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无功补偿电容器容量计算及放电器的配置

第八卷第三期                安徽电力职工大学学报                2003 年 9 月 Vol. 8 ,No . 3    OURNAL OF AN HU I EL ECTRIC POWER UN IV ERSIT Y FOR STAFF    J September 2003

无功补偿电容器容量计算及放电器的配置
赵庆华 ,吴   琦
( 安徽省电力公司培训中心 ,合肥   230022)
[摘   ]   要 根据电容器无功补偿的三种方式 ,分别提出了在三种方式下电容器容量计算的基本方
Ξ

法以及电容器放电器的配置方式 。
[ 关键词 ]   无功补偿 ; 补偿方式 ; 电容器容量 ; 放电器

[ 中图分类号 ]  TM761. 1  [ 文献标识码 ]    [ 文章编号 ]1009 - 1238 ( 2003) 03 - 0048 - 03 B 1  前言

设置无功补偿电容器是补偿无功功率比较传统的方法 ,它具有结构简单 ,经济灵活 ,调节方便等优 点 ,得到了广泛应用 ,目前仍是无功补偿运用最多的手段之一 。
2  并联电容器无功补偿方式

根据 《电力系统电压和无功电力管理条例》 规定 ,无功补偿应遵循 “全面规划 ,合理布局 ,分级补偿 , 就地平衡” 的总原则 。因此按电容器安装的位置不同 ,通常有三种补偿方式 :
( 1) 集中补偿

电容器组集中装设在企业或地方总降压变电所的 6~10 kV 母线上 ,用来提高整个变电所的功率因 数 ,使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡 。可减少高压线路的无功损耗 ,而且能够提高本变电所 的供电电压质量 。
( 2) 分组补偿

将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或村镇终端变配电所高压或低压母线上 ,也称为分散 补偿 。这种方式具有与集中补偿相同的优点 ,仅无功补偿容量和范围相对小些 。但是分组补偿的效果 比较明显 ,采用得也较普遍 。
( 3) 就地补偿

将电容器或电容器组装设在异步电动机或感性用电设备附近 ,就地进行无功补偿 ,也称为单独补偿 或个别补偿方式 。这种方式既能提高为用电设备供电回路的功率因数 ,又能改善用电设备的电压质量 , 对中 、 小型设备十分适用 。近年来 ,出现的低压自愈式并联电容器为就地补偿方式的推广创造了有利条 件 ,并已有许多成功应用的实例 。
3  三种方式下的电容器补偿容量计算 3. 1   集中补偿和分组补偿电容器容量计算

工程实践中将三种补偿方式统筹考虑 ,合理布局 ,选配合适的补偿容量 ,可取得较好的补偿效果 。

采用集中补偿方式和分组补偿方式时 ,总的补偿容量由下式决定 : φ φ         Q c = β Pc ( t g 1 - t g 2 ) av 或        Q c = β qc Pc av 式中 : Pc — 由变配电所供电的月最大有功计算负载 ( kW) ;
Ξ 收稿日期 :2003 - 05 - 11

( 1) ( 2)

作者简介 : 赵庆华 ,安徽省电力公司培训中心 ,助理实验师 ,从事电专业教学和管理工作 。 吴   ,安徽省电力公司培训中心 ,副教授 ,从事电力系统自动化专业教学工作 。 琦

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? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

http://www.cnki.net

赵庆华 ,吴   : 无功补偿电容器容量计算及放电器的配置 琦

β — 月平均负载率 ,一般可取 0. 7~0. 8 ; av φ1 — φ 补偿前的功率因数角 ,cos 1 可取最大负载时的值 ; φ2 — 补偿后的功率因数角 ,参照电力部门的要求确定 ,一般可取 0. 9~0. 95 ; φ φ qc — 电容器补偿率 ( kVar/ kW) ,即每千瓦有功负载需要补偿的无功功率 , qc = tg 1 - tg 2 。 电容器接法不同时 ,每相电容器所需容量也是不一样的 。
3. 1. 1   电容器组为星形联结时
Qc =

3 U I c ×10 - 3 = 3 U × U /

1 -3 2 -3 ω 3 × φ ×10 = CφU ×10 1/ ωC

( 3)

式中 : U - 装设地点电网线电压 ( V ) ;
I c - 电容器组的线电流 ( A) ; C - 每相电容器组的电容量 ( F) 。 φ

考虑到电网线电压的单位常用 kV , Q c 的单位为 kVar ,则星形联结时每相电容器组的容量为
Cy = C = Q c ×10 φ
-3

/ ωU

2

( 4)

式中 Cy 的单位为μF 。
3. 1. 2   电容器组为三角形联结时
Q c = 3 U I c ×10 - 3 = 3 U × U ×

1 ×10 - 3 = 3ωCφU 2 ×10 - 3 1/ ωCφ
-3

( 5)

   若线电压 U 的单位为 kV ,则每相电容器的容量 ( 单位为μF) 为
CΔ = Q c ×10 / 3ωU
2

( 6)

