SVC高压无功功率补偿系统
MCR 型SVC 介绍
一、前言
电弧炉、轧机、矿井提升机、电力机车、电焊机等大型设备的用电容量，在成倍甚至数十倍的增长。这些大型设备的使用不仅耗电量大，还会对电网造成很大的无功冲击，形成电压闪变和产生谐波污染。电力机车的单相运行还会引起三相网络的不对称和负序分量。
这些问题的产生，不但影响了设备自身的正常运行，它们还可以在电网中传播，进而干扰其他设备的正常使用甚至损坏；更为严重的是：谐波的产生会造成电力设备保护误动作、计量不准确、控制系统失灵和通讯系统干扰等后果，形成供电系统的重大安全隐患。
从图（1）b 相量图可以导出无功波动与电压波动的关系。
图（1）
b）相量图
a）电源和负载等效电路
ΔU R
ΔU X
Y L =
G L -jB L
E
图（1）电源系统和负载等效电路和相量图
从图中可以看出，Zs 引起的电压降U
??为：I Zs U E U
????×=?=?负载电流I
?为：U
jQ P U B jU G U jB G U I L L L L ?=?=?×=22)(?
合并以上两式可得：
X
R S S S S S S U j U U Q R P X j U Q X P R U jQ P jX R U ?+?=?++=?+=?)(?由于E
?与U ?的夹角很小，因此：U
Q X R U U S S R
+=?≈??在一般电网中，R S 要比X S 小的多，可以得出这样的结论：“电力系统网络中有功功率的波动一般对电网电压的影响较小，电网电压波动主要是由无功功率的波动引起的。”
()
L
L S S P P U
tg X R U ×?=×+=
?%10%2
μ?减少线路上传送的无功功率可以显著地减少电压降，提高用户端电压。对于高压输电线路，线路电抗远大于线路电阻，这样无功流动对电压的影响很显著，甚至起决定性作用。所以让高压输电线路少送无功对于提高下线用户电压相当有效。
因此，不论是负责供电网络的电力部门，还是使用电力的电力用户都迫切需要研究动态无功补偿技术及设备，使其不仅能对用电设备提供无功功率补偿，而且能够跟随快速变化的无功波动提供连续可调的无功补偿，从而减小由于无功波动对电网造成的电压闪变、谐波等有害影响。
二、静止式动态无功补偿设备概述
在早期的并联补偿技术中，动态无功补偿设备一般采用同步调相机。至今在一些地方还有应用，并且随着控制技术的进步，其整体性能也有较大的提高。虽然它在功能作用上具有得天独厚的优势。但是，由于其运行过程中存在运动部件，使得操作、维护困难，另外，还存在结构复杂、投资高、电力损耗大等缺点，使其推广应用受到制约。逐渐被静止式动态无功补偿设备所取代。
静止式动态无功补偿设备被描述为：“通过对其感性或容性电流的调整，来维持或控制其与电网连接点的某种参数（典型情况为控制母线电压）的一种并联连接的静止无功发生器或吸收器。”随着电力电子技术的不断进步和成熟，及其对供电网络系统优异的动态补偿性能，逐渐被人们关注，得到了长足的发展。这里所说的“静止”是相对同步调相机而言，主要指设备在运行过程没有运动的机构。按照静止式动态无功补偿设备的结构特点，其型式主要有以下几种：
自饱和电抗器型（SR）
饱和电抗器型直流励磁控制饱和电抗器型
可控饱和电抗器型（FC+DSR）
磁阀式可控电抗型（FC+MCR）
静止式动态无功晶闸管投切电容器型（TSC）
补偿设备（SVC）
可控硅控制相控电抗器型（FC+TCR）
相控电抗器型相控高阻抗变压器型（FC+TCT）
混合型（TSC+TCR、MSC+TCR、TSC+MCR、MSC+MCR）采用机械投切并联电容器（MSC）或可控硅投切并联电容器（TSC）控制技术进行动态无功补偿，具有结构简单、成本低、占地面积小、维护方便等特点。而且在调节效果相近的情况下，实现了按负荷变化规律有级投切电容器组，完全可以取代同步调相机，因此而发展迅速。并且在目前的静止型动态无功补偿设备中占主导地位。例如：某变电站的负荷曲线如图（2）所示，经分析计算，并联电容器自动补偿设备的总容量设计为7500kvar，分5组等容投切，每组容量为1500kvar，通过对图（2）、（3）的对比分析可以看出：补偿设备根据系统负荷变化，自动跟踪实时投入电容器组，使系统容性和感性无功功率趋于平衡。从而达到了平衡系统无功、稳定系统电压的综合目的。
虽然，有级投切电容器补偿设备实现了跟踪负荷变化动态补偿无功功率，但从其运行曲线可以看出，其补偿特性并不平滑，补偿精度也不高。因此，该类补偿设备主要适用于负荷变化相对较平稳，补偿精度要求不高的场合。对于负荷波动大的用电负载，跟随效果较差，不能够实现完全连续的动态补偿。
a）24小时负荷曲线
图（2）某变电站24小时负荷曲线
b）并联电容器自动补偿设备24小时运行情况
图（3）并联电容器自动补偿设备按负荷变化自动投切示意图
图（2）并联电容器补偿设备补偿效果图
为了解决对电压闪变、不对称，电流与电压谐波等电网问题的快速动态治理，目前，通常采用无功发生器（以下简称“SVG”），相控电抗器型SVC（以下简称“TCR型SVC”）以及磁阀式可控电抗器型SVC（以下简称“MCR型SVC”）三种补偿设备。由于SVG采用了有源运行方式，不再需要并联电容器输出容性无功，而且开关元件采用了可关断的高频开关器件，所以SVG补偿设备具有体积小、响应速度快、无谐波污染、对电网呈现电流源特性（电网电压对设备容量，尤其是无功容量的影响呈线性关系）等优点，是目前世界上最先进的
无功补偿与谐波治理设备。但是由于设备复杂程度高、开关器件可靠性差、价格昂贵等原因，使得这种设备的性价比较低，还不具备工业现场运行条件。所以，在电能质量高污染行业，解决非线性、高冲击负荷带来的各种问题，主要还是采用TCR 型SVC 和MCR 型SVC 这两种静止型动态无功补偿设备。
Q F +Q L -Q C
Q C
Q F +Q L
Q L
Q F
图（4）TCR 型SVC 无功分量变化曲线
八十年代以来，TCR 型SVC 经过不断的发展，成为主要应用的动态无功补偿设备，解决了大量的动态无功补偿问题，其补偿效果见图（4）所示。它以响应速度快，技术相对成熟以及可控硅（SCR ）器件可靠性高于可关断晶闸管（GTO ）、电力晶体管（IGBT 、IGCT 等）。但是，即使经过了20多年以来的发展，还是无法摆脱自身难以克服的固有缺陷，阻碍了它广泛推广应用的步伐，归纳起来总结如下：
1、可靠性、稳定性不高。虽然SCR 技术发展迅速，性能得到了很大的提高；但是，由单只SCR 串联组成的阀组，因为SCR 特性的制造离散性
以及SCR串联均压问题等致命因素，降低了阀组的整体可靠性。而且，
接入系统电压等级越高这种情况也就越严重。造成运行过程中任何一只
SCR击穿，都会使阀组整体损坏。
2、运行时产生的谐波污染严重。由TCR型SVC的工作方式可以看出，其
运行过程中，必定会向系统注入大量谐波。实践证明，所产生的谐波电
流总畸变率THD I应在20%左右。即使采用了减轻谐波的主接线方式，5、
7次谐波的含量依然相当丰富。因此，即便是用电负载自身不产生谐波，
也需要加装滤波设备，并且增加了系统产生谐振的可能性。
3、设备复杂，造价高。为保证阀组中每只SCR都能够正确可靠导通，其
触发、监控和保护等系统必须稳定可靠，从而造成了控制系统的复杂性。
从它的发展历程不难看出，早期的电磁触发到目前的光触发，虽然设备
的整体可靠性在增加，但换来的却是高额的设备投资。另外，由于SCR
阀组的容量与相控电抗器容量相同，需采用有效的冷却措施，保证SCR
阀组的正常工作，且容量越大冷却方式越显得重要；进一步增加了系统
的复杂程度和设备造价。
4、体积庞大，增加建设费用。由于相控电抗器采用了“干式空心”结构形
式，安装时需考虑对其他设备和设施的影响而单独放置，SCR阀组也需
要有一定要求的安装厂房，而且滤波设备的占地面积也居高不下，等等。
使得诸TCR型SVC的占地面积非常庞大。不但占用了珍贵的土地资源，
而且增加了项目建设资金。
5、维护工作量大，运行费用高。因设备复杂、可靠性、稳定性不高等原因，
造成设备故障点多、故障率高，给维护、维修工作带来一系列的麻烦；
工作量大不说，随之而来的是维护、维修费用的消耗甚大。而且，由于
辅助设备的耗电，进一步增加了运行费用。
随着控制技术的不断发展和对电抗器材料与结构的突破性改进，在克服了传统饱和电抗器响应速度慢、损耗高、噪音大、谐波丰富等缺点之后，一种新型的基于磁阀式可控电抗器（MCR）的SVC设备，在具备了响应速度快的特点的同时，克服了TCR型SVC的上述诸多缺陷。这种MCR型SVC最主要的特征就
是SCR安装在控制回路中，SCR所需要承受的电压仅为主回路的1%左右；因此，MCR型SVC具有极高的可靠性。并且产生的谐波含量较低，三相角接系统的THD I小于5%；安装体积小，MCR体积仅为TCR的1/5左右等等一系列显著特点。正是由于MCR型SVC具有在可靠性、电压等级、容量、谐波等关键技术指标上，比其它动态无功补偿设备具有无以争议的优越性，将是我国电能质量治理行业，动态无功补偿设计与改造的最理想选择。以下主要介绍华电瑞能（北京）电力技术有限公司研发和应用MCR型SVC的一些情况。
