无功补偿成套装置设计撰稿：黄宏龙目录一、基本概念二、无功功率补偿的作用三、无功补偿的一般方法四、无功补偿装置的分类五、感性系统并联电容器实现
无功补偿的类型六、调谐型无功补偿装置参数计算七、调谐型无功补偿装置选型计算实例一、基本概念五、感性系统并联电容器实现无功补偿的类型
二、无功功率补偿的作用无功补偿六、调谐型无功补偿装置参数计算三、无功补偿的一般方法七、调谐型无功补偿装置选型计算实例四、无功补偿装
置的分类课程内容结构图一、基本概念请看以下公式：S2=P2+Q2其中S为视在功率、单位伏安（VA)，P为视在功率、单位瓦（W）
，Q为无功功率、单位乏（Var）单相电路S=UIQ=UISINΦP=UICOSΦ其中U为相电压，I为相电流，C
OSΦ为功率因数，又称力率。三相平衡电路S=1.732UIQ=1.732UISINΦP=1.732UICOS
Φ其中U为线电压，I为线电流，COSΦ为功率因数，又称力率。无功补偿： 指根据电网中的无功类型，人为地补偿容性无功或感性无功来
抵消线路中的无功功率。无功功率有那些危害：无功功率不做功，但占用电网容量和导线截面积，造成线路损耗和压降增大，使供配电设备过载
，谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡颠覆。一、基本概念目录一、基本概念二、无功功率补偿的作用三、无功补偿的一般方法四、无功
补偿装置的分类五、感性系统并联电容器实现无功补偿的类型六、调谐型无功补偿装置参数计算七、调谐型无功补偿装置选型计算实例无功功率补偿
的作用主要有以下几点：1.提高电网功率因数2.降低电网运行电流3.减少导线及变压器损耗4.增加变压器使用裕度5.提高电网
电压二、无功功率补偿的作用目录一、基本概念二、无功功率补偿的作用三、无功补偿的一般方法四、无功补偿装置的分类五、感性系统并联电容器
实现无功补偿的类型六、调谐型无功补偿装置参数计算七、调谐型无功补偿装置选型计算实例无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压就地补偿
、低压集中补偿、高压集中补偿。1）低压就地补偿低压就地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与用电
设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。低压就地补偿的优点是：无功补偿效果最好，线路损耗最小，缺点
是分散补偿，运行成本相对较高。三、无功补偿的一般方法2）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负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节
。低压补偿的优点：集中补偿、运行维护工作量小，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。缺点是线路损耗比就地补偿大。三、无
功补偿的一般方法3）高压集中补偿高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变
电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用。优点是集中补偿，投资较
少。但补偿效果不如低压补偿好。三、无功补偿的一般方法目录一、基本概念二、无功功率补偿的作用三、无功补偿的一般方法四、无功补偿装置的
分类五、感性系统并联电容器实现无功补偿的类型六、调谐型无功补偿装置参数计算七、调谐型无功补偿装置选型计算实例四、无功补偿装置的分类
从补偿的性质划分可以分为系统为感性的无功补偿与系统为容性的无功补偿。工矿企业的负载大多为感性负载，所以下面就当前感性系统并联容性
补偿的方法列举如下：1、同步调相机实现无功补偿调相机的基本原理与同步发电机没有区别，它只输出无功电流。因为不发电，因此不需要原动
机拖动，实质就是相当于一台在电网中空转的同步发电机。该种补偿方式在实际应用较少。优点：调相机容量大、对谐波不敏感缺点：价格高，