3. 2   就地补偿电容器容量计算

单台异步电动机装有就地补偿电容器时 ,若电动机突然与电源断开 ,电容器将对电动机放电而产生 自励磁现象 。如果补偿电容器容量过大 ,可能因电动机惯性转动而产生过电压 ,导致电动机损坏 。为防 止这种情况 ,不宜使电容器补偿容量过大 ,应以电容器 ( 组) 在此时的放电电流不大于电动机空载电流 I0 为限 ,即
Q c = 3 U N I 0 ×10
-3

( 7)

式中 : U N - 供电系统额定线电压 ( V ) ;
I 0 - 电动机额定空载电流 ( A) 。

若电动机空载电流 I0 在产品样本中查不到 ,可用下式估算 :                  I 0 = 2 U N . M ( 1 - cosφN ) 或                  I 0 = I N . M ( sinφN 式中 : I N . M — 电动机额定电流 ( A ) ; φN — 电动机未经补偿时的功率因数角 ;
nT — 电动机最大转矩倍数 , 一般取 1 . 8~2 . 2 , 可查手册 。 ( 8) ( 9)

cosφN ) 2 nT

需要注意 , 若实际运行电压与电容器额定电压不一致 , 则电容器的实际补偿容量为 Q c1 :
2 Q c1 = ( U W / U N C ) Q N C

( 10 )

式中 : U N C — 电容器的额定电压 ;
QNC — 电容器的额定补偿容量 ; UW — 电容器实际工作电压 。

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安徽电力职工大学学报    第八卷第三期

4  并联电容器放电器的配置 4. 1   并联电容器的放电回路

当电容器 ( 组) 与电源断开时 , 电容器两极极间电压等于断开时电网电压的瞬时值 , 然后通过本身的 绝缘电阻自放电 。在自放电过程中 , 电容器的端电压按指数规律衰减 , 即
uc ( t ) = U 0 e
- t/ R C

( 11 )

式中 : U 0 — 电源开关断开时电网电压瞬时值 ( V ) ;
C — 并联电容器的电容量 ( F) ; R — 电容器的绝缘电阻 (Ω) ; t — 电源开关断开后的时间 ( s ) 。

为保证运行和检修人员的安全 , 应使电容器尽快放电 , 其方法是装设放电电阻 。要求在电源开关断 开 30 s 后 , 电容器端电压小于 65 V ; 正常运行时该电阻消耗功率很小 , 每 kV ar 并联电容器消耗功率不 大于 1 W 。由此得出放电电阻的计算公式为                   R = 式中 : R — 放电电阻 (Ω) ;
Uφ 、 — U 电源的相电压 、 线电压 ( V ) ; Qc — 每相并联电容器的补偿容量 ( kVar) 。
2 12 . 3 Uφ 1 . 41 U Q clg 65

( 12)

若电压以 kV 为单位 ,放电电阻 ( 单位为 Ω) 也可用下式计算 :
R = 15 ×10 Uφ/ Q c
6 2

( 13 )

4. 2   并联电容器的放电器的配置原则

对集中补偿和分组补偿方式的低压电容器组 ,可采用白炽灯接成星形作为放电回路 ; 对就地补偿异 步电动机的方式而言 ,电容器 ( 组) 可通过定子绕组放电 ,无需专设放电电阻 ; 对 lkV 以上的高压电容器 组 ,可利用电压互感器高压绕组作为放电装置 。
5  需注意几个问题 ( 1) 并联电容器的容量是按正常供电情况设计的 ,为了留有发展余地 ,应有适当裕量 。

当变电所处于低谷负载时 ,电容器的补偿容量势必过大 ,出现过补偿的情况 ,母线电压升高 ,而由式
( 10) 可知 ,电容器的补偿容量与实际供电电压成正比 ,电压升高会使补偿容量进一步增大 , 反过来又会

使电压再升高 。电压升高会导致变压器 、 电动机 、 电容器等设备损耗增大 ,影响使用寿命 。
( 2) 当变电所运行于高峰负载 ,电压水平低于额定供电电压 ,则电容器提供的补偿容量下降 ,并使电

压进一步下降 ,严重时会导致局部电压崩溃 。为此 ,集中补偿和分组补偿方式中 ,电容器一般分为几组 使用 ,根据运行情况的需要安装自动投切装置 ,适时地调节无功补偿容量 。
( 3) 当电容器容量与变压器 、 互感器等感性负载参数配合恰好时 ,可能产生谐振 ,造成电容器将谐波

电流放大 ,不仅危害电容器本身 ,而且会危及电网中的电气设备 ,严重时会造成损坏 ,甚至破坏电网的正 常运行 。 参考文献 :
[ 1 ] 王兆安 . 谐波抑制和无功功率补偿 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 . [ 2 ] 靳龙章 . 电网无功补偿实用技术 [ M ] . 水利电力出版社 . [ 3 ] 黄明琪 . 工厂供电 [ M ] . 重庆 : 重庆大学出版社 . [ 4 ] 李颖峰 . 无功补偿的优化配置 [J ] . 供用电 ,1999 , ( 2) . [ 责任编辑 : 侯宜祥 ]

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