三、MCR型SVC的基本构成
图（5）表示了一个典型的MCR型SVC系统构成示意图；从图中可以看出它的系统结构。为方便介绍，我们将整个系统分为一次回路和控制回路两大部分，分别介绍其组成结构和基本工作原理。
1、一次回路
MCR型SVC的一次回路结构与TCR型SVC基本相同，都是由FC支路和可控电抗器两部分组成。区别仅在于，在TCR型SVC里，可控电抗器为“相控电抗器”，而在MCR型SVC里，可控电抗器为“磁阀式可控电抗器”。如图（5）所示，主接线由供电系统母线通过补偿出线开关柜向补偿母线供电，MCR支路和FC支路再通过各自的隔离开关与补偿母线连接。
其工作原理是：FC支路向系统提供固定容性无功，MCR支路则按系统负荷变化吸收多余容性无功，使系统感性和容性无功趋于平衡。图中FC支路与MCR 支路共用一套出线柜，各支路设置的隔离开关供检修或停用时与系统隔离。TV1为系统母线电压互感器，用来检测系统母线电压值；TV2为补偿母线电压互感器，用来检测补偿母线电压信号，供MCR支路作触发脉冲同步信号使用。各支路均配备过流保护检测用的电流互感器。
图（5）MCR型SVC系统构成示意图
2、控制回路
二次控制回路主要由MCR支路控制保护系统、FC支路保护系统和控制电源系统组成。
1）MCR支路控制保护系统
MCR支路控制保护系统主要由控制保护、励磁和监控三大部分构成。
a、控制保护部分是一个基于80C196芯片的多CPU控制器，分别由数据采集
CPU、通讯CPU、主控CPU及相应外围电路组成，相互间通过多口RAM实现数据共享；控制算法以及保护逻辑由主控CPU实现，系统参数（电压、电流、有功、无功、功率因数等等）采集、计算由数据采集CPU实现；专门负责通讯的CPU用来与上位监控机和其他监控系统交换数据，提供了RS232、RS485以及CAN总线等通讯接口，便于实现无人值守和远程控制。系统具有高度的可靠性、稳定性，而且运算速度快，能够实现复杂的控制算法。其大致工作原理是：首先，由数据采集CPU采集到系统母线电压、负载电流和MCR支路电流模拟量信号，经A/D转换并计算出系统功率因数、有功和无功功率等实时值，存储于多口RAM中；主控CPU按程序要求从RAM中读
取所需参数；经过控制算法的计算，得出可控硅触发角给定值；再经过电光转换接口转换为光信号，通过光纤传送到MCR现场控制箱内的励磁部分。
其次，励磁部分再将触发脉冲和可控硅的工作情况转换为光电信号回传给控制保护部分，用以实现对励磁部分的状态监测。控制保护器的自动运行模式判断和保护输出由图中DI、DO部分承担。在控制算法上可按不同要求实现分相控制、三相控制、闪变治理、功率因数控制、无功控制、恒电压控制。
b、励磁部分由光电接口电路、触发脉冲电路、脉冲放大电路和可控硅组成；光
电接口电路接收到光给定信号后，经光电转换生成模拟量给定信号，形成控制可控硅导通角的触发脉冲，再将信号进行整形放大，对可控硅的导通状态进行移相控制，实现动态调节MCR支路感性无功电流的目的。
c、监控部分由上位监控机、人机显示界面和其他相应终端器件构成；上位监控
机可选择工控机、工业平板计算机和触摸屏。通过RS232、RS485以及CAN 总线等通讯接口，与控制保护器的通讯CPU单元连接，上传或下载在各种数据。上位监控软件运行于Windows XP操作系统，具有良好的人机界面，配置键盘、鼠标、打印机等外设。实现了系统参数设置、运行状态实时监测、运行趋势显示、保护报警信息及处理、历史数据查询和运行报表打印等各种功能。可以对系统的电能质量(包括电压、电流瞬时值，电压、电流有效值，有功功率，无功功率，有功电度，无功电度，功率因数，电流1~41次谐波，电压1~41次谐波，电压闪变，电压、电流不平衡，电压跌落，电压过高，电压丢失等)进行实时、连续的监测。
d、MCR支路的过流保护分为硬保护和软保护两种措施；硬保护由励磁部分的脉
冲电路实现，属于强制性过载保护，当MCR支路电流超过设定值时，脉冲电路直接封锁脉冲输出关断可控硅，同时向光电接口电路发送保护报警信号，通知控制保护部分MCR支路出现过流保护。软保护由控制保护部分通过软件实现，当控制保护部分检测到MCR支路或负载回路电流超过其一段或二段过流定值时，通过DO接口向各支路的出线开关发出分闸指令，并将保护报警信号上传至监控部分发出报警信息，其中，过流一段保护为速断保护，过流二段保护为带时限保护。除此以外，系统还提供了其他一些保护和报警
功能，在此不再一一赘述。
2）FC支路保护系统
FC支路保护系统是一个以80C196芯片为核心的微机保护单元，其内部主要由数据采集、CPU和保护输出等电路组成；通过采集FC支路和补偿出线柜电流和FC支路零序电压（也可采集不平衡电流、差压等电容器保护信号），按各种保护算法实现FC支路过流一段、过流二段、补偿出线柜过流一段、过流二段、不平衡电压（零序电压）、不平衡电流等保护功能。出现保护故障时，微机保护单元首先通过保护输出向补偿出线开关发送分闸指令，然后再通过RS232、RS485以及CAN总线等通讯接口向监控部分上传保护、报警信息。
3）控制电源系统
为了使控制回路正常工作，不但需要提供工作电源，而且，即使控制电源故障，还要保证全部设备受到保护；因此，控制电源系统必须具有掉电保护功能。控制电源系统是一个基于UPS的电源分配网络，在完成为各功能电路提供工作电源的前提下，同时保证电源的不间断供应。用来对控制电源保护动作后，提供整个系统进行相应故障保护的处理时间，保证系统按规定顺序退出运行，保护设备不受到损坏。
从以上介绍可以看出，MCR型SVC与TCR型SVC相比，无论是一次回路还是控制回路，甚至连实现的功能作用上，几乎完全相同；只是因为采用了不同的可控电抗器，引起了相应的局部改动；但是，正是因为这些局部改动，引起了他们在工作性能上的巨大差距。MCR型SVC几乎完全克服了TCR型SVC的所有缺点，保留了TCR型SVC优良的功能品质；它不但可以解决电力用户对电压波动、电压闪变等电能质量问题的处理，而且能够更好的解决供电网络需要解决的供电稳定问题。它的出现必将会给动态无功补偿技术带来新的活力，成为目前动态无功补偿技术的首选设备。在它的推动下，SVC也将在更多的领域内得到广泛的应用。具有非常广阔的应用前景。
四、MCR介绍
从“静止式动态无功补偿设备概述”的介绍可以看出，饱和电抗器（SR）
型SVC在静止式动态无功补偿设备的发展历程中占据着相当重要的位置，其典型代表是自饱和电抗器（SR）和以直流励磁控制饱和电抗器（DSR+FC）为主的可控饱和电抗器型SVC。60年代后期的1967年，世界上第一套基于饱和电抗器型SVC诞生于英国的GEC公司，此后，才有了其它不同结构形式的各种SVC 出现，其作用不外乎我们现在所讨论的内容。虽然饱和电抗器型SVC的问世，为当时供配电技术的进步带来了举世瞩目的业绩，但是由于它在实际应用中响应速度慢、损耗大、噪音大、谐波大等缺点，长期以来没有得到广泛的应用。随着变压器制造技术的发展，变压器铁心制造工艺也得到了很大的改进，一种在铁心中添加“磁阀”，用以改善铁心饱和特性的新技术的应用，大大改善了饱和电抗器在损耗、噪音以及谐波等方面存在的问题，使饱和电抗器的性能得到了突破性的改进。而控制技术与电力电子在饱和电抗器中的创新应用，使饱和电抗器响应速度慢的主要缺点得到了根本性的改进，大大扩展了MCR在动态无功补偿领域应用。这一应用，改变了动态无功补偿技术的格局，使得一种可靠性更高、基本无谐波污染、体积更小、对环境适应能力更好的动态无功补偿设备，在越来越多的场合替代TCR型SVC。
1、MCR的结构特点和工作原理
1）结构
如图（6）所示，MCR的外形结构与油浸式变压器基本相同，主要由壳体、磁阀式铁心、绕组和变压器油等部分组成。壳体采用与油浸变压器相同的设计结构，壳体内部并排安装三组相同的单相磁阀式可控电抗器，组成三角形接线方式，其高压进线和控制绕组进出线，由壳体顶部通过绝缘瓷瓶连接，励磁控制箱安装固定在壳体外部。
每个单相磁阀式可控电抗器的结构如图（7）所示，采用四柱式结构，由两个等截面（面积为S）的主铁心和为使电抗器的电流正负半波对称的两个等截面旁轭组成，旁轭的截面等于心柱的截面。中间两柱的每柱中间部分有一段小截面的铁心段构成磁阀，并将两柱分别分为上下两段，每段上各套有一个绕组，上段的上部两个绕组端和下段的下部两个绕组分别并接在一起，上段的下部两个绕组端和下段的上部两个绕组端则交叉串联连接，每柱上绕组的下部和下绕组的上部
均设有中间抽头，每柱上、下两个中间抽头见接有一支SCR，且两柱上的SCR 极性相反，中间交叉连接点的两端之间接有一支二极管。
图（6）安装于工程现场的10kV1200kvar MCR外形图片
图（7）单相磁阀式可控电抗器结构示意图
2）工作原理
