第一篇：軋機的無功補償及諧波治理的

軋機的無功補償及諧波治理的

軋機的無功補償及諧波治理的 1450可逆成功案例

以1450型直流可逆軋機為典型案例，針對大、中、小型冶金軋鋼企業(yè)，可逆直流軋機的運行特點以及由于運行工藝狀況（可逆直流晶閘管調(diào)速非線性負荷）對電網(wǎng)造成的電網(wǎng)電壓波動，電流、電壓諧波超標嚴重，功率因數(shù)低下等電能質(zhì)量現(xiàn)象，并以詳細的設計數(shù)據(jù)及仿真模型，具體分析電能質(zhì)量的嚴重狀況，同時以詳實的企業(yè)運行實況，描述在可逆直流軋機非線性動態(tài)負荷典型工況下，諧波治理及動態(tài)無功補償方案及實施效果。并針對企業(yè)所取得的各項經(jīng)濟效益和對社會所做的貢獻進行簡單的概述。概述

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，我國的工礦企業(yè)中，電力電子器件的大量應用，可控、全控晶閘管作為主要開關(guān)元件，電力電子器件的整流設備，變頻、逆變等非線性負荷設備的廣泛應用，諧波問題亦日益廣泛的提出。諸如諧波干擾、諧波放大、無功補償失效及諧波無功電流對供電系統(tǒng)的影響等。上述電力電子設備是諧波產(chǎn)生的源頭。諧波電流的危害是嚴重的，主要有以下幾個方面：

（１）諧波電流在變壓器中，產(chǎn)生附加高頻渦流鐵損，使變壓器過熱，降低了變壓器的輸出容量，使變壓器噪聲增大，嚴重影響變壓器壽命；

（２）諧波電流的趨膚效應使導線等效截面變小，增加線路損耗；

（３）諧波電流使供電電壓產(chǎn)生畸變，影響電網(wǎng)上其它各種電器設備不能正常工作，導致自動控制裝置誤動作，儀表計量不準確；

（４）諧波電流對臨近的通訊設備產(chǎn)生干擾；（５）諧波電流使普通電容補償設備產(chǎn)生諧波放大，造成電容器及電容器回路過熱，壽命縮短，甚至損壞；

（６）諧波電流會引起公用電網(wǎng)中局部產(chǎn)生并聯(lián)諧振和串連諧振，造成嚴重事故及不良后果。工程概述 2.1簡介

工廠主要設備為兩臺1450可逆軋機，因采用晶閘管整流、直流可逆調(diào)速等原因造成用電諧波超標，功率因數(shù)過低，對周邊電網(wǎng)用戶造成很大諧波干擾，為此進行設備改造以提高功率因數(shù)，治理諧波，節(jié)約能源，提高電網(wǎng)質(zhì)量，降耗增容。

該鋼業(yè)公司安裝了兩套動態(tài)無功補償濾波裝置，安全運行個月以來，得到客戶及當?shù)毓╇娋值母叨日J可——系統(tǒng)功率因數(shù)達到0.90以上，諧波含量滿足國標要求。

2.2工程背景 2.2.1工程供電系統(tǒng)

圖１工程供電系統(tǒng)圖 2.2.2（1450）軋機一次供電系統(tǒng)

圖２（1450）軋機一次供電系統(tǒng)圖

通過以上系統(tǒng)圖得知：該公司110KV變電站通過一臺16000KVA變壓器為兩臺1450軋機供電。

該軋機因采用晶閘管整流及直流調(diào)速等原因造成用電諧波嚴重超標，功率因數(shù)過低，給用戶造成很大的經(jīng)濟負擔，同時對周邊電網(wǎng)用戶造成很大諧波干擾，為此該公司及當?shù)毓╇娋譀Q定進行設備改造以提高功率因數(shù)，治理諧波，節(jié)約能源，提高電網(wǎng)質(zhì)量，降耗增容。2.3工程設計概要

圖３（1450）軋機現(xiàn)場圖片

2.3.1軋機（1450）軋機運行主要參數(shù)

（１）軋機為長期間斷運行，根據(jù)鋼板軋制厚度要求變速變向、變輸出功率運行，運行時間大約為1～2小時/每卷帶鋼。

（２）軋機分為主軋機及左、右卷取機、開卷機等系統(tǒng)控制，獨立運行。主軋機整流變壓器容量為4000KVA，數(shù)量2臺，電壓比10KV/0.8KV*2，直流電動機2000KW，數(shù)量4臺，電樞電壓800VDC，單臺電樞電流2174A，效率92%，負荷率80%；卷取機整流變壓器容量為 3150KVA，數(shù)量2臺，電壓比10KV/0.8KV*2，直流電動機1250KW，數(shù)量4臺，電樞電壓800VDC，單臺電樞電流1359A，效率92%，負荷率80%。

2.3.2（1450）軋機諧波測試數(shù)據(jù)

（以1450軋機一臺主軋電動機電流諧波含量為例）

（１）電流諧波含量棒圖

圖4.1 圖４.2 圖4.3 圖４電流諧波含量棒圖

圖5電流、電壓曲線圖

表１電流諧波含量針對5、7、11、13次諧波數(shù)值

5次諧波

7次諧波

11次諧波

13次諧波

2.3.3設計補償方案計算（以主軋機為例）

主機直流電動機2000KW*2，電樞電壓800VDC，電樞電流2655A，效率取90%，負荷率取100%（１）基波補償容量

有功功率：

P=U I =3168KW 視在電流：

I =I ×0.816=2655×0.816×2=4333A 視在功率：

S = ×U ×I = ×750×4333=5628KVA % % 7.2

36A % 10.1

52A

112.0

%

157.3

%

7.08

5A % 15.1A相（基波1550A）20.58

A

235A

%

8.9

47A

115.0

%

6.15

97.47A

318.9

%

14.08

A

145.2B相（基波1625A）19.68

A

228.8

%

9.9%

319.8

%

14.39

A

156.9A

C相（基波1585A）20.13

A

228.08319.06功率因數(shù)：COSφ = P / S1=3168/5628=0.57 無功功率：

Q1= =4651KVAR 實際基波補償容量：4000KVAR（２）諧波補償容量

Kvar 實際諧波補償容量：3000KVAR

（３）變壓器副邊安裝容量為4500KVAR動態(tài)無功補償裝置補償后 補償后無功功率： Q =4651－4000=651Kvar 補償后視在功率： S = 3234kVA 補償后功率因數(shù)：COSφ =3168/3234=0.98

