1、第11章 工厂电能质量与无功补偿11.1电能质量概述11.2 无功补偿和谐波抑制措施11.3电能节约的意义及其一般措施11.4电力变压器的经济运行11.5并联电容器的应用本章小结11.1.1电能质量的定义和主要指标 理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。但是电力系统中的非线性负荷及冲击性、波动性负荷使得电网发生波形畸变、电压波动、闪变、三相不平衡，非对称性和负荷波动性日趋严重，恶化了电能质量。电能质量的下降严重地影响供用电设备的安全、经济运行，降低人民的生活质量。1.电能质量的定义nIEEE的定义：合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该
2、设备正常工作的。n大多数专家的定义：导致用户电力设备不能正常工作的电压、电流或频率偏差，造成用电设备故障或误动作的任何电力问题都是电能质量问题。n供电部门的定义：供电的可靠性n电力用户的定义：能使用户设备正常运行，不发生中断或扰动的电能的一种性质。2.电能质量的主要指标n电压偏差n频率偏差n谐波含量n电压波动和闪变n三相电压不平衡（1）电压偏差n电压偏差或称电压偏移，是指由给定瞬间设备的端电压与设备额定电压的差值，通常是与其额定电压的百分数来表示 式中 为电压偏差；为实际电压；为额定电压%UUU%U100NNUUNU（1）电压偏差n影响电压偏差因素n无功功率是造成电压损耗的主要原因。n电压偏差
3、的危害n当系统电压降低时，异步电动机的转差率增大，从而电动机各绕组中的电流将增大，温升将增加，效率降低，寿命缩短。n某些电动机驱动生产机械的机械转矩与转速的高次方成正比，转差增大、转速下降时，其功率迅速减少。（1）电压偏差n启动电压降低后，电动机的启动过程将大大增长，电动机可能在启动过程中因温度过高而被烧毁。n电炉的用电功率与电压的平方成正比，炼钢厂的电炉将因电压过低而影响冶炼时间，从而影响产量。n当系统电压过高时，将使电气设备的绝缘受损。n变压器、电动机等设备的铁芯要饱和，铁芯损耗增大，温升将增加，寿命将缩短。（1）电压偏差n电压过高的时候，对于对电压敏感的照明负荷白炽灯而言，将会使白炽灯的
4、寿命缩短。但是，电压过低，亮度和发光效率又要大幅度下降。日光灯的反映比较迟钝，但当电压偏离其额定值的时候，也将缩短寿命。n至于因系统中无功功率短缺，电压水平低下，某些枢纽变电所母线电压微小的扰动下，顷刻之间的大幅度下降，则更是一种导致发电厂之间失步、系统瓦解失误的灾难性事故。（2）频率偏差n频率偏差是指电网频率对于额定频率的偏离程度，一般用百分比表示n式中 为频率偏差；为实际频率；为额定频率(50Hz)。%ffff100NNfffN（2）频率偏差n影响因素n 频率的影响因素主要从电力系统的规划、设计和运行调度等方面考虑。在规划设计中，电源和负荷的供需平衡、调频调峰方案的选取，特别是各种类型火力
5、发电厂、水电厂因地制宜的配置比例是否得当，对运行中的系统频率影响更大。（2）频率偏差n危害：n频率的变动会引起电动机转速的变化，从而影响产品质量;n近代工业、国防和科学技术广泛使用的电子设备，其工作会因为系统频率的不稳定而受到影响;n频率的变动会导致坏数据的产生，频率偏低的时候，雷达和电子计算机等设施不能正常运行，社会各方面受到的影响是不可估量的，其后果不堪设想;（2）频率偏差n低频运行的电网应付事故的能力极差，稍微受到扰动，就会有整个系统瓦解的危险，造成大面积的停电;n不仅频率下降时对电力系统会产生危害，而且频率上升时对电力系统同样会产生各种危害。（3）电压波动和闪变n电压波动是指电网电压有
6、效值的连续快速变动，n闪变是指将包含冲击性波动的电压施加到灯具或电光变换器上，人们可以觉察到的灯闪。n研究证明，人眼对电压波动频率10Hz左右最为敏感，因此在计算电压闪变时，必须将不同频率的调幅电压折算到等效10Hz的值。（3）电压波动和闪变n衡量电压波动的表达式为：n其中 和 分别为工频电压调幅波的相邻两个极值电压(均方根值)。n电压波动与电压偏差的区别：规定电压变化率大于每秒0.2%时为电压波动否则视为电压偏差。%UUUU100-tNminmaxmaxUminU（3）电压波动和闪变n电压波动与闪变的产生n由用户波动性负荷所引起，波动性负荷可分为周期性的波动性负荷和非周期性的波动性负荷两类，
