低压补偿电容器柜控制电路解读

1、毕业设计（论文）题 目低压补偿电容器柜控制电路（手动 + 自动方案） 专 业电气工程与自动化目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 摘要 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document Abstract HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 前言 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第 1 章 无功补偿的概念 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document

2、 无功补偿的原理 1无功补偿的作用 2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 无功补偿补偿的方式 3 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 功率因数指标 4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 第 2 章 电容器无功补偿的原理 5 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 电容器无功补偿的原理 5补偿容量的计算 5 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 电容器无功补偿装

3、置的选择应注意的问题 6控制器的选型 6电容器投切开关的选型 7电容器的选型 8 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第 3 章 低压补偿电容器柜控制电路的设计 10问题提出 10 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 方案分析 11低压无功补偿装置的原理 12 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 无功补偿装置的主要元件 12控制器 12交流接触器 13电容器 13控制策略 14 HYPERLINK l bookmark52 o Current Docu

4、ment 装置原理接线图 14 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 无功补偿装置的运行维护 15电容器组的巡视检查 16运行注意事项 16常见故障及处理 16 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 结论18 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 致谢19 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 参考文献 20 附图： A-001,B-001摘要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，造成系统中大量

5、 无功负荷的存在，加上冲击性负荷的影响，使得电能传送过程出现较明显的功率损耗 和电压损耗，这会对用户端的电能质量造成严重的影响，于是实时快速的无功补偿技 术成为解决这个问题的关键。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以补偿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，无 功补偿是保持电力系统无功功率平衡、降低损耗、提高供电质量的一种重要手段。无 功功率补偿装置是电力供电系统中不可缺少的、非常重要的组成部分。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，提

6、高电网的供电质量。本设计选用了 WZK-A型无功功率自动补偿器进行无功功率的补偿， 可使功率因数提高， 减小主变压器 的容量及补偿点以前供电系统中各原件上的功率损耗。关键词 : 低压电容补偿器，补偿容量，功率因数，无功功率AbstractIn the grid power load such as electric motors, transformers, most belong to the perceptual load, resulting in a large number of idle work load in the system, coupled with the impac

7、t load, the power loss and voltage loss is appeared in the transfer process, the customer power caused serious influence quality, so the real-time compensation of wattless power technology has become the key to solve this problem.In the power of installation parallel capacitor and reactive compensat

8、ion equipment after, can provide the perceptual load consumption in the reactive power, reduce the power grid to perceptual load by lines of conveying provide, reactive power, because the reduction in the grid power in reactive power flow, so can reduce the lines and transformer for conveying reacti

9、ve power caused by electric power, this is the reactive power compensation. The reactive power compensation is to keep the store system reactive power balance, reduce loss to the quality of power supply, one important method. Reactive power compensation device is electric power supply system of indi

10、spensable, very important part. The choice of reasonable compensation device, can do minimize losses in the power grid, and improve the quality of power supply of power grid. This design choose the WZK-A type of reactive power compensation for automatic reactive power compensation, can make the powe

11、r factor improvement reduce the capacity of the main transformer and power supply system of compensatory point before the power loss of on the original.Key Words :Low voltage capacitor compensator ， Compensation capacity ， Power factor ，Wattless powerII前言目前，我国的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损 较大的情况。导致此

12、现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数 较低。比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的 70%，而由于设计和使用等方面的 原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为 cos=0.70 。在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分 必要的，世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。从我国电网功率因数 和补偿深度来看，我国与世界发达国家有不小差距。因此大力推广无功补偿技术是非 常必要的，并且从以下数据，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。 2007 年，我国年总发电量为 32559 亿千瓦时，统计线损率为 8.77%，但是这个数字没

13、有包含相当大的 110千伏、 35千伏、 10 千伏的输电线损及 0.38 千伏的低压电网线损。 据报道，估计实际的统计线损率约为 15%，即 2007 年全国年线损量约为 4800 亿千瓦时。 全国的理论线损与统计线损基本相一致， 其中可变线损约占理论总线损的 80%，则年可 变线损电量约为 3900 亿千瓦时。如果当前全国电力网总负荷的当前功率因数cos=0.85 ，采用无功功率补偿后， 把电力网总负荷的功率因数提高到 cos=0.95 ，则每年 可以降低线损约为 390 亿千瓦时，按 0.5 元每千瓦时计，价值约为 185亿元。 2007年 全国电网的最大负荷利用小时数约为 5000 小