通過以上計算，該軋機變壓器補償選用我公司DC-CFKPII動態(tài)無功功率補償濾波裝置：

裝置內(nèi)配置多路5次濾波器和7、11、13次濾波器，在提高功率因數(shù)的同時還按國家標準濾除諧波電流。

2.3.4 DC-CFKPII濾波裝置系統(tǒng)圖

2.3.5該工程仿真設計

（１）系統(tǒng)電流、電壓仿真圖（以5、7、11、13次諧波為主要參考量）圖7.1系統(tǒng)電流波形 圖7.2母線電壓波形

（２）濾波器組和系統(tǒng)阻抗仿真圖

圖８阻抗特性曲線

（３）濾波器組投入前后電流仿真圖（以5、7、11、13次諧波為主要參考量）圖9濾波器組投入前后電流仿真圖

通過以上仿真計算表明：5、7、11、13次諧波得到大幅度治理，使其完全符合國標要求。

2.4 DC-CFKPII濾波裝置投入前后實際運行效果及經(jīng)濟效益 2.4.1 DC-CFKPII裝置投入前后電流棒形圖、波形圖及諧波含量： 圖10.1補償前A相諧波電流棒形圖 圖10.2補償后A相諧波電流棒形圖 圖10.3補償前B相諧波電流棒形圖 圖10.4補償后B相諧波電流棒形圖

圖10.5補償前C相諧波電流棒形圖 圖10.6補償后C相諧波電流棒形圖 圖10.7補償前電壓、電流波形圖 圖10.8補償后電壓、電流波形圖

表２補償前后主軋機功率變化對比表（軋制過程三道次實測數(shù)據(jù)）補A相（基波B相（基波C相（基波償前 1550A）

1625A）

1585A）

5次20.318.19.319.8

20.1319.諧波 58% 9A

68%

A

3%

06A 7次15.23514.228.814.3228.諧波 1% A 08%

A

9%

08A 1110.157.8.9

145.279.9156.次諧波 15% 32A

4%

A %

9A 137.2112.7.0

115.056.1597.4次諧波 3% 06A 8% A

%

7A 補A相（基波

B相（基波975A）

C相（基波951A）

償后 930A）

5次7.7

71.6

8.583.46

6.39

60.7諧波 % A 6%

A

%

6A 7次7.367.8

6.159.87

7.72

73.4諧波 1% A 4%

A

%

A 111.6

15.3

2.0

19.69

2.7

426.0次諧波 5% 4A 2%

A

%

5A 130.9

8.7A

0.9

8.87A

1.31

12.4次諧波 4% 1%

％

5A 補償前后電流諧波對比表（以5、7、11、13次諧波為例）

補前

補后

備注

國標

162A

115A 73A 64A

注：國標值是根據(jù)

實際短路容量換算后值

（見附件二）視在功率

2148KVA S 有功功率

1224KW 主軋主機 Q 功率因數(shù) 視在電流

1560A A

通過以上數(shù)據(jù)表明；DC-CFKPII濾波裝置投入后，治理前后電流諧波下降率效果是明顯的，尤其對于5、7、11、13次諧波，針對鋼業(yè)公司選用的是6相12脈波整流變壓器，理論證明，對12脈波整流變壓器反映到一次側(cè)10KV電網(wǎng)時其5、7次電流諧波理論值應為零。只有11、13次諧波在10KV網(wǎng)側(cè)可以記錄，但從上表記錄可以看出其值已很小，同時功率因數(shù)達到0.9以上，5、7、11、13次諧波達到國標。

2.4.2

DC-CFKPII無功補償及濾波裝置投入后其經(jīng)濟效益：

（１）功率因數(shù)從小于0.57提升到0.92以上，電費由每月罰款十幾萬變?yōu)槊吭陋剟顢?shù)千元。

（２）諧波得到治理，大大減少了運行中電氣故障及電子元件的損壞。

（３）該公司16000KVA變壓器得到增容，由另一臺16000KVA變壓器所帶的負荷均轉(zhuǎn)接到同一臺變壓器上運行，該企業(yè)停掉一臺16000KVA變壓器，該變壓器每月節(jié)省占容費約

950A

COSΦ=0.57

COSΦ=0.93

P 無功功率

1765kvar

482kvar

1224KW

1316KVA

24萬元?，F(xiàn)轉(zhuǎn)接過來的各型軋機直流調(diào)速系統(tǒng)均安裝了FTFC動態(tài)無功補償及諧波治理裝置，該裝置運行以來，為客戶創(chuàng)造了相當可觀的經(jīng)濟效益。

2.5 DC-CFKPII動態(tài)無功補償工作原理及特點

2.5.1DC-CFKPII動態(tài)無功補償工作原理

CFKPII系列動態(tài)無功補償濾波裝置，主要由監(jiān)控終端、開關(guān)模塊、電容器、電抗器、斷路器、機柜等構(gòu)成，控制器采用前饋式檢測（三相平衡負荷、采集單相信號；三相不平衡負荷，采集三相信號），以負載的實時無功功率為投切物理量，應用瞬時無功控制理論及網(wǎng)壓支持算法，在20ms內(nèi)完成信號數(shù)據(jù)采集、計算、及控制輸出；投切開關(guān)接到投切指令后，在小于10ms內(nèi)完成零電流投入，投切無涌流，對電網(wǎng)無沖擊，并且在主電路和開關(guān)中采取措施，避免了投切電容的沖擊，使運行更加穩(wěn)定、安全、可靠。

對于諧波含量比較大的系統(tǒng)中DC-KPII裝置由電容器串聯(lián)濾波電抗器組合而成，在工頻呈電容性，改善功率因數(shù)，在所設計的諧振頻率時形成串聯(lián)諧振，使此L-C回路在此頻率時形成非常低的阻抗，而能吸收大部分的諧波電流，從而改善系統(tǒng)中電壓和電流的諧波畸變率。在實際工作中，負載特性和容量不盡相同，根據(jù)情況，設計不同的用途（單調(diào)諧、雙調(diào)諧、高通、組合等），不同諧振頻率（5次7次11次13次等），不同容量的諧波濾波器，濾波型一般需要非標準設計。（見系統(tǒng)圖2.3.4）

2.5.2

DC-CFKPII動態(tài)無功補償及諧波治理裝置的主要特點（１）快速投切技術(shù)，無電流沖擊，并且達到TCR同等補償速率；（２）占地面積小基建成本低，低壓操作安全，維護容易；（３）裝置不產(chǎn)生諧波，鐵心電抗器無射頻干擾；（４）可以有效減少供配電系統(tǒng)損耗，節(jié)能效果顯著；（５）可以解決用戶的增容問題；

（６）可以濾除用戶諧波，凈化電網(wǎng)，供配電系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)運行更為安全可靠；（７）零電流投切，不會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。系統(tǒng)響應時間≤30ms；（８）裝置補償故障時自動退出，不會影響整個供電系統(tǒng)；（９）采用防暴、自愈、濾波型電容器；