7、其中周期性或近似周期性波动性负荷对闪变的影响更为严重。（3）电压波动和闪变n电压波动与闪变的危害na.照明灯光闪烁，引起人的视觉不适和疲劳；nb.电视机画面亮度变化，垂直和水平幅度摆动；nc.电子计算机、自动控制设备等工作不正常；nd.电机转速不均匀，危及安全运行，影响产品质量等。（4）三相电压不平衡n基本概念n在三相交流供电系统中，如果三相的电压或电流幅值或有效值不等，或者三相的电压或电流相位差不为120度时，则称此三相电压或电流不平衡。n三相不平衡度的度量可用下式表示：n式中 为三相电压用对称分量分解后的负序分量的幅值；n 为三相电压用对称分量分解后的正序分量的幅值。%10012UU2U1
8、U（4）三相电压不平衡n三相不平衡的产生n主要是由负荷不平衡、系统三相阻抗不对称以及消弧线圈的不正确调谐引起的。n三相不平衡的危害n由于负序电压的存在，就使三相系统中的三相感应电动机在产生正向转矩的同时，还产生一个反向转矩，从而降低电动机的输出转矩，并使电动机绕组电流增大，温升增高，缩短电动机使用寿命。（4）三相电压不平衡n对三相变压器来说，当最大相电流达到变压器额定电流时，其他两相却低于额定值，从而使变压器容量不能得到充分利用。n对多相整流装置来说，三相电压不对称，将严重影响多相触发脉冲的对称性，使整流装置产生较大的谐波，进一步影响电能质量。11.1.2 谐波和谐波分析n1.电力系统谐波的含
9、义n谐波（harmonics）是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，也常称它为高次谐波。n谐波次数用h表示。谐波次数h必须是个正整数 2.畸变波形的谐波分析n谐波分析是指周期性的非正弦波形（畸变波形）利用傅立叶级数展开法及傅立叶变换，分解为基波及各次谐波的方法。n非正弦的时间周期波 n把时间轴用角度表示后，周期函数可表示成为)()(kTtftf)kt(f)t(fT2.畸变波形的谐波分析n傅里叶变换：)(tf1htsinhbtcoshaa)(hh01htsinhAa)(hh00ahh和Ahhba 和式中 为直流分量；为 h次谐波的幅值和初相角；为h次谐波的余弦项系数和正弦项系数
10、。2.畸变波形的谐波分析n相互关系 hcosAbsinAahhhhh，22hhhbaA0hhhhh180b/aarctanb/aarctan00hhbb当当2.畸变波形的谐波分析n利用三角函数的正交性，可得200h200h2000)()(1)()(2)()(1)()(2)()(21)(1ttdsinhtfdtthsintfTbttdcoshtfdtthcostfTatdtfdttfTaTTT11.1.3 无功功率 n在含有谐波的非正弦电路中，有功功率、视在功率和功率因数的定义均和正弦电路相同。n非正弦周期函数可用傅里叶级数表示成式中不同频率下的正弦函数都是互相正交的，即上述函数集合中的两个不同
11、函数的乘积在一个周期内的积分为零。)(tf1htsinhbtcoshaa)(hh01htsinhAa)(hh011.1.3无功功率1h2hUU1h2hII1h2h1h2hIUUIS22QPS1hhh2021hcosIUtuidP因此无功功率Q只是反映了能量的流动和交换，并不反映能量在负载中的消耗。在这一点上，它和正弦电路中无功功率最基本的物理意义是完全一致的。没有区别基波电压电流之间产生的无功功率、同频率谐波电压电流之间产生的无功功率，以及不同频率谐波电压电流之间产生的无功功率对于谐波源和无功功率的辨识，对于理解谐波和无功功率的流动，都缺乏明确的指导意义。这一定义也无助于对谐波和无功功率的监测
12、、管理和收费。11.1.3无功功率n由同频率电压电流正弦波分量之间产生的无功功率为n同一个谐波源有可能某些次谐波的无功功率为感性无功功率，而另一些次谐波的无功功率为容性无功功率，从而出现两者互相抵消的情况。而实际上，不同频率的无功功率是无法互相补偿的，这中互相抵消是不合理的。1hhhfhsinIUQ11.1.3无功功率n引入畸变功率D 2f22QPS22f22DQPS22f2DQQD是由不同频率的电压电流正弦波分量之间产生的。由于11.1.3无功功率n设正弦电压有效值为U，畸变电流有效值为I，其基波电流有效值及与电压相角差分别为I1和 ，h次谐波有效值为 。考虑到不同频率的电压电流之间不产生有