14、时，则电网的最大负荷约为 2 亿千瓦，当 用无功功率补偿法把功率因数 cos=0.85, 提高到 cos=0.95 ，全国电网需总补偿容 量约为 0.58 亿千瓦。当前无功功率补偿装置设备主要为电力电容器，假如无功补偿设 备每千瓦的平均综合造价为 50 元，则全国无功补偿装置的总投资约为 29 亿元。应当 指出，节省 240 亿千瓦时约相当于一座 400 万千瓦火电厂的年发电量，而建一座 400 万千瓦的火电厂需综合费用约为 300亿元，同时每年需燃烧煤约为 1200 万吨，每年产 生有害物质约为 600 万吨。由此可见，产生相同的电力，无功补偿的费用约为新建电 厂费用 10%，而且无功补偿设

15、备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可 全部收回。近 20 年来，世界各地（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国）发 生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视。持续了短 短 72 小时的 8.14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响， 这次事故 提醒人们，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场 环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角III 度提供充足的无功备用。在我国也曾多次发生电压崩溃事故，如 1993 年和 1996 年 南方电网的几次事故，这些事故都促使人们采取各种措施

16、以维持电网稳定。随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术也随之发展。在第一个工业 用晶闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸， 交流不间断电源和无功补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。晶闸管的出现标 志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展， 新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变革，如交流变频调速技术的 蓬勃发展。同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展锲机。国家在大力倡导建立节约型社会，从国家到地方已明确的下达了各种节能指标。 节能、节电事业正在蓬勃的发展，这是一股强大的潮流。在所有电力节能产品中，首

17、 先要提到的就是无功补偿装置， 这也是唯一在供电政策以及电力法中提到的节能措施。 作为节能降耗的生力军，无功补偿装置在我国有着巨大的潜在市场。 2009 年，一系列 的经济振兴计划给电力电子行业带来了很多机会，主要供方和用方两方面。供方主要 是对用户的补贴上，另外，在这个政策的拉动下，企业也降低了成本压力。无功补偿 装置在节能降耗领域，趋势是一直向好的。首先是企业降低成本的需求，另一个是外 部环境的压力，地方政府的政绩和节能降耗的水平已经挂钩，国家和地方政府补贴能 达到 30以上。近年来，国内无功补偿市场发展极其迅猛，产品的质量和数量都有了 大幅度的提升，相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场

18、并取得了不俗的业绩。随 着电力工业的快速发展和技术进步，以及节能降损管理的加强等，引发了许多领域对 无功补偿的需求。综上所述，无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染 等作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开 支，延缓用户的增容改造等作用。IV第 1章 无功补偿的概念无功补偿的原理1、无功功率电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交 变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯 电容电路时并没有能量消耗，但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的，能量交 换率的最大值叫做无功功率。由

19、于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。2、功率因素实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又 有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余 弦 cos称为功率因数。它是有功功率与视在功率之比。三相功率因数的计算公式为：cosPS式中： cos功率因数P有功功率，kWQ无功功率，kvarS视在功率，kVA瞬时功率因数和加权平均功率因数三种。在三功率因数通常分为自然功率因数、 相对称电路中，各相电压、电流为对称，功率因数也相同。那么三相电路总的功率因 数就等于各相的功率因数。3、无功补偿电力系统中，不但有功功率要平衡，无功功率也要平衡

20、。有功功率、无功功率、视在功率之间的相量关系如图 1.1图 1.1由式 cos=P/S 可知，在一定的有功功率下， 功率因数 cos越小，所需的无功功 率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增 加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为了提高电网的经济运行效率， 根据电网中的无功类型，人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。无功补偿的作用和原理可用图 2.1 来解释：图2.1设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为 Q，装设无功补偿装置后， 补偿无功功 率为 QC，使电源输出的无功功率减少为 Q=Q - QC，功率因数由 cos提高到 cos，

21、视在功率 S 减少到 S。无功补偿的作用 线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因而它由线路损耗和变压器损耗 两部分组成。按损耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指当电流通过导 体和变压器所产生的损耗，包括变压器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电 网电压等因素有关，约占电网总损耗的 80%85% 。后者指只要接通电源电力网就存 在的损耗，包括变压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计 量仪表、互感器线圈上的铁损， 它与电网运行电压和频率有关， 占总损耗 15% 20%。我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损约为2% 3%，而我国在 2006年的线损统计