（１０）該裝置具有過流、過壓、三相不平衡等保護功能，并能在無人堅守的情況下正常運行。

2.6 設計依據(jù)標準

GB/T14549-93

《電能質(zhì)量，公用電網(wǎng)諧波》； GB/T15576-2008

《低壓成套無功功率補償裝置》 GB3983.1-89

《低電壓并聯(lián)電容器》； GB7251.1-2005

低壓成套開關(guān)設備和控制設備 GB4208-93

外殼防護等級（IP代碼）

GB3797-89

電控設備第二部分裝有電子器件的電控設備 GB4720-84

電控設備第一部分低壓電器電控設備 GB12747-91

自愈式低壓并聯(lián)電容器 2.7.結(jié)論

（１）無功功率動態(tài)補償諧波治理的理論是可行的；

（２）DC-CFKPII智能型動態(tài)無功補償晶閘管濾波裝置整體設計是合理的，設計參數(shù)是基本正確的，并能保證可靠運行。裝置結(jié)構(gòu)先進，技術(shù)含量高，產(chǎn)品符合有關(guān)國家標準要求；

（３）裝置投入后節(jié)能效果明顯，視在功率下降38.7%，變壓器及電網(wǎng)系統(tǒng)線損下降≥39%，變壓器增容≥39%；

（４）裝置投入后諧波治理效果明顯，電壓及電流諧波指數(shù)均能滿足GB/T14549-93“電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波”國標要求。

參考文獻

1.中國國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量·公用電網(wǎng)諧波》中國標準出版社。2.劉進軍，王兆安 LC濾波的單相橋式整流電路網(wǎng)側(cè)諧波分析.電力電子技術(shù)1996.2 3.王兆安，楊軍等．諧波抑制和無功功率補償機械工業(yè)出版社 4.天津電氣傳動設計研究所，電氣傳動自動化技術(shù)手冊機械工業(yè)出版社 5.楊嘯天主編，電力系統(tǒng)諧波分析、測量、評估計算與抑制及濾波新技術(shù)務實全書.中國電力科技出版社 6.蘇文成，金子康．無功補償與電力電子技術(shù)機械工業(yè)出版社

第二篇：諧波治理方法

諧波治理方法

1、諧波治理原則。

通過分析，對通信、信號設備造成干擾的諧波主要來自牽引負荷，而鐵路10kv電力供電設計多采用27.5/10kv供電方式，選擇諧波干擾小的電源作為主供電源會降低安全風險。但當?shù)胤诫娏ο到y(tǒng)檢修時，或地方電源因居民用電導致諧波上升時，仍會干擾信號、通信供電電源的質(zhì)量，所以改變設計方法，并不能解決此問題。從供電的電源集中整治，然后供給相應的負荷，也不經(jīng)濟，固需要解決的容量太大，且即便是集中解決，從供電的角度講，電源也并非單獨供給通信、信號，目前的生產(chǎn)、生活設備大量采用了變頻設備，如地熱井水泵恒轉(zhuǎn)矩變頻供電裝置，變頻空調(diào)，電磁爐，炊事機械等等，也會產(chǎn)生大量的諧波，進而干擾通信、信號電源的質(zhì)量，所以，大的方案就是通信信號根據(jù)設備的重要程度和對諧波要求的高低，來選擇小容量的諧波治理設備，才能達到既經(jīng)濟又安全的效果。各車站的通信、信號設備，其總功率一般不超過40kvA，治理相對容易。

2、諧波治理方法。

采用交—直—交系統(tǒng)進行隔離，此方法在國外早有使用，我也曾在朔黃線三汲、段莊兩個分區(qū)所進行試驗。采用進口交—直—交，通過改變蓄電池的容量，還可滿足因利用下雨導致10kv電源線供電中斷而引起的行車干擾。如2013年8月4日，朔黃線肅北至太師莊間大面積樹木倒伏，導致貫通、自閉全部中斷，影響行車近2小時，如果采用交—直—交逆變電源，在電池容量允許的情況下，就不會影響通信、信號的供電，不僅解決了諧波問題，還解決了供電中斷對行車的影響，是一個一舉雙得的好事。

3、諧波治理措施。

3.1采用無源濾波器濾波。日常采用的濾波治理方法，其中一種方法就是采用無源濾波裝置，即所謂LC濾波器，主要由濾波電容器、電抗器和電阻器組成。其與諧波源關(guān)聯(lián)，除了起濾波作用外，還兼顧無功補償?shù)男枰?。這種濾波器最早出現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單，投資少的特點，運行可靠性高，所以運行費用較低，應用較為廣泛。但也存在一些問題，如當系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)發(fā)生變化或濾波器本身參數(shù)變化時，濾波器可能產(chǎn)生諧波放大，而且這種濾波器對電壓波動負序等不能綜合治理。如電氣化鐵路在使用直流車作為牽引動力源時，其特征諧波主要為3、5、7次諧波。而采用交流機車后，諧波含量以17、19、21次為主，導致許多設備發(fā)生故障，如果交流車上線后，原SS4G型車的高通濾波器經(jīng)常損壞，原先的通信、信號對諧波感覺不明顯，而交流車上線后，通信、信號設備感覺明顯，這與特征濾波的變化有關(guān)，所以通信、信號設備電源加裝特征諧波濾波器也能收到良好的效果。

3.2 采用有源濾波器濾波。

隨著大功率電力電子器件技術(shù)的突破與發(fā)展，ABB公司推出了采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)構(gòu)成的有源諧波濾波器。其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行很好的補償，且補償特性不會改變，阻抗特性不會受到影響，因而受到了廣泛的重視，并且已獲得應用。

3.3 采用交—直—交逆變電源。

4、結(jié)束語。

諧波在今后的社會發(fā)展中，諧波含量只會越來越多。為了節(jié)能的要求，家用電氣設備，如節(jié)能燈、電磁爐、變頻洗衣機、空調(diào)、電視及微波爐等，都采用工業(yè)的大型換流設備。集中治理已不太可能，除非將來傳統(tǒng)的發(fā)電、輸電、用電設備，全部改為直流電輸電方式，在用戶處變?yōu)榭捎玫牟煌襟E的交流電，否則諧波將不可避免。諧波的治理要本著區(qū)別對待，減少用戶的投入，使用戶獲得最大收益為原則。對于諧波的治理不能遵循一成不變的原則，而一定要濾波。如何把諧波的污染降到最低程度，又不要太花錢，是值得同行們一起探討和研究的問題。

第三篇：供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座

供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座

無源電力濾波器的設計與調(diào)試

華北電力大學電氣工程學院

一、無源LC濾波器根本原理和結(jié)構(gòu)