13、功功率，则得 11cosUIP 11fsinUIQ 2122f2IUQP2h2h2212222IUIUIUS2h2h22f222IUQPSD11hI11.1.4谐波和无功功率的产生 n（1）电力系统本身存在着周期性的非正弦独立电源n由不同频率的正弦电流分量叠加而成，当它注入线性时不变的电力系统后，产生的电压、电流将仍然是由这些频率的正弦分量组合而成，输入的畸变是直接造成了输出的畸变。m)thsin(I)t(i0hh1hs211.1.4谐波和无功功率的产生n（2）工频电压或电流作用于非线性负载。n工频电压n非线性时不变负载，其特性为n则得n可见，输入电压的频率为 ，输出电流中则包含有频率 和的
14、两种频率的正弦分量。tUtu11sin2)()()(3tkutitkUtkUti1311313sin221sin223)(1131用图11-1来说明正弦电源给线性（直线1）和非线性的负载（曲线2）供电的情况。11.1.4谐波和无功功率的产生n（3）电力系统中存在时变负载 n如有一电导，其电气特性为n求得畸变电流为：tsinG)t(Gg0)()()(tutGtitUtu11sin2)(tcostcosGUti)()(22)(g1g10111.1.4谐波和无功功率的产生n其结果是：当 是 的偶数倍时，中的频率就是 的奇数倍；当 是 的奇数倍时，中的频率则是 的偶数倍。如果 与 之比为有理分数，则
15、中的最低频率可能小于 ，大于 的频率也可能出现在 的整数倍频之间，而且输入频率 还有可能消失在输出中。n电力系统谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加的电压与产生的电流不成线性（正比）关系而造成的波形畸变。g11)(tig111111)(tig)(ti111.1.5无功功率的影响和谐波的危害 n1.无功功率的影响 n（1）增加设备容量。无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。n（2）设备及线路损耗增加。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及
16、线路的损耗增加。RUQPRIIRIP3222q2p211.1.5无功功率的影响和谐波的危害n（3）使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。11.1.5无功功率的影响和谐波的危害n2.谐波的危害 n（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。n（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。11.1.5无功功率的影
17、响和谐波的危害n（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。n（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。n（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。11.2无功功率补偿和谐波抑制措施 n11.2.1无功补偿电容器 n11.2.2LC滤波器 n11.2.3有源电力滤波器 11.2.1无功补偿电容器n（一）控制无功功率的方法：n1同步发电机 调整励磁电流，使其在超前功率因数下运行，输出有功功率的同时输出无功功率。n2同步
18、电动机与前者的区别主要在于同步发电机位于各发电厂，而同步电动机位于大用户处。11.2.1无功补偿电容器n3同步调相机 当同步电动机不带负载而空载运行，专门向电网输送无功功率时，称为同步调相机。主要装设于枢纽变电所。n4并联电容器 可提供超前的无功功率，多装设于降压变电所内，亦可就地补偿。n5静止无功补偿装置具有调相机的功能，使用日益广泛但投资较大。11.2.1无功补偿电容器n（二）并联电容器无功补偿n1.特点：并联电容器简单经济、方便灵活，已逐渐取代了同步调相机。n 2.原理：见下图11.2.1无功补偿电容器图11-2 并联电容器补偿无功功率的电路和相量图（a）电路；（b）相量图（欠补偿）；（