中间两根立柱的每柱中间有一段面积大约为主截面的三分之一的小截面铁心段，当链过的磁通不大时，小截面段不饱和，磁通顺利通过整个铁心，当磁通增大至某一数值时，小截面段饱和，磁阻增大，阻止磁通继续增大，因而小截面段起到了磁阀的作用。在中间两铁心柱上，套上四个绕组，并在中间进行交叉串联连接，同时在各绕组中间引出中间抽头，其匝数比按下式确定：
2
12N N N +=
δ一般情况下δ=5%左右；图（8）是单相MCR 的接线简图，每柱上、下两绕组的中间抽头通过T1、T2两只SCR 相连，而且连接方向相反，二极管D 跨接在交叉端点，作用是提供续流通道，有利于T1、T2关断和提高整流效率；m 、n 为电抗器的两个接线端。
T2
图（8）单相磁阀式可控电抗器接线图
如图（9）所示，当外加电压e(t)为正极性时（见图（9）a)所示），四个中间抽头的电压降
Z
t e )
(δ也是正极性；此时，如果T1被触发导通，上、下绕组内将分别产生直流电流，在它们的作用下使右铁心柱去磁左铁心柱增磁，从而使左铁心柱产生饱和，降低了总的电感量，增加了电抗器的容量。反之，当外加电压e(t)和
Z
t e )
(δ为负极性时，T2被触发导通电流回路如图（9）b)所示，使右铁心柱增磁左铁心柱去磁，降低了总的电感量，增加了电抗器的容量，得到与正极性工
作状态相同的结果。在交变电压e(t)的作用下，使T1、T2轮流导通，形成了一个全波整流电路。此时，改变T1、T2导通角的大小，便调整了励磁电流的大小，进一步改变了电抗器铁心的饱和程度，从而达到平滑调节电抗器容量的目的。图（10）示出了电抗器的磁通波形和磁化曲线，横坐标为励磁电流I i ，纵坐标为磁通φ，β为饱和度，图中给出了β（120°）和β（180°）两种情况下的磁通波形。
T2
T1
a）正极性工作状态
b）负极性工作状态
图（9）外加e(t)交流电压时的两种工作状态
φd 图（10）MCR 的磁通波形和磁化曲线
可以看出，在所有工作情况下，励磁回路所产生的直流控制磁通在两个半铁心柱内形成闭环，不向外流出；再者，电抗器的工作绕组和控制绕组合二为一，以自耦形式工作，使得电抗器的总体结构大为简化并有利于减小电抗器的运行损耗。
2、MCR的基本特性
1）伏安特性
图（11）MCR电流电压特性曲线
MCR的电流电压特性如图（11）所示，图中横坐标为基波电流幅值标幺值，基准值为额定电压下的基波电流幅值，纵坐标为电压幅值标幺值，基准值为额定电压。由图可见可控电抗器输出电流随控制角增加而减少，而且很重要的一点，在相同的控制角度下，电压与电流的比基本相同，也就是说MCR与饱和电抗器的特性不同，呈现出了良好的恒阻抗特性，这大大简化了控制的复杂性，提高了控制性能。
2）控制特性
图（12）给出了控制角与额定电压下基波电流标幺值的对应曲线，虚线为计算值，实线为实际值。图中横坐标为SCR的控制角度，纵坐标为电抗器在额定电压下的基波电流标幺值，基准值为额定基波电流幅值。随着控制角α的增大，电抗器电流减小，电感增大，电抗器的电流值与控制角具有明显的非线性。由此可见，可控电抗器输出电流（容量）随控制角增加而减少。
图（12）MCR控制特性曲线
3）响应时间
从图（12）、图（13）可以看出，电抗器从空载到满载或从满载到空载，有一个调整过程，经实测，正常情况下，从零电流直接给定到额定电流，大约需要0.3s左右。如果不采用合理的励磁方法，将无法满足快速补偿无功冲击负荷的需求。所以采取合理的励磁方法，成为提高响应速度的关键问题。
为提高MCR的控制响应时间，有两种方案可供择选，一是提高励磁回路的工作电压，提高励磁系统容量，达到快速调节一次系统电流的目的；但是这样做会增加控制系统的负担，损耗也会随之增加，而且励磁电流与电压成平方的关系增长，随着MCR容量的增加，励磁系统的设计制造难度增大，成本增加，运行
可靠性下降，一般不采取这种励磁方式。二是设计专门的快速励磁系统，比如LC快速励磁电路，利用电容器中存储的电荷，半个周期内就可以转换到励磁绕组上的工作原理，可以达到快速励磁的理想效果；用这种电路设计的快速励磁系统，其响应时间已达到了10ms，完全满足因负荷无功冲击造成电压闪变的治理响应速度要求。
图（13）MCR加载和减载过渡过程一次电流实测波形
4）谐波特性
MCR产生的谐波如图（14）所示，横坐标为磁饱和度，纵坐标为谐波电流标么值。可以看出，电抗器电流的第n次谐波分量具有n个零值点和(n-1)个极值点，且各次谐波的最大极值点均靠近。由图可以看出最大3次谐波电流为额定基波电流约7%，5次谐波电流为2.5％左右。在三相对称系统里，通过构成三角形接法，3次谐波不会流向电力系统，而且，如果采用多重化接法，THD I可以降低到1.2%左右，甚至更低；在合适的饱和度下，谐波电流的含量还会进一步降低。完全能够达到电网对动态无功补偿设备的要求。
图（14）MCR的谐波特性
五、MCR在电网中的实际应用
从MCR的结构特点、工作原理和基本特性可以看出，无论是工作性能还是系统构成，与TCR相比都有着得天独厚的巨大优势；另外，现代电网的无功补偿，正向着优化、动态和平滑调节方向发展，MCR顺应了时代的潮流，为其提供了一个优异的发展平台。MCR的出现改变了无功补偿技术、设备的现有格局，必将对该行业的发展带来划时代的技术革命。
1、利用MCR改造变电站固定式或集合式并联电容器（FC+MCR）
在早期的无功补偿设备中，因负荷背景和控制技术等原因，采用固定电容器组或集合式电容器的补偿方式较多。补偿容量动辄几十甚至上百兆乏，固定运行于供电中。由于其补偿容量无法自动调节，引起系统高负荷时欠补低负荷时过补的现象时有发生，给系统的稳定运行带来很大的影响；而且，随着现代工业技术的发展，生产设备的容量在不断增大，它们的投入和退出对电网造成的无功波动也越来越严重，进一步加重了补偿设备在系统运行中造成的被动局面。有些补偿设备由于这种情况的存在，不得已退出运行，形成了严重的资源浪费。利用MCR 快速动态调节感性无功输出这一特点，抵消因负荷变动形成过补偿的容性无功，始终保持电网无功平衡，可以弥补固定电容器组或集合式电容器的功能缺陷。
图（15）描述了利用MCR 改造固定电容器组或集合式电容器的主接线原理图。从图中可以看出，MCR 并接于原有并联电容器支路上，与电容器支路共用一个出线开关，MCR 支路设置进线隔离开关，便于检修和维护；MCR 本体可以安装于户外或户内适当位置，通过电缆与系统连接，由于MCR 的安装要求与油浸式变压器基本相同，具有结构紧凑、安装方便等优点，占用的安装空间不大，改造工程量很小；控制部分视情况安装于主控室或其他户内位置，系统信号由于采用了光纤传输，抗干扰能力较强，安装距离对系统的影响也不大。其详细设计方案请参见附录中的应用案例。
综上所述，利用MCR 改造固定电容器组或集合式电容器不但技术上成熟可靠，同时还具备施工简单、投资小等一系列特点，与其他类型的SVC 相比具有无与伦比的强大优势。这种改造不但使闲置的资源得到充分的利用，从深远意义上讲能够对电网的安全、稳定、经济运行起到举足轻重的重要作用。
出线TA
主变
进线TA
MCR支路FC支路
图（15）FC+MCR 型SVC 主接线图
2、MCR 与PF 支路组成滤波型SVC （PF+MCR ）
由电容器、电抗器和电阻器等无源元件组成的电力系统滤波设备，对减小非线性负载产生的谐波污染，具有显著的作用；无源滤波设备的设计基本原则之一，就是针对特定次数谐波提供一个比系统阻抗还要小的通道，使得谐波通过这些低阻抗通道被消耗，不会向供电系统内传播。
PF 在设计时不但要充分考虑系统供电特征，还要认真分析负荷用电规律，同时兼顾电容器经济设计容量，设计计算工作量可想而知，这只是建立在理论分析基础上的设计，实际工程情况往往要复杂的多。实践证明，虽然经过反复的计算求证，实际应用时的效果也只能满足在某一设定范围内符合系统要求。为保证取得较好的滤波效果，有些设计方法的原则是：在保证系统无功平衡的基础上，尽可能加大PF 支路基波补偿容量，使PF 支路在完成滤波功能的基础上同时兼顾对系统的无功补偿。此时PF 支路输出的基波容性无功是固定不变的，效果与固定补偿相同，无法与负荷变动相匹配，形成欠补和过补现象，谐波得到了治理，同时又带来更加严重的无功问题，对系统来说得不偿失。
13次高通滤波支路
11次单调谐滤波支路7次单调谐滤波支路5次单调谐
滤波支路
MCR支路
图（16）PF+MCR 型SVC 主接线图
为了避免这种问题的发生，如图（16）所示，利用MCR 快速动态平滑调节感性无功输出的特性，吸收多余的基波容性无功，使系统无功达到平衡，能够从根本上解决上述问题，同时也简化了PF 的设计复杂性。采用MCR 组成的PF+MCR 型SVC 在实际应用中的各项运行参数，证明了以上分析，取得了良好的滤波和补偿效果。
高压电压无功补偿-无功补偿的意义
