前言

在水泥廠最常用的無功功率補償方法有：變電站補償、隨機補償和隨器補償等。

（1）變電站補償：補償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護方便等優點，缺點是這種補償方式對10kV配電網的降損不起作用。

（2）隨機補償：將電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電動機同時投切的一種無功補償方式。隨機補償的優點是用電設備運行時，無功補償裝置投入；用電設備停運時，補償裝置退出。更具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低的特點。適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，可較好的限制配電網無功峰荷。年運行小時數在1000h以上的電動機采用隨機補償較其他補償方式更經濟。

（3）隨器補償：將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。隨器補償的優點是接線簡單，維護管理方便，能有效地補償配電變壓器空載無功，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無功網損，是目前無功補償最有效的手段之一。缺點是由于配電變壓器的數量多、安裝地點分散，因此補償工作的投資比較大，運行維護工作量大。

一、“無功補償”電容器容量計算舉例

1.1 電容器的容量計算

電容器的補償容量，需根據配變容量、負荷容量、負荷性質、三相電壓平衡度、自然功率因數、目標功率因數等背景參數，經過計算確定。

（1）對于35～110kV變電所中電容器裝置的總容量，按照無功功率就近平衡的原則，可按主變壓器容量的10%～30%考慮。并建議10kV側電容器組分組容量確定為2000、3000、6000kvar。

（2）對于普通負荷的公用變的0.4kV低壓補償，可按配變容量的20%～30%進行補償。

（3）當三相電壓不平衡時（如單相負荷較多），需考慮一定容量的分相補償。

（4）對于企業專用變壓器的0.4kV低壓補償，可按配變容量的30%～60%進行補償。

（5）當補償點處有諧波時，還要考慮串聯一定比率的電抗器，以構成調諧支路，濾除線路上的高次諧波。

（6）當采用固定補償方式時，補償總容量應選小些，避免線路輕載時出現過補，產生無功倒送。

（7）當采用自動補償方式時，補償總容量應選大些，避免高峰負荷時出現欠補，造成力率過低。

（8）當電容器額定電壓與系統標稱電壓不相等時，補償容量≠安裝容量，裝機容量需進行修正。

1.2 隨機補償裝置電容器容量QC的計算公式

（1）按電動機的空載電流選擇

高壓電動機隨機裝置電容器容量計算：

以從電動機樣本中查??；③經驗方法，對于大容量電動機，約為額定電流的20%～35%。對于小容量電動機，約為額定電流的35%～50%（計算后，應該取最小值，帶入計算）。

建議：兩種計算方法取得的QC值的結果可能并不一致，應采用較小的數值。

高壓電動機采用進相機實施無功補償，也是近年來應用比較多的一種隨機補償設備。

與電機定子側并聯電容器的補償方式有著本質的區別。電容補償只是在電機之外的電網上對電機的無功進行補償，無法改善電機本身的運行狀況；而進相機裝置是串接在電機轉子回路中，不僅可顯著提高功率因數，使電機定子電流約減少15%~20%左右，而且電機溫升明顯降低，電機的效率和過載能力有一定提高。

二、經濟效果分析舉例

（1）顯著改善電壓質量

從（3）式可以看出，越靠近線路末端裝設無功補償裝置效果越好。

（2）降低電能損耗

如輸送的有功P為定值，加裝無功補償設備后功率因數由cosΦ提高到cosΦ1，因為P=U×I×cosΦ，負荷電流I與cosΦ成反比，又由于P=I2R，線路的有功損失與電流I的平方成正比。當cosΦ升高，負荷電流I降低，即電流I降低，線路有功損耗就成倍降低。反之當負荷的功率因數從1降低到cosΦ時，電網元件中功率損耗將增加的百分數為ΔPL%，計算如下：

③安裝無功補償設備，可使發電機多發有功功率。系統采取無功補償后，使無功負荷降低，發電機就可少發無功，多發有功，充分達到銘牌出力。

（4）減少用戶電費支出

①可以避免因功率因數低于規定值而受罰。

②可以減少用戶內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應可以減少電費的支出。

　三、應用說明

對于遠離配電中心、功率又比較大的低壓電動機采用無功功率就地補償，就是把電動機所需要的無功電流局限在電動機設備的終端，實現無功功率就地平衡，使得整個變配電網絡的功率因數都比較高，有效地減少輸配電線路的無功損耗。

