技术|关于无功补偿的基础知识（全）

1、什么是谐波和基波？

电力网络中呈周期性的变化的电压或电流的频率即为基波（又称一次波），我国电网规定频率是50Hz,所以基波是50Hz。

电力网络中除基波（50Hz）外，任一周期性的电压或电流信号，其频率高于基波（50Hz）的称为谐波。

2、无功补偿（Reactive power compensation）：

在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，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电网的损耗，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。

随着我国用电需求和电力设备的增加，对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。在电力系统中安装无功补偿装置是提高电能质量和降损的重要手段。而电力电子技术、智能化系统控制技术的发展也为无功智能补偿技术的应用提供了保障。

一、加强电网无功补偿的重要意义

电力系统无功分布是否合理，不仅关系到电力系统向用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。

无功补偿配置应根据电网情况，从整体上考虑无功补偿装置在各电压等级变电站、10kV及以下配电网和用户侧配置比例的协调关系，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足电网安全、经济运行的需要。

 目前应用于配电网无功补偿的主要方式有以下几种：

1、变电站集中补偿：主要目的是平衡输电网的无功功率，改善输电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。变电站集中补偿一般和主变调档一起用VQC系统进行自动控制。区域内多个变电站的无功补偿装置联合起来可组成区域电压无功自动控制系统（AVC）。

2、低压集中补偿：一般指在公变的低压侧进行集中并联电容器补偿。根据公变负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。它主要目的是提高公用变的功率因数，实现无功补偿的就地平衡，对降损有积极作用，同时也有助于保证该用户的电压水平。

3、用户终端分散补偿：一般指在100kVA转变用户低压侧进行集中并联电容器补偿。原理与作用和公用变低压集中补偿一样。因用户侧的力率考核以月电量计算平均功率因素，故其无功补偿以补电量为主，瞬间往往会出现欠补或过补，不能实现实时无功平衡。

4、杆上无功补偿：由于配电网中很多小容量的公用变、100kVA以下的专用变、小容量的低压动力用户都没有进行低压补偿，由此造成很大的无功缺口需要由上级变电站来填，使得在配电线路上存在大量的无功传输。

实例展示

下面内容以400V无功补偿柜为例，给大家科普一下无功补偿柜及柜内各元件，此内容可作为无功补偿产品销售员必备的基础知识。

A. 无功补偿柜。

在400V系统里面，无功补偿柜是为配电系统提供无功电能的一套低压柜。

记住两点：

1）它是低压柜

2）它是为用户的用电设备提供无功电能的

换一个说法：校正系统功率因数的设备。（这个说法听起来高大上哦）

无功补偿柜作为一个成套设备，它由柜体及柜内元件组成。其主要包含下述元件：

1）主开关

2）过电压保护元件

3）保护元件

4）投切开关

5）电抗器

6）电容器

7）控制器

B. 主开关

每一台无功补偿柜作为一个独立设备，它都有一只主开关，将补偿设备接入到母线上。同时，对于此柜内短路故障起到保护作用。

主开关常用熔断器开关或断路器。

C. 过电压保护元件

降低过电压对柜内设备的影响，防止过电压对柜内元件的损坏。

每一台无功补偿柜都是由好几个无功补偿支路组成的。这里的支路包含：保护元件、投切开关、电抗器和电力电容器。

D. 保护元件

对补偿支路上元件及故障起到保护作用。

支路上的保护元件常用熔断器来实现，参数需要与支路上电容器匹配。

E. 投切开关

投切开关的作用是把补偿支路上的电容器和电抗器连接到系统里或者退出系统的元件。

把电容电抗连接到系统上，即常说的电容器投入；把电容电抗退出系统，即常说的电容器切除。

PS：电容器在投入时伴随有涌流存在，这是电容器投入的基本特性，因此投切开关还有另外一个作用，就是降低电容器涌流。

常用的电容器投切开关有：

电容器专用接触器

晶闸管开关

复合开关。

电容器专用的接触器

电容器专用的接触器比常规的接触器每一相多一对触点，此回路中电阻值较大，且比住回路先导通，从而减少电容器的涌流。

优点：运行过程中发热少

缺点：虽然有效限制了电容器涌流，但是涌流值还是较大。

晶闸管开关

此设备叫法较多，常看到或听到的晶闸管开关、无触点开关、调节器都是指它。

采用晶闸管的导通原理来实现电容器的投切。

优点：可以实现“过零投切”，即电容器涌流可以限制到最小。

缺点：发热量大。

晶闸管对热很敏感，过热将到只晶闸管损坏；另外散发大量的热量，也将导致无功补偿柜内温度显著升高，过高的环境温度对电容器的寿命影响很大。

因此，当使用晶闸管开关时必须要关注散热问题。

1. 晶闸管开关自身的散热问题，常采用自身的散热风扇来完成。当晶闸管温度高过限值，启动风扇；当温度降低到限值以下，风扇停止工作。当温度不断上升到危险温度以上时，则晶闸管开关的保护系统会让晶闸管退出工作状态。

