无功补偿--电容器--谐波之间的关系

一、什么叫无功补偿？
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。
二、无功补偿原理及意义；
1.无功补偿的原理
电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理.
2.无功补偿的意义
(1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数
(2)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cos4=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.
(3)降低线损,由公式△P%=(1-cosΦ/cosΦ)X100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosΦ为补偿前的功率因数则 cosΦ>cosΦ,所以提高功率因数后,线损率也下降了.减少设计容量,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供电企业的经济效益.所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行.
3.无功补偿的原则
提高用电单位的自然功率因数,无功补偿分为集中补偿,分散补偿和随机随器补偿,应该遵循：全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的原则
三、现场补偿的利与弊；
1.无功就地补偿,减少输电线路上的电压损耗及功率损耗,效果明显,现在电力系统的无功补偿多采用就地补偿,多用无功补偿电容器及静止补偿装置等.
2.弊端就是分散小容量的补偿装置造成维护成本大大增加.
四、变频器对电容的影响，变频器会产生谐波，谐波对设备和电容都有一定的影响；
1.电容回路的谐波放大和谐振
无功补偿装置和滤波装置主要由并联电容器及电抗器组成。在工频条件下，电容器的电抗值比系统的电感电抗值要大得多，不会发生谐振。但由于容抗XC=1/ωC，感抗XL=ωL，高次谐波条件下由于XL的增加和XC的减小，就可能发生并联谐振或串联谐振。这种谐振往往会使谐波电流放大到几倍甚至数十倍，会对电网及并联电容器和与之串联的电抗器产生很大的威胁，并可能使电容器和电抗器烧毁。根据有关资料报道，由于谐波而损坏的电气设备事故中，电容器事故约占40%，电抗器事故约占30%。电子式电能表占60%。
2. 由于谐波放大造成电容器损坏
某设备部分无功补偿的低压电容器因过热而损坏，而这些电容器组接于向不间断电源（UPS）供电的回路上，当投入电容器时，实测得谐波电流值及电压畸变率的数值变化很大。这足以充分说明引起电容器过热损坏的原因。解决的措施:将电容器串联电抗器。其加装串联电抗器后谐波放大和电容器的严重过载问题都得到了满意的解决，实际测量结果表明谐波电流均在允许值之内，无放大现象，无功补偿和抑制谐波的效果均满意。
五、低压无功补偿装置的合理选择
1、首先摸清负载的性质和谐波含量
采用普通的低压电容补偿成套装置，还是选择具有抑制谐波功能的滤波器成套装置，关键在于负载的性质和所产生的谐波分量的大小。谐波分量的数值可由谐波测试仪测得。对电力负载的性质要特别注意以下3点:①负载变化的幅度和频繁程度;②负载中是否具有容量较大的谐波源:③三相负载的不平衡程度。要求快速补偿和抑制谐波的行业，通常包括具有大量电焊机设备的汽车制造业、冶金行业、造纸行业、电梯及起重设备、大型商住楼，以及其他具有大量变频器和大容量荧光灯照明的场所。
2 、搜集配电网及负载的技术参数
搜集配电网及负载的有关参数，为设计滤波器的方案提供依据，通常包括:①电网的额定电压、运行电压和变化范围;②基波频率f的无功负载;③主要负载的性质、谐波次数及其分量值;④实测的电网电压畸变率;⑤不同运行方式下配电网的短路容量;⑥国家标准GB/T14549—1993及IEC标准对谐波电压和谐波电流的限值等。
3 、进行预测
根据网络参数，负载性质及初步提出的补偿方案，通过仿真模型的计算机计算，对是否可能发生谐波放大或谐波共振进行分析，做到心中有数.
4 、合理选择补偿装置
近二十余年来，国内外电工行业中先后开发了多品种的谐波滤波器和具有抑制谐波功能的低压无功补偿装置，主要包括:
（1）低压谐波滤波器，单柜输出容量60～300kvar滤波回路，适用于常见的5、7、11、13次谐波，各次滤波器分别由电容器及串联电抗器组成。
（2）低压3次谐波滤波器，非线性的单相负载 如荧光灯、投射灯、计算机、打印机等，接入相与中性线之间，会产生3次谐波 电流，并在中性线上进行并联叠加，造成电流和电压畸变。3次谐波电流除了会在中性线上引起过载危险外还会形成150Hz的磁场，因此要求从电网上滤除3次谐波电流，单柜输出容量一般为15～50kvar。
（3）固定式带调谐滤波器组，额定容量7.5～50kvar，1台固定式带调谐滤波器，由1台电容器和1台电抗器组成，电容器按需补偿的无功容量选择，电抗器电感值的选择要使LC回路形成串联谐振电路的谐振频率，低于电网相间存在的最低次谐波频率，通常是5次（250Hz） ，而调谐频率则往往按141Hz设计的。当高于调谐频率时带调谐滤波器是电感性的，不但不会放大典型的5次、7次和11次谐波，还可以吸收电网中低次谐波的一部分。
（4）自动投切带调频滤波电容器组，单柜额定容量15～75kvar，与常规的自动投切电容器组相似，由自动功率因数控制器进行控制，在400V，50Hz电网中使用时，其调谐频率通常 为130、141Hz或189Hz，如需要时也可设计为204Hz。
（5）晶闸管投切电容器组（TSC），目前已基本取代用接触器投切的电容器组。
（6）有源滤波器，从技术上讲最先进，但价格贵，目前国内尚无此类批量的产品。其性能特点是:①优良的动态特性，响应时间小于1ms;②三相补偿谐波电流、谐波次数可达50次; ③可消除中性线电流的3次谐波及其他零序性质的谐波;④功率损耗低;⑤在既消除谐波又进行无功补偿的操作模式下cosφ可补偿到1;⑥电子式的过载保护;⑦可以与各类滤波器组合使用。