LC濾波器仍是應用最多、最廣的濾波器。

1、常用的兩種濾波器：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。

2、濾波器設計要求

1〕使注入系統(tǒng)的諧波減小到國標允許的水平；

2〕進行基波無功補償，供應負荷所需的無功功率。

3、單調(diào)諧濾波器

由圖主電路可求：

調(diào)諧頻率：

調(diào)諧次數(shù)：

在諧振點：∣z∣＝R

特征阻抗：

品質(zhì)因數(shù)：

q為設計濾波器的重要參數(shù)，典型值q=30～60。

4、高通濾波器

用于吸收某一次數(shù)及其以上的各次諧波。如下圖。

復數(shù)阻抗：

截止頻率：

結(jié)構(gòu)參數(shù)：，一般取m=0.5~2；

q=0.7

~

1.4

依據(jù)以上三式可設計高通濾波器的參數(shù)。

二、濾波器設計內(nèi)容和計算公式

1、濾波器參數(shù)選擇原那么

原那么：最小投資；母線

THDU

和進入系統(tǒng)的諧波電流最??；滿足無功補償?shù)囊?；保證平安、可靠運行。

參數(shù)設計、選擇前必須掌握的資料：

1〕系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設備〔變壓器、電纜等〕資料；

2〕系統(tǒng)和負荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等；

3〕諧波源特性〔諧波次數(shù)、含量、波動性能等〕；

4〕無功補償要求；要到達的濾波指標；

5〕濾波器主設備參數(shù)誤差、過載能力、溫度等要求。

以上資料是濾波器參數(shù)選擇、設計必要條件。

案例設計問題：沒有系統(tǒng)最終規(guī)模的諧波資料……

2、濾波器結(jié)構(gòu)及接線方式選擇

由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成，有時再加一組高通濾波器。工程接線可靈活多樣，但推薦采用電抗器接電容低壓側(cè)的星形接線，主要優(yōu)點是：

1〕任一電容擊穿短路電流??；

2〕設備承受的僅為相電壓；

3〕便于分相調(diào)諧。

高通濾波器多采用二階減幅型結(jié)構(gòu)〔基波損耗小，頻率特性好，結(jié)構(gòu)簡單〕。經(jīng)濟原因高通濾波器多用于高壓。

1、濾波器參數(shù)選擇原那么

原那么：最小投資；母線

THDU

和進入系統(tǒng)的諧波電流最小；滿足無功補償?shù)囊?；保證平安、可靠運行。

參數(shù)設計、選擇前必須掌握的資料：

1〕系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設備〔變壓器、電纜等〕資料；

2〕系統(tǒng)和負荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等；

3〕諧波源特性〔諧波次數(shù)、含量、波動性能等〕；

4〕無功補償要求；要到達的濾波指標；

5〕濾波器主設備參數(shù)誤差、過載能力、溫度等要求

以上資料是濾波器參數(shù)選擇、設計必要條件。

本案例1段母線濾波器接線〔圖紙拷貝〕……。

3、濾波器設計參數(shù)的分析處理

參數(shù)設計必須應依據(jù)實測值或絕對可靠的諧波計算值，但根據(jù)具體情況可作一些近似處理：

1〕母線短路容量較小或換算得到的系統(tǒng)電抗〔包括變壓器〕XS較大時，可忽略系統(tǒng)等值電阻RS；

2〕系統(tǒng)原有諧波水平應通過實測得到，在濾波器參數(shù)設計時，新老諧波電流源應一起考慮；

3〕L、C制造、測量存在誤差，以及f、T變化可能造成濾波器失諧，誤差分析是參數(shù)設計必須考慮的問題；

4〕參數(shù)設計涉及技術(shù)指標、平安指標和經(jīng)濟指標，往往需經(jīng)多個方案比擬后才能確定。

4、濾波器方案與參數(shù)的分析計算

1〕確定濾波器方案

確定用幾組單調(diào)諧濾波器，選高通濾波器截止頻率，以及用什么方式滿足無功補償?shù)囊蟆?/p>

例如：三相全波整流型諧波源，可設5、7、11次單調(diào)諧濾波器，高通濾波器截止頻率選12次。無功補償要求沉著量需求平衡角度，通過計算綜合確定。

2〕濾波器根本參數(shù)的分析

電容器根本參數(shù)：額定電壓UCN、額定容量QCN、基波容抗XC，而XC=3

U2CN/

QCN〔這里QCN

是三相值〕。

為保證電容器平安運行，電壓應限制在一定范圍內(nèi)。

3〕濾波器參數(shù)的初步計算〔按正常條件〕

設h次諧波電壓含有率為HRUh，通過推導可得到：

其中，q

為濾波器的最正確品質(zhì)因數(shù)。以上是從保證電容器電壓要求初步選擇的參數(shù)。但為保證電容器的平安運行還應滿足過電流和容量平衡的要求，公式如下：

4〕濾波器參數(shù)的初步計算

串聯(lián)電抗器參數(shù)

以上為單調(diào)諧濾波器參數(shù)的初步選擇。

5〕濾波器參數(shù)的最后確定

濾波器最終參數(shù)需通過大量、屢次頻率特性仿真計算結(jié)果確定；并根據(jù)要求指標進行校驗。

為保證平安運行，還要選斷路器、避雷器、保護等。

自動調(diào)諧濾波器〔改變電感

L〕能提高濾波效果。但由于技術(shù)經(jīng)濟的原因，目前應用不普遍。

5、濾波器參數(shù)指標的校驗

1〕電壓平衡

：校驗支路濾波電容器的額定電壓

2〕電流平衡：校驗濾波電容器的過電流水平，IEC為1.45倍。

3〕容量平衡：QCN=

QC1〔基波容量〕+ΣQ

h

(諧波容量)；

對濾波支路僅考慮I1

和Ih

通過時，近似有：

6、其它分析、計算工作

1〕濾波支路等值頻偏〔總失諧度〕的計算

2〕濾波支路品質(zhì)因數(shù)q值的計算

其中，δs為濾波器接點看進去的系統(tǒng)等值阻抗角。

3〕濾波器性能和二次保護等分析計算

濾波器設計的技術(shù)性很強，需有專門的程序。除參數(shù)計算外，要能對濾波器的諧波阻抗、綜合阻抗、諧波放大、局部諧振〔串、并聯(lián)〕等濾波性能進行分析。

三、案例濾波器設計方法介紹

1、案例簡介

2、諧波數(shù)據(jù)合成中頻爐屬交－直－交供電，換流脈動數(shù)為6，特征諧波值為6K±1次諧波。非對稱觸發(fā)等原因，存在非特征諧波。

福建中試測試：線2、線4和中頻爐饋線；各諧波電壓畸變率全部超標，5、11、13及以上諧波電流超標。

非在電網(wǎng)最小方式、鋼廠非滿負荷下的測試，測試結(jié)果偏??；及今后8臺爐投運超標肯定更大。

設計問題：沒有單臺電爐諧波測試數(shù)據(jù)，沒有新供電方案下負荷同時運行測試數(shù)據(jù)，需根據(jù)經(jīng)驗及現(xiàn)有供電方案諧波測試數(shù)據(jù)進行分析獲取設計數(shù)據(jù)。