19、c）相量图（过补偿）11.2.1无功补偿电容器n图11-2（a），n图11-2（b），并联电容器后电压与电流相位差变小了，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。n图11-2（c），若电容C的容量过大，使得供电电流相位超前于电压，这种情况称为过补偿。RLCIII11.2.1无功补偿电容器n不希望出现过补偿的原因n因为这会引起变压器二次电压的升高，而且容性无功功率在电力线路上传输同样会增加电能损耗。如果供电线路电压因此而升高，还会增大电容器本身的功率损耗，使温升增大，影响电容器的寿命。11.2.2 LC滤波器n1.优点：既可以补偿谐波，又可以补偿无功功率，而
20、且结构简单，一直被广泛应用。n2.主要缺点n（1）补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。n（2）只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。n尽管如此，LC滤波器当前仍是补偿谐波的主要手段。11.2.2 LC滤波器n3.组成：由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成。11.2.2 LC滤波器n4.分类：n（1）单调谐滤波器 n利用R、L、C电路串联谐振原理构成。一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单，缺点是电能损耗比较大，但随着品质因素的提高而减少，同时又随谐波次数减少而增加，低次谐波主要是27次，因此，基波损耗放大。二阶
21、单调谐滤波器当品质因数在50以下时，基波损耗可减少20%50%。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但组成复杂，数值也高，用于电弧系统中，2次滤波器选用三阶滤波器为好，其他次选用二阶单调谐滤波器。11.2.2 LC滤波器n（2）双调谐滤波器。n这种滤波器的两个谐振频率实际上相当于两个并联的单调谐滤波器，它同时吸收两种频率的谐波。与两个单调谐滤波器相比，减少了回路，基波损耗较小，只有一个电抗器承受全部冲击电压。n这种滤波器结构比较复杂，调谐较困难，但在高压大容量滤波装置中采用有一定的技术、经济上的优越性。11.2.2 LC滤波器n（3）高通(宽带)滤波器在高于某个频率之后很宽的频带范围内呈低阻抗
22、特性，用以吸收若干高次谐波。11.2.3有源电力滤波器n有源电力滤波器（APF）将系统中所含有害电流（高次谐波电流、无功电流及零序负序电流）检出，并产生与其相反的补偿电流，以抵消输电线路中的有害电流。n变流装置在检测系统的控制下将直流电能转化为有害电流所需要的能量，或者说补偿装置所产生的电流波形正好与有害电流的频率幅值完全相同，而相位正好相差180，从而达到了补偿有害电流的效果。n作为一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，APF能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行实时补偿。11.2.3有源电力滤波器n工作原理：n有源电力滤波器装设在谐波源处，采用与无源滤波器完全相同的原理。
23、n将谐波源负荷的电流 按供电点电压 分解为与电压波形相同且同相位的有功电流 及与其正交的无功电流 )(ti)(tu)(pti)(qti11.2.3有源电力滤波器n有源电力滤波器用来补偿负荷电流中的无功分量，产生一个与 相等且反相的电流 ，n系统电流n故有源电力滤波器产生的电流把负荷电流中的全部谐波分量和基波无功分量完全补偿，消除了注入系统的谐波电流，并使系统侧的功率因数为1。qififqii sisfpiiii11.3电能节约的意义及其一般措施 n11.3.1电能节约的意义 n11.3.2工厂电能节约的一般措施 11.3.1电能节约的意义n我国将能源建设包括电力建设作为国民经济建设的战略重点之