22、为 7.1%，所以线损的解决显得越来越重要。在用户或靠近用户的变电站 装设自动投入的并联电容器，以平衡无功功率，限制无功功率在电网中传送，可减少 电网的无功损耗，同时还可提高有功功率的输送量。无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和 提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功 和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应 减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。分析如下：1、提高电压质量把线路中电流分为有功电流 Ia 和无功电流 Ir，则线路中的电压损失U 3 IaR Ir XlPR QX lU式

23、中： P 有功功率， kWQ 无功功率， kVAU 额定电压， kVR 线路总电阻，X 1线路感抗，因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率 Q，若保持有功功率不变，而 R、X1 均为定值，无功功率 Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量 2、提高变压器的利用率，减少投资功率因数由 cos1 提高到 cos2 提高变压器利用率为：S1 S2cos 1S% 1 2 100% 1 1 100%S1cos 2由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高 S%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资 3、减少用户电费支出（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。（ 2）可减少用户内部因传输和分配

24、无功功率造成的有功功率损耗， 电费可相应降低。4、提高电力网传输能力有功功率与视在功率的关系式为： P=Scos，可见，在传输一定有功功率的条件 下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。无功补偿的补偿方式无功补偿的补偿通常有如下三种方式：1、集中补偿：装设在企业或地方总变电所 635KV母线上，可减少高压线路的无 功损耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。2、分散补偿：装设在功率因数较低的车间或村镇终端变、配电所的高压或低压母 线上。这种方式与集中补偿有相同的优点，但无功容量较小，效果较明显。3、就地补偿：装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行补偿。这种方式既能提高用电设备供电回路的

25、功率因数，又能改变用电设备的电压质量。无功补偿的节能只是降低了补偿点至发电机之间的供电损耗，所以高压侧的无功 补偿不能减少低压网侧的损耗，也不能使低压供电变压器的利用率提高。根据最佳补 偿理论，就地补偿的节能效果最为显著。补偿方式的选择为：集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；调节补偿与 固定补偿相结合，以固定补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。功率因数指标我国对功率因数的要求：对供电公司的要求： 110kV 站，功率因数在 0.950.98之间。 220kV 站，功率因数 在 0.95 以上。对用户的要求： 100kVA 以上的变压器，功率因数大于 0.9。对农灌的要求：

26、 100kVA 以上的变压器，功率因数大于 0.8。第 2章 电容器无功补偿的原理电容器无功补偿的原理(a) (b) (c)将电容并入 RL电路之后，电路如图（ a）所示。该电路电流方程为 :I Ic Irl由图（ b）的向量图可知，并联电容后 U与I 的相位差变小了，即供电回路的功率 因数提高了。此时供电电流的相位滞后于电压，这种情况称为欠补偿。若电容 C 的容量过大，使得供电电流的相位超前于电压，这种情况称为过补偿。 其向量图如（ c）所示。通常不希望出现过补偿的情况，因为这样会：（1）引起变压器二次侧电压的升高。（2）容性无功功率在电力线路上传输同样会增加电能损耗。（3）如果供电线路电压

27、因而升高， 还会增大电容器本身的功率损耗， 使温升增大， 影响电容器使用寿命。补偿容量的计算 确定无功补偿容量时，应注意以下两点： 1、在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。 2、功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率 因数提高到 0.95 就是合理补偿。无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率 Qc 等于感性无功功率 QL 时，电网只传输有功功率 P。根据国家有关规定， 高压用 户的功率因数应达到 0.9 以上，低压用户的功率因数

28、应达到 0.85 以上。电容器的补偿容量与采用的补偿方式、未补偿时的负载情况、电容器的接法有关。 1集中补偿和分组补偿电容器容量计算0.900.952，查表可知QC=Pav(tg 1- tg 2) 或 QC=Pav qc 式中： Pav最大负荷的日平均功率 1补偿前的功率因数角，可取最大负载时的值 2补偿后的功率因数角，一般取 qc电容器补偿率， qc=tg 1 - tg电容器组为星形接法时式中：ICC(2) 电容器组为三角形接法时Qc3ULIC 10 3 C UL2UL装设地点的电网线电压 V电容器组的线电流 A 电容器组每相的电容量3QC 103UL210 3Q c 3U L I C10