按電爐變80％負荷率合成各母線諧波電流……。

3、基波無功容量計算

按母線電爐全部運行功率因數(shù)大于0.9，單爐運行功率因數(shù)應小于1，治理前平均功率因數(shù)取0.85條件，通過程序計算各段母線的三相基波補償容量：

10KV

I段：Q=3.8MVAR

10KV

II段：Q=2.65MVAR

605頻爐線：

Q=1.9MVAR4、考核標準計算和濾波器配置選擇

根據(jù)各母線的短路容量，計算各段母線電爐運行過程中的諧波考核標準；以及比照合成的諧波電流水平，選擇、配置各段母線的濾波器。

總電壓畸變率國標規(guī)定的限值

各級電網(wǎng)諧波電壓限值〔%〕

電壓〔KV〕

THD

奇次

偶次

0.38

5..4.0

2.0

6.10.4

3.2

1.6

35.66

2.4

1.2

1.6

0.0

允許注入電網(wǎng)的各次諧波電流國標規(guī)定限值〔局部〕

短路容量不同時的換算公式：

根據(jù)短路容量換算案例的各母線諧波電流允許值。

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

0.260

020.0

013.0

020.0

008.5

015.0

006.4

006.8

005.1

009.3

〔I〕010.0

116.0

025.0

016.5

012.5

016.9

008.2

013.3

006.1

006.5

004.9

008.7

(II)010.0

116.0

019.1

010.1

009.5

010.8

006.2

009.0

004.7

005.0

003.7

006.5

(605)010.0

080.0

011.1

005.1

005.6

005.6

003.6

004.9

002.7

002.9

002.2

003.7

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

004.3

007.9

003.7

004.1

003.2

006.0

002.8

005.4

002.6

002.9

〔I〕010.0

116.0

004.1

007.5

003.6

003.9

003.1

005.8

002.7

005.2

002.5

002.8

(II)010.0

116.0

003.2

005.7

002.7

003.0

002.3

004.4

002.1

004.0

001.9

002.1

(605)010.0

080.0

001.8

003.3

001.6

001.8

001.4

002.6

001.2

002.3

001.1

001.2

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

002.3

.004.5

.004.5

002.1

004.1

〔I〕010.0

116.0

002.2

004.3

004.3

002.0

003.9

(II)010.0

116.0

001.7

003.3

003.3

001.5

003.0

(605)010.0

080.0

001.0

001.9

001.9

000.9

001.8

與合成的案例諧波比擬：各母線諧波電流均超標，由于裝置的非同時觸發(fā)，存在非特征諧波超標的現(xiàn)象。因此只能對主要的頻譜進行設置濾波器；由于電爐運行方式大幅度變化，特別是10KV

I段負荷變化較大，受基波無功補償容量限制，參數(shù)設計存在難度及影響其濾波效果。

綜合考慮：各母線配置5、7、11、13次濾波器。

5、濾波器參數(shù)設計〔以10KV

I段為例〕

由于中頻爐諧波為連續(xù)頻譜諧波，以及基波補償電容器的限制，濾波器參數(shù)設計很難滿足要求，經(jīng)幾十次分析、比擬，確定的案例最終單相參數(shù)如下：

H5

H7

H11

H13

合計

電容器〔μF〕

27.51592

20.77733

22.98421

三相電容器安裝容量〔kvar〕

1830

1350

1860

1269

6309

三相基波輸出容量〔kvar〕

900

666

1108

726

3400

電抗器〔毫亨〕

14.74522

9.96178

2.39522

2.61115

考慮的問題：濾波效果，電壓、電流、容量是否能夠平衡，是否存在諧波放大，無功是否過補等，通過對參數(shù)進行屢次仿真，調(diào)整、比擬和評估設計效果，……。

1段母線補償電容器和濾波器同時運行仿真例如：

僅濾波器投入運行的仿真例如?！?/p>

四、設備定貨、施工和現(xiàn)場調(diào)試

1、擬合標準指標與產(chǎn)品定貨

按設計參數(shù)選配、擬合標準規(guī)格電容器，考慮電抗器調(diào)節(jié)范圍，提出溫升、耐壓、損耗等指標。

電容器要求+誤差，電抗器±5%可調(diào)，電容器質(zhì)量…。

注意濾波電容器，干式、油侵電容器等問題……。

2、工程施工需要注意的問題

LC濾波器屬工程，結(jié)合用戶現(xiàn)場條件、情況，設計單位應提供完善的工程資料，安裝、施工要求；由于濾波器現(xiàn)場安裝，要求工程單位按設計施工、保證質(zhì)量；做詳細安裝檢查，保證連接正確，防止相序、設備接線錯誤

案例施工中的問題：連接、保護……

3、現(xiàn)場調(diào)試主要要求和方法

1〕要求：保證系統(tǒng)可靠運行，防止系統(tǒng)與濾波器諧振造成的諧波放大；投切過電壓限制在有效范圍內(nèi)；保證濾波本身平安運行，不會導致電容、電感、電阻等不發(fā)生穩(wěn)態(tài)過負荷，以及投、切時的過電壓、過電流不損壞本體設備。

其中，多數(shù)與設計有關(guān)……。

2〕步驟：測量各種工況諧波；計算系統(tǒng)和濾波器頻率特性，研究是否可能出現(xiàn)諧波放大，決定濾波器是正調(diào)偏還是負調(diào)偏；計算調(diào)整后的過電壓、過電流；分析、考慮配置的保護，避雷器對投切、斷路器重燃過電壓有重要作用；編寫濾波器投入方案，測量考核濾波效果。

案例調(diào)試中發(fā)生的問題：……。

3〕方法：

幅頻特性法：諧振時Z=R，濾波器電流最大；電阻上的電壓最大，濾波器總電壓最小；因此，通過觀測兩個電壓與預估的電壓比擬，可確定調(diào)諧回路的諧振。

缺點：誤差大，有計算誤差、試驗誤差和觀測誤差。

相頻特性法：把電阻電壓和濾波器總電壓分別送示波器兩個通道進行相角比擬，可確定濾波器是否諧振?？刹捎猛S或不同軸兩種方法。同軸法看到的是點重合或相反，因此誤差大；不同軸法通過橢圓變成直線確定諧振，因此觀察比擬容易，準確，工作量小。