同時，低壓電動機采用無功就地補償裝置，還有利于降低電動機起動電流，延長電動機與控制設備的使用壽命。低壓電動機起動頻繁或經常正反轉的場合，不宜采用就地補償。

電容器對電壓變化十分敏感，長時間過電壓會使電容器嚴重發熱，電容器的絕緣會加速老化，壽命縮短，甚至發生電擊穿或熱擊穿；電網電壓一般應低于電容器本身的額定電壓，長期工頻穩態過電壓不得超過1.1倍額定電壓。因此，并聯電容器裝置必須能在1.05倍額定電壓下長期運行，并在一晝夜中，在最高不超過1.1倍額定電壓下允許運行時間不超過6h；當周圍空氣溫度24h平均最高值低于標準10℃時，電容器能在1.1倍額定電壓下長期運行。根據調查，部分水泥企業的低壓配電電壓經常運行在420～430VAC之間，這對電容器的安全運行是十分不利的。同時，對電動機的節能經濟運行也是十分不利的，建議加強這方面的管理工作。

四、無功補償裝置常用的投切方式

（1）延時投切方式，又稱作“靜態”補償方式。這種投切方式依靠于專用的接觸器的動作，具有抑制電容的涌流作用。延時投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動作，造成電容器損壞，而更重要的是防備電容不停的投切導致供電系統振蕩，這是很危險的。

（2）瞬時投切方式，又稱作“動態”補償方式，實際就是一套“快速隨動系統”，控制器一般能在半個周波至1個周波內完成采樣、計算，在2個周期到來時，控制器已經發出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導通，投切電容器組大約20~30毫秒內就完成一個全部動作，這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現的。動態補償方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應用前景。

（3）混合投切方式，實際上就是將“靜態”與“動態”補償的混合，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導體器件。這種方式在一定程度上可做到優勢互補，比單一的投切方式拓寬了應用范圍，節能效果更好。補償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補償效果更加細致，更為理想。還可采用分相補償方式，可以解決由于線路三相不平衡造成的損失。

五、無功自動補償的調節方式

以節能為主者，采用無功功率參數調節；當三相平衡時，也可采用功率因數參數調節；為改善電壓偏差為主者，應按電壓參數調節；無功功率隨時間變化穩定者，可按時間參數調節。

（1）功率因數型控制器：功率因數用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當cosΦ=1時，線路中沒有無功損耗。提高功率因數以減少無功損耗是這類控制器的最終目標。這種控制方式是比較傳統的方式，采樣、控制也都較容易實現。

（2）無功功率（無功電流）型控制器：較完善的解決了功率因數型的缺陷。智能化的設計，有很強的適應能力，能兼顧線路的穩定性及檢測補償效果，并能對補償裝置進行完善的保護及檢測。由于是無功型的控制器，也就將補償裝置的效果發揮得淋漓盡致。如線路在重負荷時，哪怕cosΦ已達到0.99（滯后），只要再投一組電容器不發生過補，也還會再投入一組電容器，使補償效果達到最佳的狀態。

（3）用于動態補償的控制器：對于這種控制器要求就更高了，一般是與觸發脈沖形成電路一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強，運算速度快，更重要的是有很好的完成動態補償功能。由于這類控制器也都基于無功型，所以它具備靜態無功型的特點。該類產品的穩定性還處于逐步完善中。

六、濾波補償系統

電容器對高次諧波最敏感，因為高次諧波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負荷而發熱，并可能發生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導致電容器過熱損壞。

電容器對電網高次諧波電流的放大作用十分嚴重，一般可將5～7次諧波放大2～5倍，當系統參數接近諧波諧振頻率時，高次諧波電流的放大可達10～20倍。因此，不僅需考慮諧波對電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網設備，影響電網安全運行。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器。濾波器的設計要使在工頻情況下呈現容性，以對線路進行無功補償，對于諧波則為感性負載，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸變率。增加電抗器后，要考慮電容端電壓升高的問題。

濾波補償裝置既補償了無功損耗又改善了線路質量，雖然成本提高較多，但對于諧波成分較大的線路還是應盡量考慮采用，不能認為裝置一時不出問題就認為沒有問題存在。很多情況下，采用五次、七次、十一次或高通濾波器可以在補償無功功率的同時，對系統中的諧波進行消除。

七、電抗器電抗率的選擇原則

（1）系統中3次諧波含量已超過或接近于標準限值時，宜選用串聯l2%～13%的電抗器。

（2）系統中5次諧波含量已超過或接近于標準限值時，宜選用串聯4.5%～6%的電抗器。

（3）系統中以3次、5次諧波成分為主，且兩者含量均較大時，宜采用電抗率為12%～13%與電抗率為4.5%～6%的電抗器混裝方式或采用串聯3%左右的電抗器。

（4）系統中以3次、5次諧波為主，且含量較小時，可不串接電抗器；也可選用0.1%～1%的電抗器。

（5）當電網中含有多種諧波成分，且都具有較大含量時，串聯電抗器的選用，應使電容器支路對于在較大含量的各次諧波中的最低次諧波總阻抗呈感性，此時該電容支路對于較大含量的各次諧波均不會產生放大作用。

（6）當電網的背景諧波未知的情況下，電容裝置選用阻尼式限流器，限流器中串聯電抗器的額定電流按電容器組的最終容量考慮選擇。諧波的防止應在諧波源就地治理。