电容柜和无功功率补偿柜设计要求

电容柜和无功功率补偿柜设计要求；学习目录

一、无功功率补偿柜原理分析； 二、无功功率补偿柜基本结构； 三、无功功率补偿柜基本方案类型； 四、无功功率补偿柜设计需要知道哪些技术参数？ 五、无功功率补偿柜设计中元件怎么选型？

一、无功功率补偿柜原理分析；

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负载，感性负载是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。

电网中感性负载（如电动机、变压器）工作时需建立交变磁场，消耗无功功率，导致电流滞后电压，功率因数降低。无功功率补偿柜通过并联电容器等容性设备，利用电容电流超前电压90°的特性，与感性负载电流（滞后电压90°）形成相位差，使容性无功与感性无功相互抵消，减少电网中无功功率的流动，降低线路损耗，提升功率因数。一般默认为1为正常，高于1为超前，低于1为滞后，实际上某些场合这个默认值可能是0.95-0.85之间；

根据标准号GB/T 15576-2020的规定：低压成套无功功率补偿装置俗称电容柜、无功功率补偿柜 ，是由一个或多个低压开关设备、低压电容器和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，由制造商完成所有内部的电气和机械的连接，用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。根据现场实际情况，可以分为：集中补偿装置、分组补偿装置、末端补偿装置 、相间补偿装置；

技术发展：现行及早期的无功功率补偿原理都是依据电容器的容性特性进行无功补偿。电容器在交流电路中，其电流超前电压90度，通过并联电容器的方式，利用电容电流抵消电网中感性负载（如电动机、变压器等）产生的滞后电流，从而实现无功功率的补偿，提升功率因数。

随着现场的实际情况的变化和技术的发展，除了利用电容器的容性补偿外，还可能结合电抗器的感性补偿，或者采用更为先进的静止无功发生器（SVG）等设备。SVG通过电力电子器件（如IGBT）的快速开关动作，实时检测电网的无功需求，动态地发出或吸收无功功率，以维持电网电压稳定和功率因数在合理范围内。

二、无功功率补偿柜基本结构；

无功功率补偿柜的基本电路结构主要由主电路、控制电路、保护电路、测量与显示电路四部分构成，这里详细分析他们的配置与作用：

主电路是无功功率补偿柜的一次电路部分，由断路器、接触器（或复合开关、晶闸管）、电容器组和电抗器构成。断路器作为总开关，保护设备安全；接触器、复合开关和晶闸管用于控制电容器的投入和切除，各有优缺点；电容器组提供无功功率，提高功率因数；电抗器限制涌流、抑制谐波，根据谐波类型选择不同电抗率。

控制电路是无功功率补偿柜的二次电路部分，负责监测电网功率因数并控制电容器组的投切以实现最佳补偿效果。主要组件包括：无功功率补偿控制器，实时监测电压、电流、功率因数等参数，依据预设策略自动投切电容器组，维持功率因数在目标范围（如0.95 - 0.98），部分还具备过压、欠压、谐波超限保护功能；信号采集与传输组件，由电流互感器、电压互感器等构成，采集电网信号并转换为适合控制器处理的信号后传输给控制器。

保护电路在电网异常时迅速切断电源或采取保护措施，防止设备损坏和安全事故。主要组件包括：熔断器（短路时切断故障电路）、避雷器（防护大气及操作过电压）、过压/欠压保护装置（电压异常时切断电源）、热继电器（部分配置，过载时切断电路）。测量与显示电路实时监测补偿柜运行状态并显示信息，方便运行人员了解设备情况。其组件包括功率因数表（显示电网功率因数，读数0.9左右为正常）、电流表和电压表（显示电网电流、电压值）以及指示灯（指示补偿柜运行状态）。

三、无功功率补偿柜基本方案类型；

无功功率补偿柜的基本方案类型可根据补偿位置、补偿容量、控制方式等进行划分，以下为常见的几种方案类型：按补偿位置划分，分为集中补偿、就地补偿和分散补偿。集中补偿在变电站或配电变压器低压母线侧进行，适用于负荷集中、容量较大的场所，管理维护方便但降损作用有限；就地补偿将装置直接安装在电气设备上，适合大容量连续运行设备，成本低节能好但补偿范围有限；分散补偿在线路用电点或近供电设备处，适用于负荷分散场所，可减少线损但管理维护复杂。