无功补偿的意义 电网中的许多用电设备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。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。 有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示 式中： S——视在功率，kV A P——有功功率，kW Q——无功功率，kvar φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。 由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。 当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：
1、提高功率因数 如图2所示图中： P——有功功率 S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 φ1——补偿前的功率因数角 φ2——补偿后的功率因数角 由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。 2、降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为 式中 P——有功功率，kW； U——额定电压，kV； R——线路总电阻，Ω。 由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。 3、改善电压质量 线路中电压损失ΔU的计算公式 式中 P——有功功率，KW； Q——无功功率，Kvar； U——额定电压，KV； R——线路总电阻，Ω
无功补偿改造技术方案
项目编号：陕西斯瑞工业有限责任公司真空感应中频熔炼炉无功补偿改造项目 编写：王海龙 会审： 审定： 批准： 2013年01月20日
目录1．无功补偿的经济意义 2.公司中频炉的电路分析 3.效益分析 4.中频熔炼电源的改进方案 5.配电室的无功补偿配套方案 6.联系电话
一、无功补偿的原理及经济意义 1.无功补偿的原理 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 例如磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在纯感元件中作功时,电流超前于电压90度 电流通过元件中作功时,电流滞后电压90度同一电路中,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接近0度，也就是尽可能使电压、电流同相位，使电路呈现纯阻性电路的特性。这样电路中电流最小，那么流过整个闭合回路的电路中的损耗最小，负载的转换效率最高，这就是无功补偿的原理，工厂企业的设备主要是各种电机及感性负载具体分析如下： 电机数学模型 以二相导通星形三相六状态为例，为了便于分析，假定： a)三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称； b)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响； c)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布； d)磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。 则三相绕组的电压平衡方程可表示为： (1) 式中：为定子相绕组电压(V)；为定子相绕组电流(A)；
负荷计算及无功补偿
第三章 负荷计算及无功补偿 广东省唯美建筑陶瓷有限公司 刘建川 3．1 负荷曲线与计算负荷 负荷曲线（load curve ）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标糸中，纵坐标表示负荷（有功功率和无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位） 日负荷曲线 年负荷曲线 年每日最大负荷曲线 年最大负荷和年最大负荷利用小时数 3．1．2 计算负荷 计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，其物理量含义是计算负荷所产生的恒定温升等于实际变化负荷所产生的最高温升。通常将以半小时平均负荷依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据。 3．2 用电设备额定容量的确定 3．2．1 用电设备的一作方式 （1）连续工作方式 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部份温升不超过最高允许值，负荷比较稳定。 （2）短时运行工作制 （3）断续工作制 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间与停歇时间相互交替。取一个工作时间内的工作时间与工作周期的百分比值，称为暂载率，即 *100%%100%0 t t T t t ε==+ 暂载率亦称为负荷持续率或接电率。根据国家技术标准规定，重复短暂负荷下电气设备的额定工作周期为10min 。吊车电动机的标准暂载率为15%、25%、40%、60%四种，电焊设备的标准暂载率为50%、65%、75%、100%，其中草药100%为自动焊机的暂载率。 3．2．2 用电设备额定容量的计算 （1）长期工作和短时工作制的设备容量 等于其铭牌一的额定功率，在实际的计算中，少量的短时工作制负荷可忽略不计。 （2）重复短时工作制的设备容量 ○ 1吊车机组用电动机的设备容量统一换算到暂载率为ε=25%时的额定功 率，若不等于25%，要进行换算，公式为：2Pe Pn ==Pe 为换算到ε=25%时的电动机的设备容量 εN 为铭牌暂载率
无功补偿及电能计算
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摘要：分析了工矿企业采用无功补偿技术的必要性，介绍了无功补偿方式的确定及补偿容量的计算方法，并论述了加强无功补偿装置管理、提高运行效率应注意的问题。 关键词：无功补偿；技术管理；工矿企业 1 前言 供电部门在向用电单位（以下简称用户）输送的三相交流功率中，包括有功功率和无功功率两部分。将电能转换成机械能、热能、光能等那一部分功率叫有功功率，用户应按期向供电部门交纳所用有功电度的电费；无功功率为建立磁场而存在并未做功，所以供电部门不能向用户收取无功电度电费，但无功功率在输变电过程中要造成大量线路损耗和电压损失，占用输变电设备的容量，降低了设备利用率。因此，供电部门对输送给用户的无功功率实行限制，制订了功率因数标准，采用经济手段———功率因数调整电费对用户进行考核。用户功率因数低于考核标准，调整电费是正值，用户除了交纳正常电费之外，还要增加支付调整电费（功率因数罚款）；用户功率因数高于考核标准，调整电费是负值，用户可以从正常电费中减去调整电费（功率因数奖励）。 用电设备如变压器、交流电动机、荧光灯电感式镇流器等均是电感性负荷，绝大多数用户的自然功率因数低于考核标准，都要采取一些措施进行无功补偿来提高功率因数。安装移相电力电容器是广大用户无功补偿的首选方案。 2 无功补偿的经济意义 2．1 提高输变电设备的利用率 有功功率
无功功率补偿装置的几种方式
无功功率补偿装置的几种方式 国家认监委于2007年4月18日发布的2007年第9号公告《强制性认证产品目录描述与界定表》，明确将低压无功功率补偿装置列入强制性产品认证。 于2007年8月6日发布的国家认监委2007年第21号公告《关于部分电子电器产品发布新版实施规则的公告》，其中包括了《CNCA-01C-010；2007低压成套开关设备强制性认证实施规则》。该实施规则对低压无功功率补偿装置的各项要求进行了明确的规定。 中国质量认证中心于2007年7月20日发布了《低压无功功率补偿装置实施CCC认证的原则和程序》明确了低压无功功率补偿装置的认证原则及申请、受理、资料等要求。 因此，本文针对已列入强制性产品认证的无功功率补偿装置的关键环节-保护问题，进行进一步较深入的讨论，以期使无功功率补偿装置的功能和性能得到进一步的提高，确保认证产品的性能安全可靠。 2．无功功率补偿装置的主回路构成 一般无功功率补偿装置主回路的典型构成,如下图所式 体积小.其缺点是对电网存在污染,易损坏, 过载能力低,成本高,对工作环境要求较高.此种投切方式适用于负载变化大,功率因数变化快,控制精度高的场所. 这种投切方式是近几年才开发出来的产品,其构成就是把机电开关和电力电子开关复合在一起,以求把这两种投切方式的优点进行组合,抑制缺点. 其结构就是将机电开关和电力电子开关并联在一起,进行工作.其工作原理是先将晶闸管投入运行,待电流稳定后,在投入机电开关,然后晶闸管撤除工作,完成投入.断开时,先将晶闸管投入工作,机电开关停止工作,晶闸管在停止工作,完成切除.这种将机电开关和电力电子开关的复合投切方式,可以说,尽可能的利用各自的优点,降低缺点. 目前,此种投切方式在目前的市场上,使用量还是比较大的.但一些固有的缺 点仍然存在,例如对电网的污染问题. 此外, 电力电子开关方式和复合式开关方式的制造商,还在其制造的产品上,增加了一些辅助和保护功能.还须视各产品分别看待.
