无功补偿装置电容器组的投退原则分析研究

无功补偿装置电容器组的投退原则分析研究

摘要：随着国民经济的飞跃发展，电网建设也日新月异，同时，负荷的增长速

度日益突出，功率不平衡问题随之出现，因而需要进行无功补偿，这也是提高功

率因数，节约电力资源，提高运行稳定性的重要保障。目前在各级变电站低压侧

普遍采用并联电抗器和电容器作为无功补偿装置，二者共同配合，保障电力系统

电压、功率以及频率的稳定。而在实际运行中，同一变电站根据谐波的不同，配

置电容器组的电抗率也有所不同，此时就要按照低压电容器的投退原则进行投退，才能更有效的进行无功补偿以及抑制谐波，如果投退顺序有误，可能会影响电网

的安全稳定运行，而本文主要从无功补偿装置的原理，补偿的方式，电抗率的计算，电容器的投退原则等方面进行阐述，为后续电容器的选型以及投退顺序提供

一定的借鉴。

关键词:无功补偿；谐波；电抗率；投退原则

0引言

随着电力系统的复杂化，电网的结构形式也各具特色，并且在不同负荷时期，用电过程中产生的无功功率的缺额也各不相同，此时，电力系统需要提供足够的

无功以进行补偿，才能保证系统的正常运行。否则，当无功缺额过大时，将导致

系统电压不稳定，既影响电能质量，也有可能损坏用电设备，因而在各级电力系

统中，需要配备相应的无功补偿装置，简称无功补偿。

在电力系统中，无功补偿能够提高电网的功率因数，降低电力变压器以及输

电线路的功率损耗，提高供电质量，另一方面，合理的无功补偿，能降低网络损耗，提高供电效率，减少对用电设备的不良影响，提高供电的可靠性和系统运行

的安全性。

1无功补偿的原理

无功补偿[1]装置主要是在电网无功功率不平衡时，提供无功功率，进而降低

电网的能量损耗，提高系统运行的功率因数，从而提升电网的电压质量。有功功

率是保持用电设备正常运行所需要的功率，并且能将电功率转化为其他形式，比

如热能、光能等其他形式的能量，而无功功率相对于有功功率而言，则比较抽象，它主要作用于电路中的电场和维持磁场，对于各种有电气线圈的设备，都需要消

耗无功功率来建立磁场，但是由于它不做功，不能实现能量的转换，所以称为无

功功率。

电动机的工作原理就是需要建立和维持旋转磁场，使得转子转动，进而带到

机械转动，而电动机的转子磁场就是需要从电源处取得无功功率。变压器如果没

有无功功率，一次侧线圈则无法产生磁场，在二次侧就无法出现感应电压，变压

器就无法变压，交流接触器也无法吸合。

同样，对于用电设备，正常工作时，既需要消耗一定的有功功率，也需要从

电源处吸收无功功率来建立磁场，如果无功功率不足，用电设备就不能维持在额

定电压下工作，导致端电压下降，同时影响用电设备的使用寿命。

由于从发电机以及高压输电线路供给的无功功率是无法满足负荷需求的，所

以为了保障电网的安全运行，需要设置一些无功补偿装置来补偿系统所需要的无

功功率。

无功补偿装置的运用有效提高了系统的功率因数，降低线路中的负荷电流，

减少无功功率在电网系统的流动，从而降低电网系统的有功损耗，降低线路以及

变压器因为输送无功功率造成的电能损失，同时还可以减少系统中电压的损失，

提高电压质量，减少相应设备的投资。所以无功补偿装置是一种效率高、投资少

的节能措施，可以在系统缺少无功功率时，迅速补偿，保障系统的稳定运行。

2无功补偿的方式

在电力系统中，无功补偿的方式有多种，下面简要介绍几种常见的无功补偿

方式[2]。

2.1 变电站集中补偿方式

变电站集中补偿方式就是将电容器组安装在变电站的二次母线上，这种补偿

方式不能有效减少每一条馈线的无功功率，对于配电网络的线路降损整体效果一般，但是在下级的补偿不能完全符合标准的情况下，却总能保证送电端的功率因

数符合要求，并且这种补偿方式管理容易，维护方便，补偿容量较大，不过由于

分组有限，且多为手动方式。

2.2线路分布补偿

线路分布补偿主要是在配电线路上安装电容器

来实现功率补偿，但是这类补偿一般需要将电容器安装在远离变电站的位置，在保护配置以及运行维护方面都比较困难，并且成本过高。

2.3随机补偿

随机补偿的补偿方式是将电容器组通过熔断器

与电动机组并接，保持与电动机同时投入或退出，

从电动机端进行无功补偿，从而不需要进行频繁投切，安装和维护都比较方便，但是在电机进行检修或者测量相间绝缘时，容易损坏电机或者电容器，并且

需要安装的容量比其他方式大，相应的电容器利用率也较低。

2.4 随器补偿方式

这种补偿方式主要在变压器二次侧进行，将电容器接在二次侧以补偿变压器

空载情况下的无功损耗，使空载励磁无功功率得到平衡，提高变压器的有效利用率，降低网损，提高用户的电压质量，然而这种方式安装比较分散，维护检修时

需要随变压器一起，增加了维护的难度。

2.5 跟踪补偿方式

这种补偿方式是将电容器组固定安装一组在变压器的低压侧，而其他组作为

备用，根据电网因数的变化进行自动或手动调节进行投切，这种方式虽然比较灵活，但是投入较大，并且相应的保护装置比较复杂，运行维护难度大，并且只能

进行有级调节。

所以综合以上各种方式的优缺点，现在普遍采用在变电站集中补偿的方式进行，这种方式维护简单，然而集中补偿方式由于变压器低压侧需要抑制的谐波不同，所选用的电容器组的电抗率也有所不同，相应的投退原则也必须科学合理，

否则反而容易产生谐波，影响系统的安全运行。

3电容器组串联电抗器的作用

由于电网中很多电气设备和用电设备在运行中都会产生一定量的谐波，这些

谐波对于电网的危害虽然是有限的，但是当变压器出现铁芯饱和、电弧炉炼钢等

情况下则会产生大量的高次谐波，此时将严重影响供电质量和供电可靠性，所以

需要采取一定的措施抑制高次谐波。同时电网需要通过电容器组补偿无功功率，

所以在电容器回路串联电抗器，造成一个对n次谐波的滤波回路，具有十分重要

的意义。

同时，如果单纯安装电容器组，在投入运行时会产生一定的涌流，加装串联

电抗器后，可以把合闸涌流抑制在1+电抗率倒数的平方根倍以下。实际运行中，