按补偿容量划分，无功补偿分为小容量和大容量两种。小容量补偿适用于无功补偿需求较小、电流畸变不显著的场合，如小型商业建筑和办公楼，采用SVG单独补偿，具备高精度、快速响应和双向补偿能力，但成本较高。大容量补偿则针对高无功需求和严重电流畸变的工业环境，如大型厂房和电弧炉，通过SVG+APF或SVG与FC（中压）组合实现，既能补偿无功又能抑制谐波，提升电能质量，但系统复杂且成本更高。

按控制方式划分，无功补偿分为静态补偿和动态补偿。静态补偿通过接触器控制电容器，有级补偿，精度低、响应慢，适用于负荷变化缓慢的场所，结构简单、成本低，但补偿效果有限。动态补偿采用晶闸管或SVG等电力电子器件，无级补偿，精度高、响应快，适用于负荷变化快、谐波污染严重的场景，补偿效果好，但成本高、系统复杂。

四、无功功率补偿柜设计需要知道哪些技术参数？

无功功率补偿柜设计关键技术参数及设计依据：系统电压需匹配电网等级（如400V/690V/10kV），波动范围影响电容选型，典型值380V±10%（三相）；额定频率国内标准50Hz，兼容变频系统时可选60Hz；补偿容量通过负载功率因数计算（公式Qc = P×(tanφ₁-tanφ₂)），范围10~1000kvar并分多级投切。

负载如风机、泵选用接触器投切，冲击负载如冲床、焊机需晶闸管快速响应，其中焊机负载要求响应速度≤10ms；谐波含量（THD）高时需配置电抗器，5次谐波选5.67%电抗率，3次谐波选12%~14%电抗率，电弧炉负载THD＞20%需串联14%电抗器；功率因数（PF）目标值通常设为0.95~0.98，过高补偿会致过电压，工业用户考核标准为0.92。环境与可靠性参数设计要求明确：环境温度方面，电容器运行温度升 10℃寿命减半，需风量≥3m³/min/kvar 强制风冷，工程阈值为 -25℃~+45℃（降容使用）；海拔高度每升 1000m 降容 10%，常规设计≤2000m；防护等级户外柜 IP55 以上防尘防水，户内柜 IP30。

五、无功功率补偿柜设计中元件怎么选型？

电容器组容量计算公式：假设当前系统总容量为1000KW，低压400V，根据设计规范要求，总容量需要补偿30%，公式为容量1000KW×30%=300千乏，通过对电容器组的选择，设定电容器组为10组，电容器组总补偿容量300➗10=30千乏，意思就是当前300千乏无功功率补偿柜需要10只30千乏电容器来组成；电容器电压应高于系统电压，通常选0.45kV或0.48kV系列，以适应谐波或电压波动。通过电容器额定电流系数1.8至2.5倍选择断路器，通过电容器额定电流系数1.4至1.6倍选择接触器，同时电抗器参数选择需根据谐波特性调整：5次谐波对应电抗率5.67%、谐振频率350Hz（避开300Hz）；3次谐波对应电抗率12%~14%、谐振频率204Hz（避开150Hz）。实际应用中，若某工厂5次谐波电流占比达15%，则需选用5.67%电抗率，并将电容器额定电压从400V提升至450V以适配系统需求。

根据负载类型选择投切开关：风机、水泵适用接触器（响应200ms，成本低）；冲床、点焊机选晶闸管（响应10ms，成本高）；混合负载采用复合开关（响应50ms，成本适中）。针对电容选型的说明：自愈式低压电力电容器：适用于一般工业场景。智能型电容器：适用于对电源质量要求高的场景（如数据中心）。一体式智能滤波电容器：适用于谐波含量高的场景，需根据谐波含量选择电抗率（如14%电抗率用于3次谐波抑制）。