24、一，同时提出在加强能源开发建设的同时，必须最大限度地提高能源利用的经济效果，大力降低能源消耗。n大约有70%的电能消耗在工业部门，节约电能，不只是减少工厂的电费开支，降低工业产品的生产成本，可以为工厂积累更多的资金，更重要的是，由于电能能创造比它本身价值高几十倍甚至上百倍的工业产值，因此多节约1kWh的电能，就能为国家多创造若干财富，有力地促进国民经济的发展。由此可见，节约电能具有十分重要的意义。11.3.2工厂电能节约的一般措施n1.加强工厂供用电系统的科学管理 n（1）加强能源管理，建立和健全管理机构和制度 统一管理 能耗定额管理 奖惩制度；n（2）实行计划供用电，提高能源利用率宏观调控1
25、1.3.2工厂电能节约的一般措施n（3）实行负荷调整，“削峰填谷”，提高供电能力 负荷调整：就是根据供电系统的电能供应情况及各类用户的不同用电规律，合理地安排和组织各类用户的用电时间，以降低负荷高峰、填补负荷低谷(即所谓“削峰填谷)，充分发挥发、变电设备的能力，提高电力系统的供电能力 峰谷分时电价和丰枯季节电价 11.3.2工厂电能节约的一般措施n工厂的调荷主要有下列一些措施：n错开各车间的上下班时间、进餐时间等，使各车间的高峰负荷时间错开，从而降低工厂总的负荷高峰；n调整厂内大容量设备的用电时间，使之避开高峰负荷时间用电；n调整各车间的生产班次和工作时间，实行高峰让电，等等。11.3.2工厂
26、电能节约的一般措施n（4）实行经济运行方式，全面降低系统能耗；经济运行方式：能使整个电力系统的电能损耗减少、经济效益提高的一种运行方式。“以小换大”或“以单代双 11.3.2工厂电能节约的一般措施n（5）加强运行维护，提高设备的检修质量。n电力变压器通过检修，消除了铁芯过热的故障，就能显著降低铁损，节约电能。n电动机通过检修，使转子与定子间的气隙均匀或减少，或者减少转轴的转动摩擦，也都能降低电能损耗。n将线路中接头接触不良、严重发热的问题解决好，不仅能保证安全供电，而且电能损耗也得以减少。n对于其他的动力设施，加强维护保养，减少水、气、热等能源的跑、冒、滴、漏，也能直接节约电能。11.3.2工
27、厂电能节约的一般措施n2.搞好工厂供用电系统的技术改造n（1）逐步更新淘汰现有低效高耗能的供用电设备n（2）改造现有不合理的供配电系统，降低线路损耗 n（3）选用高效节能产品，合理选择供用电设备的容量，或进行技术改造，提高设备的负荷率这也是节电的一项基本措施。11.3.2工厂电能节约的一般措施n（4）改革落后工艺，改进操作方法 n（5）采用无功补偿设备，人工提高功率因数 11.4 电力变压器的经济运行 n11.4.1 经济运行与无功功率经济当量的概念 n11.4.2一台变压器运行的经济负荷计算 n11.4.3两台变压器经济运行的临界负荷计算 11.4.1 经济运行与无功功率经济当量的概念n1.
28、经济运行：(economic operation)是指能使电力系统的有功损耗最小、经济效益最佳的一种运行方式。n2.电力系统的有功损耗:不仅与设备的有功损耗有关，而且与设备的无功损耗有关，因为无功功率的存在，将使系统中的电流增大，从而使电力系统的有功损耗增加。11.4.1 经济运行与无功功率经济当量的概念n3.无功功率经济当量(economic equivalent of reactive power):n表示电力系统中每减少1 kvar的无功功率，相当于电力系统所减少的有功功率损耗kW数，其符号为Kq。nKq值与电力系统的容量、结构及计算点与电源的相对位置等多种因素有关。11.4.1 经济运
29、行与无功功率经济当量的概念n 对工厂变配电所来说，Kq=0.020.15（平均取Kq=0.1）：n 对由发电机电压直配的工厂，可取Kq=0.020.04；n对经两级变压的工厂，可取Kq=0.050.08；n对经三级及以上变压的工厂，可取Kq=0.10.15。11.4.2一台变压器运行的经济负荷计算n变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗两部分;n无功损耗通过Kq换算后，等效为有功损耗;n变压器的有功损耗加上变压器无功损耗换算系数的等效有功损耗，就称为变压器有功损耗换算值。11.4.2一台变压器运行的经济负荷计算n一台变压器在负荷为S时的有功损耗换算值 2NNq0q2Nk0TqTSSQKQKSSPP