放電振蕩法：過程如圖

放電時測量R上電壓，記錄波形；

測量周波時間，可計算諧振頻率。

缺點：每測一次都需充、放

電一次，過程復雜，也不夠準確。

因此，三種方法中，相頻特性法比擬實用，而且可用頻率計實際測量諧振頻率；改變信號發(fā)生器頻率，還可以測量濾波器的阻抗頻率特性。

實際工程一般采用-5%〔負偏〕調(diào)諧濾波器。

4、案例工程運行測試結(jié)果〔1段母線〕

投運前：

電壓〔V〕

電流〔A〕

功率因數(shù)

電壓總畸變率%

電流總畸變率%

9800

540

0.88

10.1

5.1

投運后：

電壓〔V〕

電流〔A〕

功率因數(shù)

電壓總畸變率%

電流總畸變率%

10200

560

0.99

1.5

4.2

投運后各次諧波電流的95%最大值

五、關(guān)于電弧爐諧波治理的簡介

1、電弧爐負荷特點和治理要求

1〕三相負荷電流嚴重不對稱，嚴重時負序可達正序的50%～60%，熔化期也占20%。需解決不平衡問題；

2〕含有2、3、4、5、7等次諧波，產(chǎn)生的諧波電流頻譜廣，含有偶次諧波，諧波治理要求高；

3〕電弧爐隨機運行在開路--短路--過載狀態(tài)，很大的功率沖擊，引起PCC母線電壓變動，存在電壓閃變問題。

4〕電爐變壓器和短網(wǎng)消耗大量無功，因此運行功率因數(shù)非常低，增大電網(wǎng)損耗、降低電壓水平。

小容量電弧爐可用

LC

無源濾波器，但對設計的要求比擬高，一般采用C型電力濾波器。

2、常用SVC形式和TCR補償原理

常用的SVC有晶閘管控制電抗器〔TCR〕、自飽和電抗器〔SR〕和晶閘管投切電容器〔TSC〕三種。

TCR原理、結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)工程、技術(shù)問題如下：

3、TCR補償與LC濾波的原理區(qū)別

1〕電弧爐負荷三相不平衡、無功沖擊是根本原因，要求進行動態(tài)、分相補償，TCR是解決問題的必須手段。同時解決電弧爐負荷產(chǎn)生、存在的問題。

TCR為動態(tài)補償裝置，響應時間在20ms內(nèi)。

2〕LC濾波器以治理諧波為主，兼顧補償系統(tǒng)無功。目前一般應用場合，不具備動態(tài)補償功能。

電力機車諧波治理可采用投切方式〔非動態(tài)〕。

3〕采用那種類型的裝置，涉及到負荷性質(zhì)、濾波〔

或補償〕效果、可行性和工程投資等。

解決問題是類型選擇的原那么。TCR設計方法略。

第四篇：電網(wǎng)建設中的無功補償

電網(wǎng)建設中的無功補償

1功率因數(shù)和無功功率補償?shù)幕靖拍?/p>

1.1功率因數(shù)：電網(wǎng)中的電氣設備如電動機變壓器等屬于既有電感又有電阻的電感性負載，電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，相位角的余弦cosφ即是功率因數(shù)，它是有功功率與視在功率之比即cosφ＝P/S。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度及用電管理水平的一個重要指標。

1.2無功功率補償：把具有容性功率的裝置與感性負荷聯(lián)接在同一電路，當容性裝置釋放能量時，感性負荷吸收能量，而感性負荷釋放能量時，容性裝置卻在吸收能量，能量在相互轉(zhuǎn)換，感性負荷所吸收的無功功率可由容性裝置輸出的無功功率中得到補償。

2無功補償?shù)哪康呐c效果

2.1補償無功功率，提高功率因數(shù)

2.2提高設備的供電能力

由P＝S·cosφ可看出，當設備的視在功率S一定時，如果功率因數(shù)cosφ提高，上式中的P也隨之增大，電氣設備的有功出力也就提高了。

2.3降低電網(wǎng)中的功率損耗和電能損失

由公式I＝P/（·U·cosφ)可知當有功功率P為定值時，負荷電流I與cosφ成反比，安裝無功補償裝置后，功率因數(shù)提高，使線路中的電流減小，從而使功率損耗降低：ΔP＝I2R，降低電網(wǎng)中的功率損耗是安裝無功補償設備的主要目的。

2.4改善電壓質(zhì)量

在線路中電壓損失ΔU的計算公式如下：

ΔU＝

×10

-3

式中

ΔU——線路中的電壓損失

kV

P——有功功率MW

Q——無功功率Mvar

Ue——額定電壓kV

R——線路總電阻Ω

XL——線路感抗Ω

由上式可見，當線路中的無功功率Q減少以后，電壓損失ΔU也就減少了。

2.5減少用戶電費開支，降低生產(chǎn)成本。

2.6減小設備容量，節(jié)省投資。

3無功補償容量的選擇

3.1按提高功率因數(shù)值確定補償容量Q

c

Qc＝P[

]（kvar）

式中P——最大負荷月的平均有功功率kW

cosφ１cosφ2——補償前后功率因數(shù)值

例如：某加工廠最大負荷月的平均有功功率為300kW，功率因數(shù)cosφ＝0.6，擬將功率因數(shù)提高到0.9，則所選的電容器容量為：

QC=300×[

]=300×（1．33—0．48）=255

（kvar）

3.2按提高電壓值確定補償容量QC

QC=

（kvar）

式中

ΔU——需要提高的電壓值V

U——需要提高的電壓值V

U2——需要達到的電壓值kV

X——線路電抗Ω

3.3按感應電動機空載電流值確定補償容量

電動機的無功補償一般采用就地補償方式，電容器隨電動機的運行和停止投退，容量以不超過電動機空載時的無功損耗為宜，計算公式：

QC≤

Ue

I0

(kvar)

式中

Ue——電動機額定電壓kV

IO——電動機空載電流可用鉗形電流表測出，若粗略估算，也可用下式：

QC＝(1/4～1/2)Pn

式中

Pn——電動機額定功率kW

3.4按配電變壓器容量確定補償容量

配電變壓器低壓側(cè)安裝電容器時，應考慮以下原則：在輕負荷時，防止向10kV配電網(wǎng)倒送無功；取得最大的節(jié)能效果，根據(jù)配變?nèi)萘堪聪率接嬎悖?/p>

QC＝(0.10～0.15)Sn(kvar)

Sn——配變?nèi)萘縦VA

總之，無功補償設備的配置，應按照“全面規(guī)劃，合理布局，分級補償，就地平衡”的原則，要把降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主；又要把集中補償與分散補償相結(jié)合，以分散補償為主；同時，供電部門補償與用戶補償相結(jié)合，以就地平衡為主，共同搞好無功補償?shù)呐渲煤凸芾?，從而取得無功補償?shù)淖畲蠼?jīng)濟效益。