29、3QC 1033 UL 2233 C U L 2 10 32就地补偿电容器容量计算Qc3UN I0 10 3 0.9其中 I 2I 1 cos 电动机空载电流I 0 2I CN 1 cos N式中 I 电动机的额定电流 AI CNCOS 电动机的自然功率因数电容器无功补偿装置的选择应注意的问题控制器的选型无功功率补偿控制器，即无功补偿装置的指挥系统，它首先要对电网的电压、电 流量进行采集，通过中央处理器的快速运算，得到电网的有功功率、无功功率、无功 电流、功率因数等参数，经计算再根据参数设定值发出投切指令，控制投切开关的动 作，从而控制电容器组的投切。同时采样方式的选择、参数的设定、装置器件的

30、保护 等均通过控制器来实现。无功补偿控制器的种类很多，有些只能进行一般的控制，不 能存储数据和通信，从而不能很好地了解装置的投运情况，如投切前的数据和投切后 的数据、电容的投切情况等。为保证无功补偿控制器正常地进行控制、测量、存储、通信和保护，必须注意以 下几点：装置时钟必须正确。采样 TV变比的正确性。通信波特率的正确性。 投切条件的限值设置的正确性。保护条件的限值设置的正确性。控制器是无功补偿 装置的核心元件，已经历了十几代产品，目前几乎每一代产品在市场上都有销售。早 期的产品只采集一相电流，以功率因数为判据，在负荷较轻时，会造成电容器投切开 关的振荡和频繁投切，致使电容器投切开关在短期内

31、损坏。当三相负荷不平衡时，又 会造成欠补偿或过补偿现象，不能真正达到节能与稳定电压质量的目的&过补偿时，甚至会对电网安全运行造成不良影响。近几年来，采集三相电压、电流，分相分级采用综合判据来控制投切的控制器开 始陆续推向市场，且增加了配电监测功能、该产品设计出发点较好，但大多制造厂家 仅仅重视了配电监测的功能， 忽视了该产品控制电容器投切这一核心功能 &控制产品与 检测显示仪表的设计思想与技术侧重点是有根本区别的。控制产品非常重视产品的抗 电磁干扰性能， 以及在极端环境中工作控制性能的稳定性 &而检测显示仪表则讲究体积 精巧、外观漂亮、成本低。同类产品大部分因体积太小，散热效果不好，以致于高温

32、 季节烧毁控制器的现象时有发生。由于市场的无序竞争，致使产品在设计中为了降低 造价，不得不以降低产品的抗电磁干扰性能为代价，采用塑料外壳，使用商业级元件， 甚至有些制造厂降低技术标准，割舍一些必要的后备保护功能。电子产品制造过程中 元件老化筛选、工艺处理以及成品高温状态通电老化是非常专业的，要求非常严格， 一些非正规的厂家根本就没有做这方面的工作。如果这些偷工减料的劣质产品在电网 中运行，将会带来严重的后果。无功补偿控制器是无功补偿装置的核心元件，无功补 偿装置能不能正常工作，补偿效果如何，与控制器的内在质量关系很大，选型时应首 先考虑控制器产品的特点，将可靠性放在第一位，在满足控制可靠性前提

33、下再选外观、 价格，否则将得不偿失。电容器投切开关的选型投切开关是低压无功补偿装置中最容易损坏的关键元器件，投切开关目前有三代 产品，分别是交流接触器、晶闸管和复合开关。其中，交流接触器存在投切产生涌流 和频繁投切容易烧坏触头的缺点，但其长期运行不发热；晶闸管存在投切产生谐波和 长期运行发热烧坏的缺点，但其投切无浪涌且响应速度快；复合开关基本工作原理是 将晶闸管与接触器并接， 使复合开关在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点， 而在正常接通期间又具有接触器无功耗的优点，同时可扩展很多的保护功能。所以选 用复合开关是以后发展的主要趋势。要保证复合开关长期、可靠的运行，选用时必须 注意以下几点

34、：复合开关的额定电流必须与投切的电容的额定电流匹配。复合开 关的接线端子过流要满足额定电流。复合开关的端子的接线必须牢固可靠。电容器 投切开关是无功补偿的另一个重要器件，早期多采用接触器，在投入过程中涌流大， 严重时，会发生触头熔焊现象。投切过程中有电弧，存在触头烧蚀现象，加上控制器 质量不好，会产生投切振荡，更加快了接触器损坏的速度 &近些年来，一些制造厂开始 用可控硅作为电容器投切开关。可控硅可以在电压过零时投入，电流过零时切除，涌 流小，无电弧。但其存在两个问题 （ 一是可控硅运行中自身发热，尤其是户外运行的补 偿装置，很难在夏季炎热天气中正常运行，节能效果也不好 ） 另外一个问题是，可

