低压功率因数补偿技术标准Word下载.docx

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三相交流电视在功率计算公式为：

S（VA）=√3UeIe=√P2+Q2。

或S=P/cosφ

5、功率因数：

在同一相交流电路中，相电压与相电流之间的相位差的余弦称为功率因数，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。

功率因数的大小与电路工作负载的性质有关，纯电阻负载的功率因数为1，电感性或电容性负载电路的功率因数都小于1。

而且在电感性负载电路中，电流滞后电压一个角度，结果功率因数滞后一个角度（随着滞后角度的增加，电网电压随着下降）。

在电容性负载电路中，电流超前电压一个角度，结果功率因数超前一个角度（随着超前角度的增加，电网电压随着上升）。

99功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

6、自然功率因数

是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。

自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷的功率因数较高，等于1。

电感性或电容性负载电路的功率因数都小于1。

7、瞬时功率因数

是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。

瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

8、加权平均功率因数

是指在一定时间段内功率因数的平均值。

9、有功功率、无功功率、视在功率之间的关系

电网中的许多设备是根据电磁感应原理工作的。

它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。

电力系统中，不但有有功功率平衡，无功功率也要平衡。

S=

S

Q

式中：

φ

S————视在功率，KVAP

P————有功功率，KW

Q————无功功率，kvar

φ角为功率因数角，它的余弦（cosφ）是有功功率与视在功率之比即：

cosφ=P/S称为功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数

cosφ越小，则所需的无功功率越大。

如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。

这样，不仅增加供电投资、降低设备利用律，也将增加线路损耗。

为此，国家供用电规则规定：

无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。

还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

10、无功补偿原理

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。

在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。

　　无功补偿的基本原理是：

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。

这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。

11、无功补偿的意义

⑴补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。

　⑵减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；

反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。

因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。

⑶降低线损。

第二章、无功对电网的影响及功率因数降低的原因

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。

如果用电设备过多地从电网索取无功功率，将使电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

结果造成电网功率因数降低，线路电压损失增大和电能损耗增加。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：

（1）降低发电机有功功率的输出。

（2）降低输、变压设备的供电能力。

（3）造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

（4）造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。

这就是电网需要装设无功补偿装置的道理

1、异步电动机对功率因数的影响 

　厂矿企业绝大部分动力负荷都是异步电动机, 

异步电动机转子与定子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素,而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。

所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

因此，在选择异步电动机时，既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的电器指标，合理选择异步电动机的型号、规格和容量，使其处于经济运行状态，若电动机长期处于低负载下运行，既增大功率损耗，又使功率因数和效率都显著恶化。

故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确的合理的选择电动机的容量。

其次，要提高异步电动机的检修质量，因为异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动时对异步电动机无功功率的大小有很大的影响。

2、电力变压器对功率因数的影响 

　电力变压器的无功功率消耗，是由于变压器的变压过程是由电磁感应来完成的，是由无功功率建立和维持磁场进行能量转换的。

没有无功功率，变压器就无法变压和输送电能。

变压器消耗无功的主要成分是它的空载无功功率，提高变压器的功率因数就必须降低变压器的无功损耗，避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。

3、整流装置对功率因数的影响 

　单就整流系统而言，其功率因数可达到0.95，但是由于整流系统网侧电流不是正弦波，整流变压器除向电网吸取基波电流外，还向电网送出谐波电流，严重影响并联电容的运行。

尽可能减少谐波分量的产生是消除整流装置对功率因数补偿设备影响的根本办法。

整流机组的网侧谐波分量与等效相数有密切关系，提高等效相数是抑制谐波产生的有效措施。

公司整流系统共有四台整流变压器，为提高等效相数，分别将整流变压器接成△/△▽和Y/△▽，从而组成12相整流系统，这时单套6脉波整流的工作原理不变，只是一台整流变压器通过Y/△移相使5，7，17，19……次谐波相互抵消,注入系统的只有12K±

1次特征谐波，在不增加设备的前提下，达到了最大限度抑制谐波分量，减少了谐波分量对电容运行的影响的目的。

4、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响

　当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般工厂的无功将增加35％左右。

当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。

但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。

所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

5、电网频率波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响

6、以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

第三章无功功率补偿的种类和特点

由于多数中小型企业在实际生产工艺中没有使用同步机，基本都是三相异步电机，所以采用并联移相电容器的方式进行功率因数补偿。

无功补偿通常采用的方法主要有3种：

低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。

下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及各种补偿方式的优缺点。

1、低压个别补偿（分散补偿）

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器（即开关）。

通过控制、保护装置与电机同时投切。

随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行（如大中型异步电动机）的无功消耗，以补励磁无功为主。

