浅谈智能电容器无功补偿原理及其应用

安科瑞 华楠

摘要：文章主要从电力电容器的补偿原理、补偿的特点、无功补偿方式、电容器补偿容量的计算及电容器运行这几个方面进行阐述。
关键词：电力电容器；无功补偿
        随着国民经济的发展，用电负荷的增加，必然要求电网系统利用率的提高。但由于接入电网的用电设备绝大多数是电感性负荷，自然功率因素低，影响发电机的输出功率；降低有功功率的输出；影响变电、输电的供电能力；降低有功功率的容量；增加电力系统的电能损耗；增加输电线路的电压降等。电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，进行无功功率的补偿。

一、电力电容器的补偿原理
        电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。其无功补偿的原理是把具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷并联在同一电容器上，能量在两种负荷间相互转换。这样，电网中的变压器和输电线路的负荷降低，从而输出有功能力增加。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的简便、经济的方法。因此，电容器作为电力系统的无功补偿势在必行。当前，采用并联电容器作为无功补偿装置已经非常普遍。

二、电力电容器补偿的特点
        1，优点。电力电容器无功补偿装置具有安装方便，安装地点增减方便；有功损耗小（仅为额定容量的百分之0.4左右）；建设周期短；投资小；无旋转部件，运行维护简便；个别电容器组损坏，不影响整个电容器组运行等优点。
        2，缺点。电力电容器无功补偿装置的缺点有：只能进行有级调节，不能进行平滑调节；通风不良，一旦电容器运行温度高于70℃时，易发生膨胀爆炸；电压特性不好，对短路稳定性差，切除后有残余电荷；无功补偿精度低，易影响补偿效果；补偿电容器的运行管理困难及电容器运行的问题未受到重视等。
三、无功补偿方式
        1，高压分散补偿。高压分散补偿实际就是在单台变压器高压侧安装的，用以改善电源电压质量的无功补偿电容器。
        2，高压集中补偿。高压集中补偿是指将电容器装于变电站或用户降压变电站6kV-10kV高压母线的补偿方式；电容器也可装设于用户总配电室低压母线，适用于负荷较集中、离配电母线较近、补偿容量较大的场所，用户本身又有一定的高压负荷时，可减少对电力系统无功的消耗并起到一定的补偿作用。其优点是易于实行自动投切，可合理地提高用户的功率因素，利用率高，投资较少，便于维护，调节方便可避免过补，改善电压质量。但这种补偿方式的补偿经济效益较差。
        3，低压分散补偿。低压分散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安装在用电设备附近，以补偿安装部位前边的所有高低压线路和变压器的无功功率。其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，可减少配电网和变压器中的无功流动从而减少有功损耗；可减少线路的导线截面及变压器的容量，占位小。
        4，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符合而直接控制电容器的投切。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。

四、电力电容器的运行
        1，允许运行电流。正常运行时，电容器应在额定电流下运行，运行电流不得超过额定电流的1.3倍，三相电流差不超过百分之5。
        2，允许运行电压。电容器对电压十分敏感，因电容器的损耗与电压平方成正比，过电压会使电容器发热严重，电容器绝缘会加速老化，寿命缩短，甚至电击穿。因此，电容器装置应在额定电压下运行，一般不宜超过额定电压的1.05倍，运行电压不宜超过额定电压的1.1倍。当母线超过1.1倍额定电压时，须采取降温措施。
        3，谐波问题。由于电容器回路是一个LC电路，对于某些谐波容易产生谐振,易造成高次谐波，使电流增加和电压升高。且谐波的这种电流对电容器非常有害，容易使电容器击穿引起相间短路。因此,当电容器在正常工作时,在必要时可在电容器上串联适当的感抗值的电抗器，以限制谐波电流。
        4，继电保护问题。继电保护装置可以有效地切除故障电容器，是保证电力系统稳定运行的重要手段。主要的电容器继电保护措施有:一是三段式过流保护;二是为防止系统稳态过压造成电容器损坏而设置的过电压保护;三是为避免系统电源短暂停投引起电容器瞬时重合造成的过电压损坏而设置的低电压保护；四是反映电容器组中电容器的内部击穿故障而配置的不平衡电压保护、不平衡电流保护或三相差电压保护。
        5，合闸问题。电容器组禁止带电重合闸。主要是因电容器放电需要一定时间，当电容器组的开关跳闸后，如果马上重合闸，电容器是来不及放电的，在电容器中就可能残存着与重合闸电压相反的电荷，这将使合闸瞬间产生很大的冲击电流,从而造成电容器外壳膨胀、喷油甚至爆炸。所以，电容器组再次合闸时，在断路器断开3mm之后才可进行。
        第六，允许运行温度。电容器正常工作时，其周围额定环境温度一般为40℃-25℃；其内部介质的温度应低于65℃,不得超过70℃，否则会引起热击穿,或是引起鼓肚现象。电容器外壳的温度是在介质温度与环境温度之间,不应超过55℃。因此，应保持电容器室内通风良好,确保其运行温度不超过允许值。
        综上所述，无功补偿技术是提高电网供电能力、减少电压损失和降低网损的一种有效措施。电力电容器具有无功补偿原理简单、安装方便、投资小，有功损耗小,运行维护简便、可靠等优点。因此，在当前，随着电力负荷的增加，要想提高电网系统的利用率，通过采用补偿电容器进行合理的补偿，是能够提高供电质量并取得明显的经济效益的

五、安科瑞AZC/AZCL智能电容器介绍及选型
1，产品概述
        AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小，功耗更低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的更高要求。
        AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。
2，AZC系列智能电容器选型：

 

         AZCL系列智能电容器选型：

 

 

3，产品实物展示

参考文献：
（1）王杰，浅谈电力电容器无功补偿及其应用
（2）安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版