并联电容器无功补偿方案
课程设计 并联电容器无功补偿方案设计 指导老师：江宁强 1010190456 尹兆京
目录 1绪论 (2) 1.1引言 (2) 1.2无功补偿的提出 (3) 1.3本文所做的工作 (3) 2无功补偿的认识 (3) 2.1无功补偿装置 (3) 2.2无功补偿方式 (4) 2.3无功补偿装置的选择 (4) 2.4投切开关的选取 (4) 2.5无功补偿的意义 (5) 3电容器无功补偿方式 (5) 3.1串联无功补偿 (5) 3.2并联无功补偿 (6) 3.3确定电容器补偿容量 (6) 4案例分析 (6) 4.1利用并联电容器进行无功功率补偿，对变电站调压 (6) 4.2利用串联电容器，改变线路参数进行调压 (13) 4.3利用并联电容器进行无功功率补偿，提高功率因素 (15) 5总结 (21) 1绪论 1.1引言 随着现代科学技术的发展和国民经济的增长，电力系统发展迅猛，负荷日益增多，供电容量扩大，出现了大规模的联合电力系统。用电负荷的增加，必然要
求电网系统利用率的提高。但由于接入电网的用电设备绝大多数是电感性负荷，自然功率因素低，影响发电机的输出功率; 降低有功功率的输出; 影响变电、输电的供电能力; 降低有功功率的容量; 增加电力系统的电能损耗; 增加输电线路的电压降等。因此，连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率。 1.2无功补偿的提出 电网输出的功率包括两部分：一是有功功率；二是无功功率。无功，简单的说就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。电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。 1.3本文所做的工作 主要对变电站并联电容器无功补偿作了简单的分析计算,提出了目前在变电站无功补偿实际应用中计算总容量与分组的方法,本文主要作了以下几个方面的工作: 对无功补偿作了简单的介绍，尤其是电容器无功补偿，选取了相关的案例进行了简单的计算和分析。 2无功补偿的认识 2.1无功补偿装置 变电站中传统的无功补偿装置主要是调相机和静电电容器。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关SCR、GTR、GTO等相继出现，将其作为投切开关无功补偿都可以在一个周波内完成，而且可以进行单相调节。如今所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管投切的无功补偿设备，主要有以下三大类型: 1、具有饱和电抗器的静止无功补偿装置； 2、晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器，这两种装置统称为SVC 3、采用自换相变流技术的静止无功补偿装置——高级静止无功发生器。
电网无功功率计算.docx
电网中的许多用电设备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。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。 有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示 式中 S——视在功率，kVA P——有功功率，kW Q——无功功率，kvar φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。 由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。 当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用： 1、提高功率因数 如图2所示图中
P——有功功率 S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 φ1——补偿前的功率因数角 φ2——补偿后的功率因数角 由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。 2、降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为 式中 P——有功功率，kW； U——额定电压，kV； R——线路总电阻，Ω。 由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。 由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。 例：某县电力公司某配电所，2005年1月～2月份按实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量152.6万kW·h，无功供电量168.42万kvar·h，售电量133.29万kW·h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW·h，线损率12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时， (1)可降低的线路损耗
工厂无功功率因数的补偿
工厂无功功率因数的补 偿 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
许多企业一般都是在企业内部配电室里二次侧的千伏母线上集中安装一些电容器柜，对变配电系统的无功功率进行补偿，这对于提高企业内部的供电能力，节约变配电损耗都有积极作用。可是，由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接，即在供配电线路的未端，分散在各个生产车间里面，形成了企业内部的输配电网络，其结果造成大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动，所造成很大的损耗。由此，企业尽可能提高自然功率因数外，还必须采取分组补偿和就地补偿等措施，来提高功率因数，最终实现节能降耗的目的。 二、现状 在二十五家企业中，抽查了他们的变压器和总共119条输配电线路运行情况，绝大多数企业能将自己变电系统中的功率因数补偿到以上的规定指标，以免被罚款。这就是说在功率因数的补偿工作中，他们的集中补偿做的不错，但仍有部分企业的分组补偿和就地补偿做的就差些了，或根本就没做，补偿好的单位，其主变压器的二次端至各车间的输配电线路的功率因数基本上在以上，而补偿差些的单位其输配电线路大部分功率因数在以下，如温州某皮革有限公司（以下简称A公司）抽查七条输配电线路，有五条在以下的，而温州某钢业有限公司（以下简称B公司）的一条输配电线路的功率因数只有。综合这些单位被抽查的输配电线路的功率因数，在以上的约占52%，在～之间的约占27%，在以下的约占21%。 可见分组补偿和就地补偿做得远远不够，这主要是企业对功率因数认识不足引起的，如B公司企业规模较大，企业内有二级变压从35KV变 10KV，到车间再变至380V，有企业变电站，中心控制室，全电脑控制显示，其设施和环境可谓一流，但检查发现其补偿就有问题，将无功补偿
10kv高压无功补偿装置技术规范书
10kV高压无功自动补偿装置书范规技术
月○二一年○三 目录 1. 总则 ....................................... 错误！未定义书签。 2. 引用标准 ................................... 错误！未定义书签。 3. 设备的运行环境条件 ......................... 错误！未定义书签。 4. 功能规范 ................................... 错误！未定义书签。 5. 设备规范 ................................... 错误！未定义书签。 6. 控制器的主要技术指标 ....................... 错误！未定义书签。 7、微机保护单元的主要技术参数及性能要求 ....... 错误！未定义书签。 8、电容器组投切专用永磁真空开关主要技术参数及性能要求错误！未定义书签。9．电容器主要技术参数及性能要求： ............. 错误！未定义书签。10．电抗器的主要技术参数及性能要求： .......... 错误！未定义书签。11．放电线圈的主要技术参数及性能要求： ........ 错误！未定义书签。12．避雷器的主要技术参数及性能要求： .......... 错误！未定义书签。13．成套装置的其他技术要求： .................. 错误！未定义书签。 14. 质量保证和试验 ............................ 错误！未定义书签。 15. 工作及供货范围 ............................ 错误！未定义书签。 16. 技术文件及技术图纸 ........................ 错误！未定义书签。 17. 包装、运输和贮存 .......................... 错误！未定义书签。 18. 现场服务 .................................. 错误！未定义书签。 19. 其它 ...................................... 错误！未定义书签。 1 1. 总则