[摘要]

對廣大供電企業(yè)來說，用戶功率因數(shù)的高低，直接關(guān)系到電力網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓波動，而且關(guān)系到節(jié)約用電和整個供電區(qū)域的供電質(zhì)量，這是眾所周知的道理。因此，提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，已成為電力工業(yè)中一個重要課題，而提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，首先就要提高各用戶的功率因數(shù)。文中簡要集中探討了影響電網(wǎng)功率因數(shù)的主要因素以及低壓無功補償?shù)膸追N使用方法，以及確定無功補償容量從而提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一般方法。

[關(guān)鍵詞]

功率因數(shù)

影響因素

補償方法

容量確定

許多用電設備均是根據(jù)電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的“無功“并不是“無用“的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。

在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)COSφ，其計算公式為：

COSφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2

在電力網(wǎng)的運行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

用戶功率因數(shù)的高低，對于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設備的充分利用，有著顯著的影響。適當提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對于全國廣大供電企業(yè)、特別是對現(xiàn)階段全國性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說，若能有效的搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫?，改善提高用戶功率因?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費。其社會效益及經(jīng)濟效益都會是非常顯著的。

影響功率因數(shù)的主要因素

1.1

電感性設備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

大量的電感性設備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。

1.2

供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大影響

當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當供電電壓為額定值的110％時，一般無功將增加35％左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

1.3

電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電動機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

綜上所述，我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達到降損節(jié)能的效果。

低壓網(wǎng)的無功補償

2.1

低壓網(wǎng)無功補償?shù)囊话惴椒?/p>

低壓無功補償我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償和跟蹤補償。下面簡單介紹這三種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。

2.1.1

隨機補償

隨機補償就是根據(jù)個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行(如大中型異步電動機)的無功消耗，以補勵磁無功為主。此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。

隨機補償?shù)膬?yōu)點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，不會造成無功倒送，而且不需頻繁調(diào)整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。

2.1.2

隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器二次側(cè)，以無功補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加，不利于電費的同網(wǎng)同價。

隨器補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

2.1.3

跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4KV母線上的補償方式。適用于100KVA以上的專用配電用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償?shù)膬?yōu)點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經(jīng)濟性接近時，應優(yōu)先選用跟蹤補償方式。

2.2

采用適當措施，設法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)是不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。下面將對提高自然功率因數(shù)的措施做一些簡要的介紹。

2.2.1合理選用電動機

合理選擇電動機，使其盡可能在高負荷率狀態(tài)下運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械特性，又要考慮它們的電氣指標。舉例說，三相異步電動機（100KW）在空載時功率因數(shù)僅為0.11，1/2負載時約為0.72，而滿負載時可達0.86。所以核算負荷小于40%的感應電動機，應換以較小容量的電動機，并合理安排和調(diào)整工藝流程，改善運行方式，限制空載運轉(zhuǎn)。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點出發(fā)，必須正確合理的選擇電動機的容量。

2.2.2

提高異步電動機的檢修質(zhì)量

實驗表明，異步電動機定子繞組匝數(shù)變動和電動機定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動是對異步電動機無功功率的大小有很大影響。因此檢修時要特別注意不使電動機的氣隙增大，以免使功率因數(shù)降低。

2.2.3

采用同步電動機或異步電動機同步運行補償

由電機原理可知，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉(zhuǎn)子中的勵磁電流大小，在欠激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功，在過激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，只要調(diào)節(jié)電機的勵磁電流，使其處于過激狀態(tài)，就可以使同步電機向電網(wǎng)“送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉(zhuǎn)子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行狀態(tài)，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態(tài)，即可以向電網(wǎng)輸出無功，從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

2.2.4

正確選擇變壓器容量提高運行效益

對于負載率比較低的變壓器，一般采取“撤、換、并、?！钡确椒?，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。如：對平均負荷小于30%的變壓器宜從電網(wǎng)上斷開，通過聯(lián)絡線提高負荷率。

通過以上一些提高加權(quán)平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述，或許我們已經(jīng)對“功率因數(shù)”這個簡單的電力術(shù)語有了更深的了解和認識。知道了功率因數(shù)的提高對電力企業(yè)的深遠影響，下面我們將簡單介紹對用電設備進行人工補償?shù)姆绞胶蛯ρa償容量的確定方法。

功率因數(shù)的人工補償

功率因數(shù)是工廠電氣設備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標，也是保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的一項主要指標。供電企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法已經(jīng)不能滿足工廠對功率因數(shù)的要求，工廠自身還需要裝設補償裝置，對功率因數(shù)進行人工補償。

3.1

靜電電容器補償

靜電電容器既電力電容器。利用電容器進行補償，具有投資省、有功功率損耗小、運行維護方便、故障范圍小等優(yōu)點。但當通風不良、運行溫度過高時，油介質(zhì)電容器易發(fā)生漏油、鼓肚、爆炸等故障。因此，建議使用粉狀介質(zhì)電容器。

當企業(yè)感性負載比較多時，它們從供電系統(tǒng)吸取的無功是滯后（負值）功率，如果用一組電容器和感性負載并聯(lián)，電容需要的無功功率是超前（正值）功率，如果電容器選的合適，令Qc+Ql=0，這時企業(yè)已不需要向供電系統(tǒng)吸取無功功率，功率因數(shù)為1，達到最佳值。

3.1.1

電容器補償容量的確定

電力電容器的補償容量Qc可按下式計算：

Qc=α·Pjs（tgφ1-tgφ2）

式中

Pjs——最大有功計算負荷，KW

tgφ1、tgφ2——補償前、后功率因數(shù)角的正切值

α——平均負荷系數(shù)，一般取0.7～1，視Pjs的計算情況而定。如果在計算時已采用了較小系數(shù)值，α可取1。

某些已進行生產(chǎn)的工礦企業(yè)，可由下式確定其有功電能消耗量：

Ap=Pjs·Tmax·p

(KW·H)

式中

Ap——有功電能消耗量

Pjs——有功計算負荷

Tmax·p——最大有功計算負荷年利用小時數(shù)

3.1.2

并聯(lián)補償移相電容器，應滿足以下電壓和容量的要求

Ue·c≥Ug·c

nQg·c≥Qc

式中

Ue·c——電容器的額定電壓（KV）

Ug·c——電容器的工作電壓（KV）

n——并聯(lián)的電容器總數(shù)