35、控硅 在电压非过零时误触发，可控硅电流上升率过大也会使其损坏。事实证明，单独用可 控硅作为投切电容器的开关是不太理想的。具体投切开关的选型要针对所设计的补偿装置，只有这样才能最大发挥所选投切 开关的性能。如果电网电压波动不大，负载较平稳，动态补偿要求不太高不需要快速 反应，则选择接触器投切便可。对于投切开关的涌流保护则加电抗器便可。本设计投切开关选型为切换电容器接触器（ CJX4型），是专用于低压无功补偿设 备中投入切除并联电容器组，以调整系统的功率因素。切换电容器接触器带有抑制浪 涌装置，能有效地抑制接通电容器组的合闸涌流对电容的冲击和开断时的过电压。其 结构设计为正装式，灭弧系统采用封闭式

36、自然灭弧。接触器的安装既可采用螺钉安装 又可采用标准卡轨安装。电容器的选型 补偿装置要长期、可靠运行，必须选用质量良好的电容器，电容器接入电力系统 中使用，总是在满载荷下运行，仅在电压或频率波动时，载荷才有变动。 在运行中如 果电压、电流和温度超过了规定的限度，就会缩短电容器的寿命；同时选用时还要考 虑电容器的体积、重量等。电容器在正常运行中，必须注意以下几点：采用的投切 开关的额定电流必须与电容的额定电流匹配。电容器与投切开关的连接线必须满足 额定电流的需要。固定在电容器上的连接线必须可靠牢固的连接。低压无功补偿装 置中已基本淘汰了油浸式电容器，被干式电容器所代替。三角形接法的电容器投切过

37、程中因存在过电压冲击，损坏击穿的概率较高，冲击过电压对于具有可控硅器件的复 合开关来讲，也具有较大的影响。所以最好采用星形接法的电容器，这种具有零线引 出抽头的电容器，可将电容器电压限制在相电压范围之内。如果控制器及投切开关配 合，再将谐波涌流限制好，电容器的使用寿命会大大延长。低压无功自动补偿装置及其元件制造厂家非常多， 各种层次的产品质量相差甚远， 成本差别极大。无功补偿装置选好了，使用寿命很长，确实能起到节能、稳定电压质 量的目的，既有明显的经济效益，又有很好的社会效益。如果选型不好，监管不严， 会危及电网的安全运行、所以，低压无功补偿装置要统一规划，统一标准，加强监管， 强调实用性，兼

38、顾长远发展，除了节能降耗外，还要为用电管理，配网自动化建设打 好基础，确实让无功补偿装置发挥更好的作用。第 3 章 低压补偿电容器柜控制电路的设计3.1 问题提出 安达公司拟建一座降压变电所，装设一台主变压器。现在根据设备数量及生产性 质得知变电所低压侧有功计算负荷为 240kW,无功计算负荷为 550 kvar 。而国家标准规 定：高压供电的工厂，最大负荷时的功率因素不得低于 0.9 ；其它工厂，功率因素不得 低于 0.85 。如果达不到上述要求则必须采取人工补偿措施。因此供电设计时考虑无功 功率补偿时，就应该按此最大负荷时功率因数来计算。为了使工厂变电所高压侧的功 率因数不低于 0.9 ，

39、需要在低压侧装设并联电容器补偿， 需装设多少补偿容量？以及如 何实现。并考虑补偿前后工厂变电所所选主变压器容量的变化是研究该项目的主要任 务。分析： (1) 、补偿前应选变压器的容量及功率因数值 变电所低压侧的视在计算负荷为S 30(2) = 2402 5502 kVA=600kVA这时低压侧的功率因素cos (2) =240/600=0.4主变压器的功率损耗PT0.015S30(2) =0,015 600=9kWQT0.06S30(2) =0.06 600=36kvar变电所高压侧的计算负荷P 30(1 ) =240kw+9kw=249kwQ 30(1) =550kvar+36kvar=58