无功补偿,现场无功补偿技术升级改造方案
承德建龙低压变压器无功改造节电计算和效益分析 根据现场测试，变压器大小，谐波情况，综合结算各配电室补偿情况如下：
最终确定补偿容量为21920Kvar。 我们选择设计480V电容，运行电压为400V，实际补偿容量为安装容量的0.694，实际补偿容量为： 实际补偿容量=21920×0.694=15212.48Kvar 考虑到设备启停及其他运行情况，补偿量也就在70%左右，实际投入补偿容量为：实际投入补偿容量=15212.48×0.7=10648.736 根据计算标准： 年可节电量=补偿容量×无功经济当量×年运行时间 “补偿容量”为实际投运的补偿容量，单位是kva “年运行时间”按照一年运行333天计算，为8000小时 “无功经济当量”按照国家标准GB12497《三相异步电动机经济运行》中的规定：KQ 为无功经济当量 当电动机直连发电机母线KQ=0.02～0.04 二次变压取KQ=0.05～0.07 三次变压取KQ=0.08～0.10； 这个标准的规定是适用于异步电动机的，当然也可以参照适用于其他无功负荷。 计算结果如下： 我们补偿在变压器二次侧，所以无功经济当量KQ取最小0.05 年可节电量=10648.736×0.05×8000=4259494.4度
综合分析： 一. 每年节约电量4259494.4度 二. 降低线路损耗 三. 无形效益分析： 1通过无功补偿提高功率因数，降低母线电压波动，提高供电质量 2降低总降压变电所的无功补偿和谐波治理压力，为优化主变容量费创造有利条件。 3通过滤除谐波，延长变压器和电机等电气设备使用寿命，防止对全厂电网的污染，提高电气系统稳定性 我公司生产的低压动态滤波补偿装置不但有补偿功能还有滤波功能，可以大幅减少系统谐波。对电器设备有很大的好处，下面介绍一下谐波的危害. 谐波的危害： 1无功补偿柜损坏：不能投切、投切开关烧毁、保险丝烧断、电容炸裂。 原因：是电容对高频的谐波电流呈低阻抗，电容过载；同时谐波电流诱发谐振，电容上产生更大的谐波电流，烧毁无功补偿装置。 2变压器、电缆过热：绝缘损坏、寿命缩短、噪声大、发热严重、降低输电能力 原因：绕组的损耗与频率的平方根成正比，铁芯的损耗与频率的平方成正比，在集肤效应作用下，高频的谐波电流会造成变压器电缆电机等用电设备发热严重；一些整流变压器带载的直流电机、变频器、中频炉等谐波源设备，经常出现变压器仅仅达到50%负荷时，就温度过高；一些冶炼、铸造厂在正常用电 时电缆放炮、变压器烧毁现象也屡见不鲜。 3电机、轴承损坏：电机噪声大、温度高、绕组烧坏、轴承表面损伤 原因：谐波电流加在电机上，导致高频电流和负序电流产生，造成绝缘损坏，电机发热；高频电流通过杂散电容流过轴承，轴干与轴瓦间导电，断续产生火花形成电弧烧蚀表面。
无功补偿容量计算
无功补偿容量计算 Prepared on 22 November 2020
一、无功补偿装置介绍 现在市场上的无功补偿装置主要分为固定电容器组、分组投切电容器组、有载调压式电容器组、SVC和SVG。下面介绍下各种补偿装置的特点。 1)固定电容器组。其特点是价格便宜，运行方式简单，投切间隔时间长。但它对于补偿变化的无功功率效果不好，因为它只能选择全部无功补偿投入或全部无功补偿切出，从而可能造成从补偿不足直接补偿到过补偿，且投切间隔时间长无法满足对电压稳定的要求。而由于光照强度是不停变化的，利用光伏发电的光伏场发出的电能也跟着光伏能力的变化而不断变化，因此固定电容器组不适应光伏场的要求，不建议光伏项目中的无功补偿选用固定电容器组。 2)分组投切电容器组。分组投切电容器组和固定电容器组的区别主要是将电容器组分为几组，在需要时逐组投入或切出电容器。但它仍然存在投切间隔时间长的问题，且分的组数较少，一般为2～3组（分的组数多了，投资和占地太大），仍有过补偿的可能。因此分组投切电容器组适用于电力系统较坚强、对相应速度要求较低的场所。 3)有载调压式电容器组。有载调压式电容器组和固定电容器组的区别主要是在电容器组前加上了一台有载调压主变。根据公式Q=2πfCU2可知，电容器组产生的无功功率和端电压的平方成正比，故调节电容器组端电压可以调节电容器组产生的无功功率。有载调压式电容器组的投切间隔时间大大缩短，由原来的几分钟缩短为几秒钟。且有载调压主变档位较多，一般为8～10档，每档的补偿无功功率不大，过补偿的可能性较小。因此分组投切电容器组适用于电力系统对光伏场要求一般的场所。
无功功率补偿容量计算方法
论文：无功功率补偿容量计算方法 一、概述 在电力系统的设计和运行中，都必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况，因为它们会破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看，这些故障多数是由短路引起的，因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认识外，还必须熟练掌握电力系统的短路计算。按照传统的计算方法有标么值法和有名值法等。采用标么值法计算时，需要把不同电压等级中元件的阻抗，根据同一基准值进行换算，继而得出短路回路总的等值阻抗，再计算短路电流等。这种计算方法虽结果比较精确，但计算过程十分复杂且公式多、难记忆、易出差错。下面根据本人在实际工作中对短路电流的计算，介绍一种比较简便实用的计算方法。 二、供电系统各种元件电抗的计算 通常我们在计算短路电流时，首先要求出短路点前各供电元件的相对电抗值，为此先要绘出供电系统简图，并假设有关的短路点。供电系统中供电元件通常包括发电机、变压器、电抗器及架空线路（包括电缆线路）等。目前，一般用户都不直接由发电机供电，而是接自电力系统, 因此也常把电力系统当作一个“元件”来看待。 假定的短路点往往取在母线上或相当于母线的地方。图1便是一个供电系统简图，其中短路点出前的元件有容量为无穷大的电力系统，70km 的110kV架空线路及3台15MVA的变压器，短路点d2前则除上述各元 件外，还有6kV, 0.3kA,相对额定电抗(XDK%)为4的电抗器一台。
下面以图1为例，说明各供电元件相对电抗(以下“相对”二字均略)的计算方法。 1、系统电抗的计算 系统电抗，百兆为1,容量增减，电抗反比。本句话的意思是当系统短路容量为100MVA时，系统电抗数值为1;当系统短路容量不为100MVA,而是更大或更小时，电抗数值应反比而变。例如当系统短路容量为200MVA时，电抗便是0.5(100/200=0.5);当系统短路容量为50MVA时，电抗便是2(100/50=2),图1中的系统容量为“』，则100/oo=0,所以其电抗为0。图1供电系统图 本计算依据一般计算短路电流书中所介绍的，均换算到100MVA基准容量条件下的相对电抗公式而编出的(以下均同)，即X*xt=习z/Sxt (1) 式中：Sjz为基准容量取100MVA. Sxt为系统容量(MVA)O 2、变压器电抗的计算 若变压器高压侧为35kV,则电抗值为7除变压器容量(单位MVA, 以下同)；若变压器高压侧为110kV,则电抗值为10.5除变压器容量；若变压器高压侧为10(6)kV,则电抗值为4?5除变压器容量，如图1中每台变压器的电抗值应为10.5/15=0.7,又如一台高压侧35kV, 5000kVA 及一台高压侧6kV, 2000kVA的变压器，其电抗值分别为7/5=1.4, 4.5/2=2.25 本计算依据公式为：X*b=(ud%/100).⑸z/Seb) (2) 式中ud%为变压器短路电压百分数，Seb为变压器的额定容量(MVA) 该公式中ud%由变压器产品而定，产品变化，ud%也略有变化。计算方法中按10⑹kV、35kV、110kV电压分别取ud%为4.5、7、10.5。
10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案(模板示例)