效率低，运行成本高四、无功补偿装置的分类2、并联电容器实现无功补偿并联电容器是目前最主要的无功补偿方法。其主要特点是价格低，效率
高，运行成本低，在保护完善的情况下可靠性也很高。在高压及中压系统中主要使用固定连接的并联电容器组，而在低压配电系统中则主要使用自动
控制电容器投切的自动无功补偿装置。并联电容器的最主要缺点是其对谐波的敏感性。当电网中含有谐波时，电容器的电流会急剧增大，还会与电
网中的感性元件谐振使谐波放大。目录一、基本概念二、无功功率补偿的作用三、无功补偿的一般方法四、无功补偿装置的分类五、感性系统并联电
容器实现无功补偿的类型六、调谐型无功补偿装置参数计算七、调谐型无功补偿装置选型计算实例根据被补偿系统谐波设备容量Gh与该系统变压
器容量Sn的比值来划分补偿类型：1）标准型Gh/Sn≤15%2）过谐型15%＜Gh/Sn＜25%3）调谐型Gh/Sn≥2
5%五、感性系统并联电容器实现无功补偿的类型1）无功功率补偿系统-标准型配置要求设计的补偿设备额定电压与电网电压相同或稍大于
电网电压，例如补偿设备额定电压415V用于400V配电系统。五、感性系统并联电容器实现无功补偿的类型2)无功功率补偿系统-
过谐型设计的无功补偿设备额定电压要高于电网电压一个等级。例如：设计电压440V或480V用于400V系统。容量与电压等级的平方
成正比。Q=2πfCU2例如：一台480V，68Kvar电容器68Kvar×（400/480）2＝47Kvar五、感性系统并联电
容器实现无功补偿的类型3)无功功率补偿系统-调谐型电容器选用设计电压480V电容，用于400V系统电容器前端串联调谐电抗
器在未串调谐电抗器时，Q=2πfCU2例如一台480V，68.1Kvar电容器68.1Kvar×（400/480）2＝47.3K
varQ=U2/Z在电压一定的情况下，容量和阻抗成反比，因此在400V下，调谐电容电抗器组的实际输出容量为：Q=47.3/（
1-5.4%）=50Kvar五、感性系统并联电容器实现无功补偿的类型目录一、基本概念二、无功功率补偿的作用三、无功补偿的一般方法四
、无功补偿装置的分类五、感性系统并联电容器实现无功补偿的类型六、调谐型无功补偿装置参数计算七、调谐型无功补偿装置选型计算实例调谐
型无功补偿装置采用与电容器串联电抗器的方法，使该回路的调谐频率低于网络中产生的最低次谐波的频率。这样，该装置在工频时呈容性，改善功
率因数；在谐波频率时呈感性，防止谐波放大，避免谐振的发生。因此，调谐型无功补偿装置得到日益广泛的应用。1、调谐型无功补偿装置回路
分析调谐型无功补偿装置回路如图1所示：电网电压为Un，回路中无功电流为I，调谐电抗器阻抗ZL，电抗器两端电压为IZ
L，电容器阻抗Zc，电容器两端电压为Uc。由电抗和电容的阻抗特性，可知电抗器端电压与电容器端电压方向相反。调谐无功补偿装置在
工频时呈容性，实现无功功率补偿功能，因此下文中均指工频频率f。目前我国电网工频为50Hz。六、调谐型无功补偿装置参数计算六、
调谐型无功补偿装置参数计算在已知电网电压Un，电网谐波频谱特性及所需单组无功补偿容量Q的情况下，如何选择调谐补偿装置的电容器与电
抗器，下面分三步进行详述。第一步：确定调谐频率fr或电抗率K或调谐次数n。不同配电系统中特征谐波频谱特性是不同的。为使调谐型
无功补偿装置能够正常使用，该回路的调谐频率fr需低于网络中最低次谐波的频率，如电网中含有3次、5次及以上谐波，调谐频率fr需
低于3次谐波频率（50Hz电网中3次谐波频率为150Hz）；六、调谐型无功补偿装置参数计算电网中含有5次、7次及以
上谐波，调谐频率fr需低于5次谐波频率（50Hz电网中5次谐波频率为250Hz）。调谐频率fr计算方法如下：《GB
50227-95并联电容器装置设计规范》对调谐补偿装置的电抗率K作出如下规定“当并联电容器装置接入处的背景谐波为5次及以上时
，宜取4.4%~6%；当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为3次及以上时，宜取12%”。六、调谐型无功补偿装置参数计算调谐频率
fr与电抗率K是相互关联的。电抗率K的定义是工频条件下电抗器感抗与电容器容抗的比值，即六、调谐型无功补偿装置参数计算六、调谐
