置可实时显示功率因数、系统电 压、负载电流、无功功率、温度、谐波百分比及

46、电容器投切状态。还可以实时在线设置变比、投 入门限、切除门限、过电压、欠电压、谐波百分 比上限、无功功率上下限等参数。第57页/共79页 装置所有元器件组装完成后放置在由厚钢板加 工成的防爆外壳内，所有电源进线、输出引 线，都通过特殊防护的腔室，隔绝了内部电气 线路及元件与外部易燃易爆气体的接触，具有 很好的隔爆性能。装置还充分考虑了内部电器 元件发热及外壳散热的影响，确保运行的安全 性。主要技术参数 1）装置工作电压：1140 V；2）补偿容量；最大640kvar,360kvar第58页/共79页结构特征结构特征 装置外形为长方体形，长2250mm,宽 900mm,高1550mm(见附图1)

47、。防爆外壳采 用厚度为20mm钢板焊制而成，进出线腔室 在上部，正面两面门可开启，门与壳体采用 螺栓紧固方式密封固定。两面门的中间安装 控制器、手动转换开关及开门保险装置。第59页/共79页内部结构 内部电器元件包含电容器、电抗器、接触器、熔断器、电源变压器、控制器及转换开关。电 容器、电抗器、接触器、熔断器共八组，每组 容量为80kvar。电器元件分两大组分别装配在 有轮子的支架上。防爆箱体底部按有导轨，开 门后，电器元件可拉出，便于维修。温升 防爆外壳的设计制造充分考虑了内部元器件发 热及外壳散热，以最恶劣情况为条件，通过科 学计算，确保整个装置在运行中温升满足标准 要求。第60页/共79

48、页工作原理工作原理 WBB矿用隔爆型无功自动补偿装置采用以单 片机为核心的控制器，实时检测电力系统无 功功和电流、电压。根据用户设定的功率因 数目标参数循环投切电容器组，实现无功功率补偿。（见工作原理图）第61页/共79页第62页/共79页第63页/共79页DWZB变电站电压无功自动补偿装置第64页/共79页总体概述总体概述DWZB变电站无功自动补偿装置可以稳定系统电压，调节系统功 率因数，有效降低电力系统损耗。随着电力负荷的增长，供电矛盾 的突出，提高电力系统经济运行，大幅度降低线损已得到国家电力 系统、大型厂矿企业的高度重视。长期以来一直没有实用又效的无 功补偿手段，无法适时调节系统功率因

49、数，保证无功就地减少，减 少无功电流，降低发热损耗。目前国内应用最多的是固定电容器组 进行补偿，其缺点是不能自动细调节，会经常出现过补和欠补现象。城网建设中许多厂家研究生产了以改变电容器量 C为手段的补偿装置 即VQC。由于存在着电容器不能频繁投切及电容器投切生产的过电 压影响电容器运行安全等问题，VQC一直没被广泛采用，事故率 高，投运率低，开关动作次数不能满足要求，根据四川省统计 VQC 无功补偿装置36%以上因故障不能投入使用。另外由于电容器运行 安全等问题，电容器投切是都要求有一定的延时，根本无法实现适 时投切。不能实现适时调节也就无法使电网运行在最佳状态，就无 法有效降低损耗、提高经

50、济效益、节约能源。第65页/共79页DWZB变电站无功自动补偿装置，采用电压 调压器来改变电容器端部输出电压，从而改变无 功输出量来调节系统功率因数，该装置在调节中 无过电压，电容器无充放电，因此可以实现适时 调节，而且保证电容器运行额定电压以下，电容 器使用安全，延长使用寿命。电容器固定接入不 分组，而其输出容量可连续调节。目前生产的 DWZB变电站无功自动补偿装置可以实现容量从（100-36）%分九级输出。第66页/共79页DWZB变电站无功自动补偿装置的特点它可以根据系统电压无功参数，按照九区图及模糊控制原理保证 母线电压在合格的范围内，保证功率因数最佳，线损最小。装置电容器固定接入，不