2. 无功补偿柜的散热。

复合开关

复合开关是将晶闸管开关和接触器的优点结合后的产品，由晶闸管和机械触头组合而成。

电容器的投切都采用晶闸管来完成，保障电容器“过零投切”；在电容器投入后，采用机械触头作为导通回路，避免应为晶闸管长期运行而产生的热量。

F. 电抗器

电抗器是电容器的伴侣，很多时候都是一起出现的，作为无功补偿柜内的重要元件，必须要了解它。

电抗器主要有两个作用：

1. 抑制电容器涌流

2. 抑制谐波

我们常见的电抗器有线绕和箔绕两类。

线绕电抗器根据材质不同，常见的有铜线和铝线；同样道理，箔绕电抗器也有铜箔和铝箔两类。

电抗器一般都做了过温保护，其有一对触点（常闭较多），当电抗器过温时，触点打开，可用于将电抗器从系统中切除。

电抗器常说的参数有“电抗率”。

专门用于抑制电容器涌流的电抗器，一般电抗率不大于1%；

而对于抑制谐波的电抗器，电抗率是根据系统中主要谐波次数来定的。例如：抑制5、7次谐波的影响，常见的有5.6%，6%，7%电抗率；抑制3次谐波影响，常见的有12%，13%，14%电抗率等。

G. 电容器

无功补偿柜的主要元件。因为电容器的存在，所以无功补偿柜也常被大家称之为“电容柜”。

在低压系统里面，我们常见的电容器都是自愈式电容器（采用金属化薄膜制作）。

干式电容器

根据电容器内部填充剂的不同，可以划分出几种类别来。例如，我们常听到“干式电容器”这个词。

油浸式电容器，顾名思义填充剂为液体，液体的缺点就是有渗漏风险，而且油易燃。

干式电容器，解决了油浸式电容器的上述缺点，通常采用的有填充树脂和惰性气体。

外形及安装

电容器的外形尺寸比较多，常见的有椭圆形、圆形、方形等。

不同的外形结构决定其安装方式不同。

电容器接线端子

接线端子常见的有螺杆和欧式端子。

螺杆接线，接触面积大，接线牢固。接线柱暴露在外，一般配保护罩。

欧式端子，结构精巧，接线接触面积小。最常见的故障时运行中接线端子松动，接触点发热导致端子烧坏。

防爆装置

为了防止电容器的爆裂，一般都装设防爆装置。

放电电阻

电容器自身是储能元件，当电容器退出运行后，其自带的电荷需要释放掉，常用放电电阻来完成。放电电阻可以外置也可以内置。在规定时间内要求放电电压至75V以下。

H. 功率因数控制器

功率因数控制器是无功补偿柜工作的控制中心，它是控制电容器（补偿支路）自动投切的核心。

基本工作原理

功率因数控制器监视系统无功缺额或功率因数指标，控制电容器（补偿支路）的自动投切，从而调整功率因数至合格范围。

可以从以下几个方面去了解功率因数控制器

1. 控制参数

功率因数控制器工作所依据的参数是功率因数？无功缺额？还是其他？

常见的有功率因数的、无功分量的，还有多种参数混合的。

2. 补偿方式

三相共补和分相补偿。

三相共补即指发出一个指令，同时对系统的A,B,C三相无功缺额进行补偿。

分相补偿即指发出一个指令，只能对系统的A,B,C三相中的其中一相缺额进行补偿，即可以实现对每相无功补偿的独立控制。

混合补偿即可以同时实现三相公布和分相补偿。

3. 补偿控制输出型式和回路数

控制器一般有两种输出命令型式，一种为接点输出，主要用于控制接触器；一种为电平输出，主要用于控制晶闸管开关和复合开关。

控制器输出回路数决定了一个控制器可以控制补偿支路的数量，常见的有6路，12路和18路。

4. 控制器监视的参数

作为一个智能设备，很多功率因数控制器同时可以监视很多电气参数。

例如：电流、电压、无功功率、谐波畸变率等。

5. 控制器的监视界面

常见的控制器界面包含数码显示和液晶显示。

6. 保护功能和故障信息的记录

功率因数控制器作为无功补偿柜内的智能设备，通常还具有完善的保护功能，以保障无功补偿柜的安全运行。如：过电压、欠电压、过温度保护等。

故障信息可以做完整的记录，且记录包含时标。

7. 数据共享

作为智能设备，其数据是否可以共享给第三方。

即：是否具有标准的通讯接口，通讯协议是否开放。

再通俗一点，即平时常听到的：该设备有没有RS485接口，是不是Modbus通讯协议。

对于每一台以低压柜型式存在的设备，我们都要考虑下面的问题，无功补偿柜也不例外。

1）柜型和柜体尺寸

无功补偿柜的柜型同低压开关柜。

2）测量系统

对于一台成套设备而言，一般都需要有仪表来测量电气参数。

也就是通常无功补偿柜都会配置电力仪表。

3）散热系统

无功补偿柜的散热必须要做好，否则柜内温度的过热将直接导致电容器损坏。

散热可以用常规的温度控制器+排风扇的方式，也可以用开关柜专用空调来实现。

4）柜顶母排、柜内主开关到柜顶母排的连接

为什么要说到规定母排呢？这个是容易被一些人忽略的地方。

如果你是低压成套柜厂，该项目所有柜子都由你一家来做，包含无功补偿柜，那么规定的母排自然是成套柜厂一起提供了。

通过上面的内容，大家基本都清楚无功补偿柜了吧。它就是一台众多电力元件组合在一起的低压柜。因此，我给用户的建议是：无功补偿柜内的主要元件（电容器、电抗器、功率因数控制器、投切开关等）选择好品牌和规格后，其他元件的配套和设备的组装就交给成套厂去做吧。这样即控制了元件的质量，又保障了成套柜的质量。