40、6kvarS 30(1) = 2492 5862 kVA=636.7kVA工厂的功率因数为 cos=P30(1) /S30(1) =249/636.7=0.39 变电所容量选择应满足的条件为 SN.TS30(2) ，因此在未进行无功补偿时，变压器容量 应选为 630kVA。、无功补偿容量按规定变电所高压侧的功率因数不得低于 0.9 ，而面前只有 0.39 ，因此需要进行无功 功率的人工补偿 .低压侧补偿后的功率因数应高于 0.9 这里取 cos=0.92为使低压侧 功率因数由 0.39 提高到 0.92 ，低压侧需装设的并联电容器容量应为-1 -1Qc=240(tancos 0.4tancos

41、 0.92)=187.82kvar取 Qc=190kvar、补偿后的变压器容量和功率因数- 10 -补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为S 30(2) = 2402 (550 190)2 kVA=432.67kVA因此主变压器容量可改选为 500kVA，主变压量降低，直接导致投资成本降低，而且会 使运行成本降低，因为供电局基本收费是根据变压器容量的大小进行的。 主变压器的功率损耗PT0.015S30(2) =0.015 432.67kW=6.49kW QT0.06S30(2) =0.06 432.67kvar=25.96kvar 变电所高压侧的计算负荷P 30(1) =240kw+6.49kw=

42、247kwQ 30(1) =(550 190)kvar+25.96kvar=386kvarS 30(1) = 2472 3862 kVA=274kVA 主变压器容量选 300kVA。 无功补偿后，工厂的功率因数达到cos= P 30(1) / S 30(1) =0.9这一功率因数可以满足要求、无功补偿前后比较 计算负荷在无功补偿后减少容量为S30(1) S 30(1) =637KVA274KVA=363KVA主变压器容量在补偿后减少量为SN.T SN.T =630kvA300kvA=330kvA由此可看出利用电容补偿柜不仅会减少投资和减小变压器容量，而且由于提高了 功率因数，还会减少运行成本。

43、3.2 方案分析由上述分析得知， 需要电容总体补偿量为 190kvar 。按国家电力部分的相关规范规定，容量较大的配电变压站设计补偿方案时，分步电容容量不应大于30kvar 。因此考虑按 200kvar 的电容容量配备，用 10 个 20kvar 三相电容量分步补偿，为了防止温度 过高引起工况变差，考虑散热问题。根据供电系统的特点和技术要求，负载较平稳，动态补偿要求不太高，这里采用 接触器投切的方法，具有动态无功补偿的功能，可以连续频繁投切电容器租而不影响 开关和电容器的寿命；采用计算机组数字化控制技术，实时监测无功功率，动态跟踪- 11 - 补偿，使功率因数始终保持在预先设定的 cos左右，

44、 智能控制器按先投入先切出、 后 投入后切出的原则实时自动切投。低压无功补偿装置的原理 主要由接触器、断路器、补偿电容器、自动补偿器等组成。补偿器报据实时过程 中的电压、电流相位变化（即 cos的值），自动进行电容补偿器的投入或切除，补偿 cos的值设置为 0.92 左右。补偿装置快速、准确地抵消电网中的感性无功电流，从 而提高了功率因数，保证了用电质量。提高了供电设备的供电能力，井减小了电路中 的损耗。本装置由 10 路（20kVar） 容量的电容器组成。 采用了报据无功功率和电网电压大小 的综合控制策略，有自动投切容器组的补偿装置的控制回路。本系统选择了优先满足 电压的原则，即先根据电网电

45、压值的高低来决定是否投切电容器，在电压合格的范围 内再根据无功功率的大小来控制电容器的投切。这时，在电压变化很大的特殊情况下， 电容器仍然能够适当动作以保持合格的电压；在电压合格的范围内，电容器又能根据 无功功率大小进行合适的补偿。这样一来，在电压与无功功率的相互配合下，补偿器 既能进行无功功率的平衡，又能反映电压的频繁变化，大大提高了控制的可靠性和灵 活性。同时，在电压上下限附近设置了回差区间。当电压超限又立即跳至回差区时电 容器不会动作，这样有效地防止了投切振荡。其中无功功率控制是指根据测得的电压、 电流和功率因数等参数，计算出应该投入的电容容量，然后在电容组合方式中选出一 种接近但又不会

46、过补偿的组合方式，电容器投切一次到位，如果计算值小于最小一组 电容器的容量（下限值），则应保持补偿状态不变，只有当所需容量大于或等于下限 值时，才执行相应的投切。无功补偿装置的主要元件控制器WZK A 型无功功率自动补偿控制器是低压配电系统中自动平衡补偿无功功率的 专用仪器。其功能特点有：1、两套检测控制系统， 大电流负荷按功率因素控制， 小电流负荷按无功电流控制， 使之控制更为合理准确。2、输出电路为先投入先切出，后投入后切除的循环工作方式。3、过电压保护电力电容器，切除值 400V 450V 之间可任意调整并有灯光提示。4、具有手动投入、切除功能，可对整机进行模拟检验。- 12 -5、超低