Qg·c——電容器的工作容量（Kvar）

Qc——電容器的補償容量（Kvar）

3.2

動態(tài)無功功率補償

動態(tài)無功功率補償一般應用于用電容量大、生產(chǎn)過程其負載急劇變化且具有重復沖擊性的大型鋼鐵企業(yè)。這種波動頻繁、急劇、幅值很大的動態(tài)無功功率，采用調(diào)相機或固定電容器進行補償已遠遠滿足不了要求，目前一般采用的新型動態(tài)無功功率補償設備是靜止無功補償器。它具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電網(wǎng)運行性能、動態(tài)補償反應迅速、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越等優(yōu)點。但最明顯的缺點是投資大、設備體積大、占地面積大。

3.3

分相補償

在民用建筑中大量使用的是單相負荷，照明、空調(diào)等由于負荷變化的隨機性大，容易造成三相負載的嚴重不平衡，尤其是住宅樓在運行中三相不平衡更為嚴重。由于調(diào)節(jié)補償無功功率的采樣信號取自三相中的任意一相，造成未檢測的兩相要么過補償，要么欠補償。如果過補償，則過補償相的電壓升高，造成控制、保護元件等用電設備因過電壓而損壞；如果欠補償，則補償相的回路電流增大，線路及斷路器等設備由于電流的增加而導致發(fā)熱被燒壞。這種情況下用傳統(tǒng)的三相無功補償方式，不但不節(jié)能，反而浪費資源，難以對系統(tǒng)的無功補償進行有效補償，補償過程中所產(chǎn)生的過、欠補償?shù)缺锥烁菍φ麄€電網(wǎng)的正常運行帶來了嚴重的危害。

據(jù)有關(guān)資料介紹，某地綜合樓是集商場、銀行、辦公、車庫、賓館為一體的一類高層建筑，總建筑面積3.2萬m2。主要用電設備有空調(diào)機組、水泵、風機及照明燈具等，其中照明燈具均為單相負荷，功率因數(shù)在0.45～0.75之間。低壓有功計算負荷2815KW，其中，照明用電有功負荷1086.5KW，其它負荷基本為空調(diào)、風機、水泵、電梯等三相負荷。補償前無功功率31872Kvar，若整體功率因數(shù)補償?shù)?.92，需補償1982Kvar，補償后無功功率1200Kvar。原設計采用低壓配電室并聯(lián)電容器組三相集中自動補償，工程竣工投入使用后，經(jīng)常出現(xiàn)儀器、燈具等用電設備燒壞或不能正常使用等情況，影響正常經(jīng)營和工作。經(jīng)現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)低壓饋線回路三相負荷不平衡，差距很大，電流差異大，最大相電流差為900A；檢測母線電壓，三相母線電壓有的高達260V，有的低到190V。通過分析是三相電容自動補償造成的結(jié)果。

對于三相不平衡及單相配電系統(tǒng)采用分相電容自動補償是解決上述問題的一種較好的辦法，其原理是通過調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的每一相，根據(jù)每相感性負載的大小和功率因數(shù)的高低進行相應的補償，對其它相不產(chǎn)生相互影響，故不會產(chǎn)生欠補償和過補償?shù)那闆r。

結(jié)束語

文中淺談了功率因數(shù)對廣大供電企業(yè)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素以及提高功率因數(shù)的一般方法，還闡述了如何確定無功功率的補償容量及無功功率的三種人工補償?shù)木唧w方式。

1　無功功率

在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。

有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。比如：5.5千瓦的電動機就是把5.5千瓦的電能轉(zhuǎn)換為機械能，帶動水泵抽水或脫粒機脫粒；各種照明設備將電能轉(zhuǎn)換為光能，供人們生活和工作照明。有功功率的符號用P表示，單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來發(fā)光外，還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它不對外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號用Q表示，單位為乏(Var)或千乏(kVar)。

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機械運動，電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。為了形象地說明這個問題，現(xiàn)舉一個例子：農(nóng)村修水利需要開挖土方運土，運土時用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐并不是沒用，沒有竹筐泥土怎么運到堤上呢?

在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

無功功率對供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：

(1)降低發(fā)電機有功功率的輸出。

(2)降低輸、變電設備的供電能力。

(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

(4)造成低功率因數(shù)運行和電壓下降，使電氣設備容量得不到充分發(fā)揮。

從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率，遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設無功補償裝置的道理。

2　功率因數(shù)

電網(wǎng)中的電力負荷如電動機、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負載。電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ來表示。cosφ稱為功率因數(shù)，又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標。三相功率因數(shù)的計算公式為：

式中cosφ——功率因數(shù)；

P——有功功率，kW；

Q——無功功率,kVar；

S——視在功率,kV。A；

U——用電設備的額定電壓,V；

I——用電設備的運行電流,A。

功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。

(1)自然功率因數(shù)：是指用電設備沒有安裝無功補償設備時的功率因數(shù)，或者說用電設備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設備的負荷性質(zhì)，電阻性負荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數(shù)較高，等于1，而電感性負荷(電動機、電焊機)的功率因數(shù)比較低，都小于1。

(2)瞬時功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時功率因數(shù)是隨著用電設備的類型、負荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。

(3)加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值，其計算公式為：

提高功率因數(shù)的方法有兩種，一種是改善自然功率因數(shù)，另一種是安裝人工補償裝置。

第五篇：關(guān)于提高無功補償?shù)墓ぷ鞣椒ǎǚ段模?/a>

關(guān)于提高無功功率因素的方法 經(jīng)過參加經(jīng)信局和供電局舉辦的關(guān)于無功補償不達標的企業(yè)座談會后，加深了對在當前用電、供電相當緊張的大環(huán)境下提高無功補償意義的認識，所以，針對本企業(yè)的生產(chǎn)設備性質(zhì)、使用狀況和無功補償?shù)默F(xiàn)狀（0.89），采取了以下的措施：

1、對所有的無功功率補償設備進行全面的檢修，更換損壞的電容器、接觸器等元件，排除設備故障隱患。

2、建立設備定期檢查、循查制度，保證設備穩(wěn)定可靠運行，發(fā)揮正常功能。

3、針對不同時段、不同設備的使用狀況所產(chǎn)生的無功損耗，對所有無功功率補償控制柜的自動控制器參數(shù)進行適當調(diào)整，使控制器工作在最佳狀態(tài)。

4、對所有的用電設備操作人員進行相關(guān)的教育，要求其必須做到人離關(guān)機，盡量減小電動機的空載運行，既可以減小電能、電費的浪費，又能減小因電動機的空載輕載運行所產(chǎn)生的無功損耗。

5、在采購、改造設備的時候，對設備所需要的使用功率等參數(shù)進行合理的設計選型，采購功率因素較高的用電器，盡量減小大馬拉小車的情況出現(xiàn)，提高設備的使用效率。

經(jīng)采取以上的幾項措施，并沒有投入過多的人力、物力，無功功率因素就從原來的0.89提高到現(xiàn)在的0.94以上，效果較明顯。

設備部