型无功补偿装置参数计算第二步：确定电容器。选择电容器需分别确定电容器的设计电压Uc（V）与设计容量Qc（Kvar）。由式
4、式8，可得补偿回路的无功电流I，则电抗器实际工作电压UL=Ug-Un此工作电压Ug即为电容器最低设计电压。因此调谐无功
补偿装置中电容器的设计电压应高于电网电压，即Uc≧Ug≧Un。例：Schneider－Electric公司的调谐
无功补偿装置采用设计电压Uc为480V的电容器应用于电网电压为400V的系统（使用条件恶劣的情况下，也可选择设计电压更高的电容
器）。六、调谐型无功补偿装置参数计算选定电容器设计电压Uc后，需进一步确定电容器设计容量Qc：电抗率K，电网电压Un，所
需单组无功补偿容量Q，则由式5、式8可得六、调谐型无功补偿装置参数计算第三步：确定电抗器。电抗器的额定电压即为电网电压。选择
电抗器需确定电抗器的电感值L(mH)及基波耐流值I1(A)。六、调谐型无功补偿装置参数计算目录一、基本概念二、无功功率
补偿的作用三、无功补偿的一般方法四、无功补偿装置的分类五、感性系统并联电容器实现无功补偿的类型六、调谐型无功补偿装置参数计算七、调
谐型无功补偿装置选型计算实例七、调谐型无功补偿装置选型计算实例-下面以实例说明调谐型无功补偿系统中电容器和串联电抗器的参数计算
及选型。例：已知电网电压Un＝400V，所需单组无功补偿容量Q＝25Kvar，系统中含有5次、7次及以上谐波，请确定调谐
无功补偿方案。第一步：确定电抗率K电网中谐波频谱为5次以上，电抗率K的范围应为5%~7%。以Schneider-Electr
ic无功补偿产品为例，可选定电抗率K＝5.4%。如果电网中谐波频谱为3次以上，电抗率K的范围应为12%~14%。可选定电抗率
K＝13%。第二步：确定电容器的额定电压Uc及相应设计容量Qc。（1）计算电容器最低设计电压Ug：其中Un为电网额定电压，U
g为理论计算的电容器额定电压，K为电抗率由上式计算可知，电容器的额定电压必须大于422.8V，从安全角度考虑，以Schneider
-Electric无功补偿产品为例，可选定电容器额定电压Uc=480V。七、调谐型无功补偿装置选型计算实例（2）由电容器的额定
电压（480V）计算出电容器的容量Qc（Kvar）：其中Un为电网额定电压，Ug为理论计算的电容器额定电压，K为电抗率Uc为电容器
的额定电压，Q为每只三相电容的实际补偿容量由上式计算得知选定的电容器规格为额定电压480V，额定容量为34Kvar，其在400V
的电网实际补偿容量为25Kvar。七、调谐型无功补偿装置选型计算实例第三步：确定电抗器的参数（1）由下面公式计算电抗器的电感值L
（mH）：其中Un为电网额定电压，K为电抗率,Q为每只三相电容的实际补偿容量（2）由下面公式计算电抗器基波耐流值I1(
A)：其中Un为电网额定电压，Q为每只三相电容的实际补偿容量由上述计算结果，可选用Schneider-Electric提供的
电容器及电抗器配置调谐无功补偿方案：电容器型号Varplus480V/34Kvar，电抗器型号DR25Kvar
/215Hz七、调谐型无功补偿装置选型计算实例结束语从上述计算分析和实例可以发现，选用调谐型无功补偿装置时，电抗率是该装置的
重要参数，这一参数值需根据电网频谱特性选择。选取电容器的设计电压需高于电网电压，同时需选择与之匹配的电抗器。调谐型无功补偿装置向电
网提供的无功补偿容量由电容器和串联电抗器构成的补偿回路特性决定。与纯电容补偿方式相比，调谐型无功补偿方式增加了电抗器这一元器件，使补偿回路实现无功补偿的同时，可以有效抑制谐波，防止发生谐振。众业达官方网站：http://www.zyd.cn电子商务网站：http://www.dq-fx.com视在功率S：视在功率是指发电机发出的总功率，其中可以分为有功部分和无功部分。有功功率Q：有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。无功功率P：是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率，无功功率不做功。 |
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