47、负荷小电流自动切出功能。6、电敏度调整，用户总负荷变化时，可改变投、切值。切换电容器接触器本装置的切换电容器触器选型为 CJX463/3，主要用于交流 50HZ（或 60HZ）,供低 压无功功率补偿设备投入或切除低压并联电容器之用。 换电容器接触器带有抑制浪涌 装置，能有效地抑制接通电容器组的合闸涌流对电容的冲击和开断时的过电压，特别 适用于带有微机控制的无功功率自动补偿电容器柜中。其原理接线图见附图A 001。结构特点：切换电容接触器由 CJX2 接触器、转换触头组成和六根电阻线组成， 主触头分上下 两层，上触头有三相转换主触头，每对主触头两侧分别串入一根限流电阻线，然后与 下转换触头对应并

48、联。当接触器通过线圈工作电压 US 后，接触器铁心吸合，带动转换 触头组支架及三对转换主触头。由于转换主触头开距小于接触器主触头，转换主触头 先于接触器主触头闭合，接通电阻，抑制涌流数毫秒后主触头接通，接触器开始正常 工作。在转换主触头支架先下运动到位时，永磁铁心与衔铁分开，转换主触头随之分 断，返回到原始位置。切换电容器接触器是利用小开距的转换主触头先接通电阻，以 抑制合闸涌流，用接触器的大开距主触头来分断电容电流并抑制分闸电弧重燃过电压 的产生，从而实现电容器组的正常可靠切换。正常工作条件：1、周围空气温度 -5 +40,24 小时的平均值不超过 +35。2、安装地点：海拔不超过 2000

49、m。3、空气相对温度在最高温度为 +40时，不超过 50%，在较低温度下可以有较高的 相对湿度 , 最湿月的月平均最低温度不超过 25。该月的月平均最大相对温度不超过 90%；由于温度变化发生在产品上的凝露情况必须采取措施。4、接触器应安装和使用在无显著摇摆、冲击和振动的地方。5、接触器应按正常位置安装，安装面与垂直面倾斜度不超过 30，安装可采用 镙钉安装或卡装在 35或 75 安装轨上。电容器本装置采用 BSMJ自愈式低电压并联电容器， 选型为 BMSJ0.420 3，主要用于低 压电网提高功率因素，减小无功损耗，改善电压质量。- 13 -电容器特征：单元为矩形、椭圆形或圆柱形金属外壳，全

50、密封结构，体积小、重 量轻；电性能优异、功率因数损耗小，具有自愈性，使用寿命长；该类的容器内部具 有内熔丝，温度感应器，机械防爆等装置，安全可靠，维护方便。控制策略 本装置根据电网电压和无功功率的大小综合控制，电压是线路无功功率的敏感参 数，以电压为检测量，这种控制方式简单、可靠。首先，本系统选择优先满足电压的 原则，既先根据电网电压值的高低来决定是否投切电容器，在电压合格的范围内在根 据无功功率的大小来控制电容器的投切。这是，在电压变化很大的特殊情况下，电容 器仍然能够适当动作以保持合格的电压；在电压合格范围内，电容器又能根据无功功 率大小进行合适的补偿。这样一来，在电压与无功功率的相互配合

51、下，补偿器既能进 行无功功率的平衡，又能反映电压的频繁变化，大大提高了控制的可靠性和灵活性。 同时，在电压上下限附近设置了回差区间。当电压超限又立即跳至回差区间时电容器 不会动作，这样有效的防止了投切震荡。本装置采用自动 +手动控制方案，其工作方法如下。 手动工作，将开关置于手动位置：1、将投入 /切除开关至于投入位置， cos表指针向滞后方向偏转， 投入指示灯亮， 输出指示灯依次发亮。2、将投入 / 切除开关置于切除位置， cos 表指针向超前方向偏转， 切除指示灯亮， 输出指示灯依次熄灭。自动工作，将开关置于自动位置：1、观察 cos表，如此时为之后，则 cos表指针应向滞后方向偏转，控制