10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案 1 系统概述 根据某铜业厂提供的现有配电系统情况可知，工厂现有35KV进线一条，该线非该厂专线。厂内主要负荷为电解铜生产线及大功率电机等用电设备。因电解铜生产线采用的是可控硅整流装置。由于可控硅整流装置的六脉及12脉整流特性，在运行过程中将产生以6N±1和12N±1（N为正整数）为主的谐波电流注入电网，危及到其它用电设备及电网的用电安全。同时因系统功率因数比较低，故用户在10KV母线上安装了一套高压电容补偿柜，但由于电解铜等用电设备在运行时产生了较大的谐波注入系统，而电容补偿柜在投入后又与系统发生并联谐振，对系统谐波进一步放大，造成电容补偿装置在谐波环境下运行因过载而发生较大的异常声音，甚至造成部分电容柜无法正常投入，经常造成高压补偿电容器的熔丝爆炸烧毁。 用户配电系统一次示意图如图1所示。 图1用户配电系统示意图 2系统用电参数分析 根据对厂内变电站10KV I段母线的谐波测试数据分析，可将运行时有功功率、无功功率、功率因数及谐波的变化可归纳为： （1）10KV母线平均功率因数约为0.92左右， （2）母线协议容量10MVA， （3）主要谐波源类型：热电解铜及大功率电机等， （4）10KV线路三相功率数据分析 段10KV I段母线正常运行时负荷基本相等，且负载相对较稳定。有功功率基本都8000kW左右，功率因数相对较低，约0.92左右，无功功率也基本在2800kVar～3300kVar之间变化。 3谐波分析 因负载大部分采用的是六脉波及12脉波整流，产生的主要谐波为：6N±1次及12N±1（N为工频频率倍数）。故10KV段谐波的特征次为5、7、11、13．．．．．．。其中5、7、11次谐波相对较大，故滤波装置应考虑以滤除5、7、11次谐波为主的滤波方式。根据我司于2007/09/21日对配电系统10KV母线 I段的谐波测试数据分析，将设备运行时产生的各次谐波值分析如下： 35kV侧用户协议容10MVA，设备容量90MVA，正常方式下短路容量为689MVA。 为了对滤波装置的滤波效果要求更为严格，故各次谐波电流注入允许值可按最小短路容量为689MVA的标准来考核，见表1。
平顶山无功补偿技术方案
技术方案 项目名称：集团尼龙公司 6kV无功补偿设备
1 现场参数采集 6kV Ⅰ母进线柜参数 有功功率P=3.29MW,瞬时值 无功功率Q=2.27Mvar,瞬时值 电流（线）I=375A ,瞬时值会在389A、410A、420A等波动电压（线）U=5.98kV ,瞬时值会在6kV、6.1kV等波动 功率因数cosφ=0.82 6kV Ⅱ母进线柜参数 有功功率P=4.23MW,瞬时值 无功功率Q=2.86Mvar,瞬时值 电流（线）I=510A ,瞬时值会在520A、550A等波动 电压（线）U=6kV ,瞬时值 功率因数cosφ=0.82，瞬时值 6kV 电容器柜参数 无功功率Q=781kvar,瞬时值 额定电流Ic=75A 电压（线）U=6.1kV ,瞬时值 功率因数cosφ=0.82，瞬时值 2 参数计算 6kV Ⅰ母无功功率Q C1为，目标功率因数为cosφ 2=0.99 Qc P = 带入参数计算为：Q C1=1827kvar 即：在目前的负荷有功功率为3290kW时，需要目标功率因数为0.99，成套电容器设备的输出容量应为1827kvar。 根据GB50227-1995的规定电容器设备的过负荷能力 a. 稳态过电流:装置能在方均根据值不超过1.1×1.30In的电流连续运行。 b 稳态过电压:装置的连续运行电压为1.05UN下表现规定的稳态电压下运行相应的时间。 稳态过电压
所以电容器设备的额定电压选择为6.6/ 运用，使系统中存在了大量的谐波源。这些谐波源产生的谐波会对系统的设备造成严重的影响。例如母线电压互感器谐振等。为了使电容器设备的可靠运行并对谐波进行抑制，需要在电容器回路中串联电抗器进行谐波抑制。对本工程的使用中考虑系统中可能存在的谐波源为电力电子组成的六脉三相整流桥，产生的谐波主要是6k ±1次谐波。主要表现为5次、7次谐波，根据GB50227-2008的规定： 对抑制谐波的电抗器已经进行了规定:当谐波为5次级以上时，电抗率易取4.5%～6.0%；所以在系统中串联6%电抗率的电抗器抑制系统谐波。在电抗器串联后，要达到1827kvar 的补偿容量需要的安装容量为： 2121 ( )1U Q Q U k =??-输出安装 U 1—母线电压 U 2—电容器端电压 k —串联电抗器电抗器率 221 2 ()1)6.6( )16%)18276 2078var U Q k Q U k =?-?=?-?=安装输出（（ 考虑到母线上还有一台1800kW 的异步电动机需要投入电网，在异步电动机在稳定负荷运行时，母线上的有功功率为: 12329018005090P P P kW =+=+=总 在1827kvar 的补偿容量投入后的，把参数反带入公式，此功率因数变为： Qc P = 2cos 0.947?= 所以在电动机设备投入后，功率因数仍然满足要求。 考虑工厂的现有情况，在各级补偿点均进行了无功补偿，并且网络内还有发电机设备，所以PCC 的110kV
无功补偿常用计算方法
按照不同的补偿对象，无功补偿容量有不同的计算方法。 （1）按照功率因数的提高计算 对需要补偿的负载，补偿前后的电压、负载从电网取用的电流矢量关系图如图3.7所示： I 2r I 1 补偿前功率因数1cos ?,补偿后功率因数2cos ?，补偿前后的平均有功功率为 P ，则需要补偿的无功功率容量 )t a n (t a n 21? ?-=P Q 补偿 （3.1） 由于负载功率因数的增加，会使电网给负载供电的线路上的损耗下降， 线损的下降率 %100)cos (3)cos (3)cos ( 3%21 122 2211?-= ?R I R I R I P a a a ???线损 %100)c o s c o s (1221??? ? ???-=?? （3.2） 式中R 为负载侧等值系统阻抗的电阻值。 （2）按母线运行电压的提高计算 ①高压侧无功补偿 无功补偿装置直接在高压侧母线补偿，系统等值示意图如图3.8所示： 图3.7 电流矢量图
P+jQ 补偿 图中， S U、U分别是系统电压和负载侧电压；jX R+是系统等值阻抗（不 含主变压器高低压绕组阻抗）；jQ P+是负载功率， 补偿 jQ是高压侧无功补偿容 量； 1 U、 2 U分别是补偿装置投入前后的母线电压。 无功补偿装置投入前后，系统电压、母线电压的量值存在如下关系： 无功补偿装置投入前 1 1U QX PR U U S + + ≈ 无功补偿装置投入后 2 2 ) ( U X Q Q PR U U S 补偿 - + + ≈ 所以 2 1 2U X Q U U补偿 ≈ -（3.3） 所以母线高压侧无功补偿容量 ) ( 1 2 2U U X U Q- = 补偿 （3.4） ②主变压器低压侧无功补偿 无功补偿装置在主变压器的低压侧进行无功补偿，系统等值示意图如图3.9所示： P+jQ 补偿 图3.8 系统等值示意图
配电网无功功率补偿方法的
第04期2011年2月 企业研究Business research No.04FEB.2011 1引言 无功功率补偿是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一项重大课题，正在受到越来越多的关注。电网中无功功率不平衡主要有以下两个方面的原因：一方面是供电部门传送的电力质量不高；另一方面是用户的电气性能不够好。这两方面的综合原因导致无功功率的不均匀分布和各种问题的产生。显然，这些需要补偿的无功功率如果都要由发电端产生和提供并经过长距离传输是不可能的,最有效的方法是在大量需要无功功率的地方安装无功补偿装置并进行无功功率的就地补偿。 2SVC 补偿原理 静态无功功率补偿装置(SVC)是对电力系统中的无功功率进行快速动态补偿，不仅可以实现对动态无功功率因数的修正、提高电力系统的静态和动态稳定性使系统能够抵御的大的故障诸如单相接地短路、两相短路和三相短路，还可以减少电压和电流的不平衡。 图2-1a)所示为系统、负载和补偿器的单相等效电路图。其中，U 代表电路的电压，R 和X 分别代表电路的电阻和电抗。设负载变化很小，故有，则当时，表示电路电压与无功功率变化的特性曲线如图2-1b)中所示，由于电路电压变化率较小，其横 坐标也可以换为无功功率的电流。由此可以得出，该特性曲线 是向下倾斜的，即随着系统供给的无功功率Q 的不断增加，系统电压逐渐逐级下降。 3TCR 型无功补偿装置3.1晶闸管控制电抗器(TCR) TCR 是SVC 中最重要的组成部分之一，其单相基本结构是两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联。如图3-1所示，串联的晶闸管要求同时触发导通。这样的电路并联到电网上， 相当于电感负载的交流调压电路的结构。IEEE 将晶闸管控制电抗器(TCR)定义为一种并联型晶闸管控制电抗器，通过控制晶闸管的导通时间，进而可以使其有效电抗连续变化。反并联的两个晶闸管就像一个双向开关，晶闸管阀T1在电压的正半周期导通，而晶闸管阀T2在电压的负半周期导通。 通过改变晶闸管的触发角α，可以 改变电抗器电流的大小，即可以达到连续调节电抗器的基波无功功率的目的。由于电感的存在，在TCR 触发角α<90°时触 发的晶闸管中包含直流分量，且不对称；因此，TCR 型晶闸管的触发角的有效范围在90°-180°。当α=90°时，晶闸管完全导通，相当于与晶闸管串联的电抗直接接到了电力网络中，这时其吸收的无功功率最大。当触发角在90°-180°之间时， 配电网无功功率补偿方法的研究 李学勤 作者简介：李学勤，河北电力设备厂，河北，邯郸，056004） 装置的电路图 无功补偿原理 图2-1无功功率动态补偿原理 图3-1TCR 的基本结构 127 ··
