摘要：介绍无功补偿概念及其在电网运行中扮演的重要角色，面对当前用电设备的多样及复杂性，如何保证无功补偿装置的稳定运行，是如今新建、改造配电站过程中应当重视的问题。
关键词：无功补偿；并联电容器；串联电抗器；电抗率
电网输出的功率包括两部分，即有功功率与无功功率。有功功率：是指保持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为其它形式的能量（机械能，光能，热能等）的电功率；无功功率：是指电气设备中电感、电容等元件工作时建立磁场所需的电功率。 即用于电气设备内电场与磁场的能量交换，在电气设备（电路系统）中建立和维护磁场的功率。它不表现对外做功，由电能转化为磁能，又由磁场转化为电能，周而复始，并无能量损耗。无功功率并不是无用功，只是它不直接转化为机械能、热能为外界提供能量。
补偿无功功率的意义
1. 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例，即提高了用电效率。
2. 减少供电电源的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装100Kvar电容器可节省设备容量52KW；反之，增加52KW对原有设备而言，相当于增大了电源容量。
3. 降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosθ为补偿前的功率因数则：cosΦ>cosθ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少电源容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着社会的经济效益。
配电网中最常用的低压无功补偿方式是在配电站中进行集中补偿，即在低压配电柜中设置专用的电容补偿柜，其补偿电容安装容量由负荷计算确定。一般情况下供电部门均要求客户新建的配电站补偿后的功率因数低压侧不低于0.9，对不具备计算条件的，电容补偿容量按配电变压器的20%-40%进行配置。在实际中，一般在设计阶段会将功率因数配置在0.95以上，这样在运行时，由于变压器负荷一般并不是满载运行，因此实际运行时功率因数可达到0.99以上，完全满足供电部门的要求。在运行中，并未听说用户配电站因补偿不足而受到供电部门处罚，但运行当中电容被击穿的事件倒是时有发生。究其原因，就是现在电力电子设备应用日趋普遍，个人电脑、工作站、打印机、空调设备、LED照明、电梯、直流电机、变频器、中频感应炉、大型医疗器械等。所有这些非线性用电设备所产生的谐波，导致电能浪费、降低系统容量、加速设备老化、降低生产率、配电系统本身或连接在该系统上的其它设备发生故障。
目前，谐波治理的方式主要包括有源电力滤波、无源电力滤波、电压质量控制等。为使配电站内电力电容器能稳定运行，一般会在电容器中串入一定比率的电抗器，在电力电容器串联电抗器之后，电抗器可以阻止部分谐波通过电容器，从而达到保护电力电容器的目的，属于无源电力滤波的一种。将电力电容器串联电抗器，还可以起到抑制合闸涌流的效果。电抗器能够减小短路电流，还可以使短路时系统电压保持不变，还可以在涌流时减小对电力电容器的冲击。但在选择串联电抗器的时候应注意如下问题：
一、电抗器电抗率选择
一般来说，滤波电抗器的电抗值和电力电容器组的容抗值之比，就是该装置的电抗率。而且电抗率的选择，应该根据电力系统中的谐波次数，来选取不同的电抗率。
1）.3次谐波的情况下如何选择电抗率
在电力系统中，3次谐波会导致零线电流过大，使零线发热，严重时会引发火灾。电力系统中存在3次谐波时，一般采用14%的电抗率。
2）.5次或7次谐波的情况下如何选择电抗率
在电力系统中5次谐波滤波器会吸收部分7次谐波，因此滤除5次谐波和7次谐波时，可以选择7%的电抗率。
注意事项：虽然12%的电抗率和6%的电抗率，可以对3次谐波、5次谐波、7次谐波起到过滤作用，但是因为谐波本身是不稳定的，谐波的频次也在发生变化，所以在选择电抗率时，尽量将电抗率选择高一点，能够保证电抗器安全运行。
二、电力电容器的额定电压
根据IEC 60681-1标准中定义，电力电容器的额定电压指的是可持续稳定工作的电压。但是我们在实际使用时，电力电容器的额定电压一般会高于系统电压。由于谐波的问题，电容器会和电抗器串联使用。但是在串联电抗器之后，电容器两端的电压会被抬高。当电容器长期处于过电压下工作时，不仅会减少电容器的寿命，还可能会对电容器造成较大损坏。
串联电容器后额定电压应该大于电容器两端的电压。而电容器两端的电压，可以通过系统电压/（1-电抗率）计算得到。如400V的系统电压，电抗率为7%，得到电容器两端电压为430.11V，但是这仅仅是电容器两端的电压。我们需要运用到电力系统中，还需要考虑到电压的波动，通常会留有10%的电压安全裕度。因此通过计算得出400V系统电压，7%电抗率下，最好采用480V以上的额定电压。
在串联电抗器之后，尽量选择电压等级高的电容器。但是我们在选择补偿容量时，还需要按照400V的系统电压来计算，否则会出现补偿容量不足的情况。
三、串联电抗器后，补偿容量计算
串联电抗器后，我们会提高电容器的额定电压，来保证电容器的安全。如果提升电容器的额定电压，在电容器实际运行时往往会低于电容器的额定电压，造成无功补偿容量不足的情况。串联电抗器后电容器的补偿容量，不能把电容器的额定容量当做补偿容量来计算。由电容器容量Q＝ωCU^2,电容器生产出来后，其容量只与加在其两端电压大小相关：
补偿容量=安装容量*（运行电压^2/额定电压^2）
以工作中的软件公司配电站为例，用电负荷为主要为办公用电，包括空调、照明、电梯等，另外办公楼内设有数据中心机房。具体负荷见如下负荷计算表：
电力负荷计算书
可见配电站内需安装1600kVA变压器一台，另外电力负荷主要是计算机、UPS电源（数据中心内大部分机柜经UPS电源供电）、变频空调等，产生的谐波以3次谐波为主，为保证电力电容器稳定，需配置串联14%的电抗器，电力电容器配置450kVAr（有效容量）即可满足功率因数达到0.95以上。电力电容器额定电压选择0.4kV/(1-14%)*1.1=511.6V,即选择525V的电容器可满足耐压需要；安装容量600kVAr，根据上述串联电抗器后的补偿容量计算公式可知实际补偿容量为600kVAr*{[0.4kV/(1-14%)]^2/0.525kV^2}=470.93kVAr,大于450kVAr,满足设计要求。
结束语：
总而言之，在配电站系统运行中，为了保证配电站内无功补偿电容的稳定运行，应根据用户的负荷性质，考虑是否在无功补偿装置中加入电抗器，并注意加装电抗器后对电抗率、电容器额定电压、电容器实际补偿容量的选择及计算。
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论文作者:刘光强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：电容器论文; 谐波论文; 电压论文; 电抗论文; 容量论文; 电抗器论文; 电力论文; 《电力设备》2019年第5期论文;