52、器分 布投入电容器直至电网功率因素接近 cos =1。2、如无电容器投入，功率因素表指示为滞后，但控制器上的cos表指针却向前方偏转，此时可将控制器上的电压信号对调（改变电压相位）。也可将控制器上电流 信号线对调（改变电流相位）即可正常工作。装置原理接线图用一个低压电容器补偿柜作为装置， 采用 10 路 20kvar 的电容器，主要接线见图 B 001。电容的投切全部由自动补偿器自动控制，通过电压、电流、功率因素测量回路 进行测量，送至处理器，通过程序计算出无功补偿量，然后发出电容器投切控制信号， 自动完成无功补偿。- 14 -主回路：合上刀熔开关和断路器，无功功率补偿控制器根据进线柜电压和电

53、流的 相位差输出控制信号自动控制交流接触器闭合和断开， 从而控制电容器的投入和切除。 也可通过人工控制交流接触器闭合和断开，从而控制电容器的投入和切除。控制回路： 电流信号 I 取自总进线柜电流、 互感器二次侧， 如电压信号取 A相C 相，电流信号取 B相，电压信号取 B相C相，电流信号取 A相，电压信号取 A相 B相， 电流信号取 C相。 2SA为转换开关，当打到自动时 3与4，5与 6分别接通接入电压 信号，此时电容器的投切由自动补偿仪控制（ WZK-A功率因数设置到 0.95 ）。当手动 控制时，打到 1 时投入 1 步电容器容量为 20kvar ，接通 10 时投入 10 步电容器此时

54、容 量为 200kvar 。为了观察和检测的需要我们还做了电压和电流的功率因素的测量回路，（见图 HQ-Y011）电压中转换开关 1SA打到左时接入 A、B 相，此时电压表显示 UAB。打到中间 时接入 B、C相，此时电压表显示 UBC。打到右边时接入 A、C 相，此时电压表显示 UAC。本装置设置的指示灯主要用在电容断开时消耗电容中的电流，防止过电流。由于 电容器发热较大，需加散热装置， WK1和 WK2在达到一定温度时，自动闭合，启动轴流 风机。补偿电容器的接线方式为 接法。由于 20kvar 电容器的额定电流为 30.3A，热继电器选 JR16-63/3 （2845A），接 触器选 CF

55、X4-63/3，主触头额定电流为 63A，主电路熔断器选 RT14-63/40A。无功补偿装置的运行维护3.7.1 电容器组的巡视检查1、日常巡视检查电容器组的日常巡视检查由变电所运行值班人员进行。有人值班时，每班检查一 次；无人值班时，每周检查一次。夏季应在室温最高时进行，也可在系统电压最高时 进行。日常巡视检查项目：（1）检查三相电流是否平衡，各种仪表指示是否正常。（2）检查电容器外壳有无膨胀、漏油的痕迹。（3）检查有无异常声响及火花、熔丝是否正常、放电指示灯是否正常。（4）检查电容器开关、刀闸是否完好，有无异常。（5）检查通风装置是否良好，室内温度不大于 40。（6）检查配套设备，包括断

56、路器、隔离开关、避雷器、互感器、支持绝缘子、继 电保护装置、信号装置、网状遮拦、门窗均完好。- 15 -（7）电容器外壳必须接地，检查接地是否可靠。2、定期停电检查 电容器组在长期运行中，由于受电压和温度的影响，有可能使其中个别元件击穿， 严重时甚至能将整台电容器击穿损坏。对电容器进行定期检查，以便发现问题及时处 理，避免造成大的事故。定期停电检查项目 :（1） 测量两极对外壳的绝缘电阻。将测量结果与过去的结果对比，可以检查电容 器元件是否受潮， 电容器套管是否有裂纹， 它属于一般性检查试验。 测试时， 将电容器两极短接，用 2500V兆欧表测量绝缘，良好的电力电容器，在室温 下两极对外壳的绝缘电阻一般大于 2000M 。（2） 测量电容值。电力电容器在交接时需要测量电容值，在运行中为保证三相容 量平衡，也有必要进行测量，与铭牌值比较，在 -5%与+10%之间。如果比铭 牌值大，可能是电容器内部某些串联元件击穿，如果小于铭牌值，可能是内 部元件有断线松脱造成的， 也可能是电容器因外壳漏泄造成严重缺油使绝缘 介质性质变化所致。3、其它检查项目 检查各螺丝有无松动及接触情况，检查放电回路是否完整，检查电容器