10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案(模板示例)
10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案(模板示例)
10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案 1 系统概述 根据某铜业厂提供的现有配电系统情况可知，工厂现有35KV进线一条，该线非该厂专线。厂内主要负荷为电解铜生产线及大功率电机等用电设备。因电解铜生产线采用的是可控硅整流装置。由于可控硅整流装置的六脉及12脉整流特性，在运行过程中将产生以6N±1和12N±1（N为正整数）为主的谐波电流注入电网，危及到其它用电设备及电网的用电安全。同时因系统功率因数比较低，故用户在10KV母线上安装了一套高压电容补偿柜，但由于电解铜等用电设备在运行时产生了较大的谐波注入系统，而电容补偿柜在投入后又与系统发生并联谐振，对系统谐波进一步放大，造成电容补偿装置在谐波环境下运行因过载而发生较大的异常声音，甚至造成部分电容柜无法正常投入，经常造成高压补偿电容器的熔丝爆炸烧毁。 用户配电系统一次示意图如图1所示。
因负载大部分采用的是六脉波及12脉波整 流，产生的主要谐波为：6N ±1次及12N ±1（N 为工频频率倍数）。故10KV 段谐波的特征次为5、7、11、13．．．．．．。其中5、7、11次谐波相对较大，故滤波装置应考虑以滤除5、7、11次谐波为主的滤波方式。根据我司于2007/09/21日对配电系统10KV 母线 I 段的谐波测试数据分析，将设备运行时产生的各次谐波值分析如下： 35kV 侧用户协议容10MVA ，设备容量90MVA ，正常方式下短路容量为689MVA 。 为了对滤波装置的滤波效果要求更为严格，故各次谐波电流注入允许值可按最小短路容量为689MVA 的标准来考核，见表1。 表1注入35kV PCC 点各次谐波 电流限值 2次 3次 4次 5次 6次 7次 8次 9次 10次 11次 12次 13 次 13.78 4.49 7.07 5.30 4.69 5.05 3.49 3.77 2.85 4.55 2.39 4.08 14次 15次 16次 17次 18次 19次 20次 21次 22次 23次 24次 25次 2.0 4.1 1.7 3.3 1.5 2.9 1.3 1.6 1.2 2.4 1.1 2.3
无功功率补偿原理及方法分析
无功功率补偿原理及方法分析 摘要：无功功率补偿是保障电力系统能源质量的有效方法，其在降低电能消耗以及能源节约方面的效果是非常明显的，所以其在长距离电能运输中的作用是不可忽视的。为保障电网系统运行的效益，我国加大了对无功功率补偿技术研究的力度，本文通过对电网系统进行研究，探讨一下无功功率补偿的原理和方法以及其在电网系统中的应用。 关键词：无功功率补偿补偿原理补偿方法 无功功率补偿是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一项重大课题，正在受到越来越多的关注。电网中无功功率不平衡主要有以下两个为一面的原因:一为一面是供电部门传送的电力质量不高；另一为一面是用户的电气性能不够好，这两为一面的综合原因导致无功功率的不均匀分布和各种问题的产生。显然，这此需要补偿的无功功率如果都要由发电端产生和提供并经过长距离传输是不可能的，最有效的为一法是在大量需要无功功率的地为一安装无功补偿装置并进行无功功率的就地补偿。 1 无功补偿的原理 电流在电感元件中做功时，电流滞后于电压90o；而电流在电容元件中作功时，电流超前于电压90o。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180o。如果在电磁元件电路中安装一定的电容元件，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，从而提高电能做功的能力，这就是无功补偿的道理。图1和图2分别为感性阻抗和容性阻抗中电流、电压和功率的波形变化规则。在第一个四分之一周期内，电流由零逐渐增大，此时，电感吸收功率，转化为磁场能量，而电容放出储存在电场中的能量；第二个四分之一周期，电感放出磁场能量，电容吸收功率，以后的四分之一周期重复上述循环。 从图3可以看出并联电容器无功补偿原理。将并联电容器C与供电设备(如变压器)或负荷(如电动机)并联，则供电设备或负荷所需要的无功功率，可以全部或部分由并联电容器供给，即并联电容器发出的容性无功，可以补偿负荷所消耗的感性无功。
工厂供电课程设计示例.doc
工厂供电课程设计示例 一、设计任务书（示例） （一）设计题目 X X机械厂降压变电所的电气设计 （二）设计要求 要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。 （三）设计依据 1、工厂总平面图，如图11-3所示 2、工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600 h ，
日最大负荷持续时间为6 h 。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380伏。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220伏。本厂的负荷统计资料如表11-3所示。 表11-3 工厂负荷统计资料（示例） 3、供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电合同规定，本厂可由附近一条10KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线型号为LGJ-150 ，导线为等边三角形排列，线距为 2 m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约8 km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500 MV A。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，
定时限过电流保护整定的动作时间为 1.7 s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80 km，电缆线路总长度为25 km 。 4、气象资料本厂所在地区的年最高气温为38°C，年平均气温为23°C，年最低气温为-8°C，年最热月平均最高气温为33°C，年最热月平均气温为26 °C，年最热月地下0.8m处平均温度为25°C，当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20 。 5、地质水文资料本厂所在地区平均海拔500 m，地层土质以砂粘土为主，地下水位为2 m。 6、电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所的高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/KV A，动力电费为0.2 元/KW·h.，照明（含家电）电费为0.5 元/KW·h.。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9 。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6~10KV为800元/KV A。 （四）设计任务 1、设计说明书需包括： 1）前言 2）目录 3）负荷计算和无功补偿 4）变电所位置和型式的选择 5）变电所主变压器台数、容量与类型的选择 6）变电所主接线方案的设计 7）短路电流的计算 8）变电所一次设备的选择与校验 9）变电所进出线的选择与校验 10）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定