低压个别补偿的优点是：

用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。

具占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

但是这种补偿方式总的设备投资较大，且电容器在用电设备停止工作时，它也一并被切除，没有充分利用，所以利用率不高。

2、低压集中补偿

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。

电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。

低压补偿的优点：

接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

3、高压集中补偿

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。

适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；

补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。

同时便于运行维护，补偿效益高。

综合以上三种补偿方式的优缺点，目前中小型企业基本都选用第二种：

低压集中补偿。

第四章无功补偿在供配电系统中的应用

无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。

所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。

合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。

反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

一、按投切方式分类

1.延时投切方式（目前基本用此种方式）

延时投切方式即人们熟称的"

静态"

补偿方式。

这种投切依靠于传统的接触器的动作，用于投切电容的接触器是专用的，它具有抑制电容的涌流作用，延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡，这是很危险的。

当电网的负荷呈感性时，如电动机、电焊机等负载，这时电网的电流滞后电压一个角度，当负荷呈容性时，电网的电流超前于电压的一个角度，即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。

通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。

下面就功率因数型举例说明。

当这个物理量满足要求时，如cosΦ超前且>

0.98，滞后且<

0.95，在这个范围内，此时控制器没有控制信号发出，这时已投入的电容器组不退出，没投入的电容器组也不投入。

当检测到cosΦ不满足要求时，如cosΦ滞后且<

0.95，那么将一组电容器投入，并继续监测cosΦ如还不满足要求，控制器则延时一段时间（延时时间可整定），再投入一组电容器，直到全部投入为止。

当检测到超前信号如cosΦ>

0.98,即呈容性载荷时，那么控制器就逐一切除电容器组。

要遵循的原则就是：

先投入的那组电容器组在切除时就要先切除。

如果把延时时间整定为300s，而这套补偿装置有十路电容器组，那么全部投入的时间就为30分钟，切除也这样。

在这段时间内无功损失补偿只能是逐步到位。

如果将延时时间整定的很短，或没有设定延时时间，就可能会出现这样的情况。

当控制器监测到cosΦ<

0.95，迅速将电容器组逐一投入，而在投入期间，此时电网可能已是容性负载即过补偿了，控制器则控制电容器组逐一切除，周而复始，形成震荡，导致系统崩溃。

是否能形成振荡与负载的性质有密切关系，所以说这个参数需要根据现场情况整定，要在保证系统安全的情况下，再考虑补偿效果。

2.瞬时投切方式（目前少用）

瞬时投切方式即人们熟称的"

动态"

补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。

通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。

动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。

现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。

当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。

动态补偿的线路方式

（1）LC串接法原理这种方式采用电感与电容的串联接法，调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。

从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节，使无功损耗降为零。

从元件的选择上来说，根据补偿量选择1组电容器即可，不需要再分成多路。

既然有这么多的优点，应该是非常理想的补偿装置了。

但由于要求选用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再加一些技术的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。

作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很经济。

其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。

当解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。

动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。

很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才能达到最佳的补偿效果。

当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令（投入一组或多组电容器的指令），此时由触发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电容器组也就并人线路运行。

需要强调的是晶闸管导通的条件必须满足其所在相的电容器的端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，半导体器件应该是无涌流投切。

当控制指令撤消时，触发脉冲随即消失，晶闸管零电流自然关断。

关断后的电容器电压为线路电压交流峰值，必须由放电电阻尽快放电，以备电容器再次投入。

元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管，也可选适合容性负载的固态接触器，这样可以省去过零触发的脉冲电路，从而简化线路，元件的耐压及电流要合理选择，散热器及冷却方式也要考虑周全。

3.混合投切方式

实际上就是静态与动态补偿的混合，一部分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容器组使用电力半导体器件。

这种方式在一定程度上可做到优势互补，但就其控制技术，目前还见到完善的控制软件，该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造，比起单一的投切方式拓宽了应用范围，节能效果更好。

补偿装置选择非等容电容器组，这种方式补偿效果更加细致，更为理想。

还可采用分相补偿方式，可以解决由于线路三相不平行造成的损失。

4.在无功功率补偿装置的应用方面，选择那一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。

对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。

一般电焊工作时间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按40毫秒考虑则从40毫秒到5秒钟之内是一个相对的稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程。

如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能量又有较大的变化，我们把它称为瞬变或闪变，采用动态补偿就要出问题并可能引发事故。

二、无功功率补偿控制器

无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。

选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。

控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。

十几年来经历了由分立元件--集成线路--单片机--DSP芯片一个快速发展的过程，其功能也愈加完善。

就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差异很大，很多产品名不符实，在选用时需认真对待。

在选用时需要注意的另一个问题就是国内生产的控制器其名称均为"

XXX无功功率补偿控制器"

，名称里出现的"

无功功率"

的含义不是这台控制器的采样物理量。

采样物理量取决于产品的型号，而不是产品的名称。

1.功率因数型控制器

功率因数用cosΦ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。

当cosΦ=1时，线路中没有无功损耗。

提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。

这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。

"

延时"

整定：

投切的延时时间，应在10s-120s范围内调节"

灵敏度"

整定:

电流灵敏度，不大于0-2A。

投入及切除门限整定，其功率因数应能在0.85（滞后）一0.95（超前）范围内整定。

*过压保护设量

*显示设置、循环投切等功能

这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果，这是一对矛盾，只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。

即使调整的较好，也无法祢补这种方式本身的缺陷，尤其是在线路重负荷时。

举例说明：

设定投入门限；

cosΦ=0.95（滞后）此时线路重载荷，即使此时的无功损耗已很大，再投电容器组也不会出现过补偿，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器组投入，所以这种控制方式建议不做为推荐的方式。

2.无功功率（无功电流）型控制器

无功功率（无功电流）型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。

一个设计良好的无功型控制器是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测，这类控制器一般都具有以下功能：

*四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器功率、显示cosΦ、U、I、S、P、Q及频率。

由以上功能就可以看出其控制功能的完备，由于是无功型的控制器，也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。

如线路在重负荷时，那怕cosΦ已达到0.99（滞后），只要再投一组电容器不发生过补，也还会再投入一组电容器，使补偿效果达到最佳的状态。

采用DSP芯片的控制器，运算速度大幅度提高，使得富里叶变换得到实现。

当然，不是所有的无功型控制器都有这么完备的功能。

国内的产品相对于国外的产品还存在一定的差距。

3.用于动态补偿的控制器

对于这种控制器要求就更高了，一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能。

由于这类控制器也都基于无功型，所以它具备静态无功型的特点。

目前，国内用于动态补偿的控制器，与国外同类产品相比有较大的差距，一是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好；

二是补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维护成本高、造成设备整体投资费用高。

另外，相应的国家标准也尚未见到，这方面落后于发展。

三、滤波补偿系统

由于现代半导体器件应用愈来愈普遍，功率也更大，但它的负面影响就是产生很大的非正弦电流。

使电网的谐波电压升高，畸变率增大，电网供电质量变坏。

如果供电线路上有较大的谐波电压，尤其5次以上，这些谐波将被补偿装置放大。

电容器组与线路串联谐振，使线路上的电压、电流畸变率增大，还有可能造成设备损坏，再这种情况下补偿装置是不可使用的。

最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。

滤波器的设计要使在工频情况下呈容性，以对线路进行无功补偿，对于谐波则为感性负载，以吸收部分谐波电流，改善线路的畸变率。

增加电抗器后，要考虑电容端电压升高的问题。

滤波补偿装置即补偿了无功损耗又改善了线路质量，虽然成本提高较多，但对于谐波成分较大的线路还是应尽量考虑采用，不能认为装置一时不出问题就认为没有问题存在。

很多情况下，采用五次、七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时，对系统中的谐波进行消除。

无功动态补偿装置工作原理与结构特点

无功动态补偿装置由控制器、晶闸管、并联电容器、电抗器、过零触发模块、放电保护器件等组成。

装置实时跟踪测量负荷的电压、电流、无功功率和功率因数，通过微机进行分析，计算出无功功率并与预先设定的数值进行比较，自动选择能达到最佳补偿效果的补偿容量并发出指令，由过零触发模块判断双向可控硅的导通时刻，实现快速、无冲击地投入并联电容器组。

无功补偿常出现的问题

1、电容器损坏频繁。

2、电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。

3、电容器组经常投入使用率低。

针对以上问题，我们认为有必要进行专题研究，对无功补偿设备进行综合整治，以达到无功补偿设备使用化运行，提高电网电压无功质量和电能合格率。

针对上述情况我们分析可能存在的原因如下：

1、电容器损坏主要原因由于在选择电压等级时没有考虑谐波背景的影响，造成所选择的电压等级偏低，长期运行电容器将容易损坏。

2、电容器外熔断器经常发生熔断，主要是合闸涌流对熔断器的冲击或者熔断器额定电流的选择偏小造成的，或是不同电抗率组别的电容器组投切顺序不当所致。

电容器投入使用率低主要是由于在电容器容量选择及分配不当造成的。

第五章、智能无功功率自动补偿控制器使用说明

一、JKF系列无功功率自动补偿控制器

智能无功补偿控制器采用高性能的单片微处理器、全数字化设计，软、硬件模块化处理，电磁兼容设计，抗干扰能力强、运行可靠、操作简单。

控制器通过测量同一相电压和电流，从而计算出系统的电压、电流、有功功率、无功功率，功率因数等参数，根据负荷情况对电容器组进行投切控制（可实现编码补偿），补偿无功，减少电能损耗。

该产品广泛应用于各类中小型企业。

1、主要功能

1）显示：

显示系统功率因数，电容器的循环投切次数、电网电压、电流、有功功率、无功功率等参数。

2）通讯：

可通过RS232或RS485通讯口，与就地的计算机设备通讯或组网与远程，允许连接开放式结构的局域网络。

应用MODBUS通讯规约，在PC或数据采集系统上运行的软件，能提供一个对于工厂、电厂、工业和建筑物的服务的简单、实用的电参数管理方案。

3）参数设置：

基本功能采