30、QKPP2NNqk0q0SSQKPQKPP即 TPTQ0PkP0QNQ为变压器的短路损耗；为变压器的无功损耗；为变压器的空载损耗，查手册；为变压器的短路损耗，查手册；为变压器空载时的无功损耗；为变压器满载（二次短路)时的无功损耗；S N为变压器的额定容量。N00100S%IQ NN100S%UQk11.4.2一台变压器运行的经济负荷计算n变压器的经济负荷计算：n条件：P/S为最小值的条件n令d(P/S)/d S=0，可得为Nqk0q0NecQKPQKPSS11.4.2一台变压器运行的经济负荷计算n变压器的经济负荷率或经济负荷系数Nqk0q0ecQKPQKPK一般电力变压器的经济负荷率约为50左
31、右。11.4.2一台变压器运行的经济负荷计算n【例11-1】试计算S9-800/10型配电变压器（Dyn11联结）的经济负荷和经济负荷率，已知S9-800/10型变压器的有关技术数据：=1.4 kW，=7.5 kW，=2.5，=5。n解：N00100S%IQ 8000.025 kvar=20kvar NN100S%UQk8000.05 kvar=40kvar 取Kq=0.1，变压器的经济负荷率为 5440Nqk0q0ec.QKPQKPK11.4.2一台变压器运行的经济负荷计算n变压器的经济负荷 AkVAkV.QKPQKPSS4358005440Nqk0q0Nec11.4.3两台变压器经济运行的
32、临界负荷计算n假设有两台同型号同规格的变压器，每台额定容量为SN，变电所的总负荷为S。n（1）一台变压器单独运行时，担负着总负荷S n 有功损耗换算值 2NNqk0q0ISSQKPQKPP11.4.3两台变压器经济运行的临界负荷计算n（2）两台变压器并列运行时，每台承担S/2，n 有功损耗换算值 2NNqk0q0II222SSQKPQKPP将P与S的函数关系绘成如右图所示的两条曲线，这两条曲线相交于a点，a点所对应的变压器负荷，就是此两台变压器经济运行的临界负荷，用Scr表示。IPIPIIP IIP 当SScr时，则因，宜于一台运行；，宜于两台运行。当S=Scr时，则因IPIIP当S=Scr时
33、，则=，得两台变压器经济运行的临界负荷 Nqk0q0Ncr2QKPQKPSS11.4.3两台变压器经济运行的临界负荷计算n如果是n台同型号同规格的变压器，则判别n台与n-1台经济运行的临界负荷 Nqk0q0Ncr1QKPQKPnnSS11.4.3两台变压器经济运行的临界负荷计算n【例11-2】某车间变电所装有两台S9800/10型配电变压器(Dyn11联结)，试计算其经济运行的临界负荷值。n解：利用例【11-1】的同型变压器的技术数据，代人式(11-35)即得判别此两台变压器经济运行的临界负荷(取Kq=0.1)为Nqk0q0Ncr2QKPQKPSS1.40.1 2080026157.50.1
34、40kV AkVA因此当负荷S615 kVA时，则宜于两台并列运行。11.5并联电容器的应用 n11.5.1并联电容器的接线 n11.5.2并联电容器的装设位置 n11.5.3并联电容器的控制与保护 n11.5.4并联电容器的运行维护 11.5.1并联电容器的接线n1.接线电容器的总容量 n2.Y形电容器的总容量 2C3 CUQ 2YC3CUQU为三相线路的线电压 为三相线路的相电压 U YCC3QQ11.5.1并联电容器的接线n3.电容器采用接线时，任一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿；而采用Y接线时，一相断线时，断线的那一相将失去无功补偿。n4.电容器采用接线时，任一电容器击穿短路时，将
35、造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。如果电容器采用Y接线，情况就完全不同。图11-6 三相线路中电容器Y联时的电流分布（a）正常时的电流分布；（b）A相电容器击穿短路时的电流分布和相量图 电容器正常工作时 CCBAX/UIIIACCABBA3333IX/UXUII当A相电容器短路时 电容器采用Y形接线，在其中一相电容器击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的3倍，因此相对比较安全。11.5.1并联电容器的接线nGB50053-199410kV及以下变电所设计规范规定：电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时（450kvar及以下）宜接成三角形。
36、低压电容器组应接成三角形。11.5.2并联电容器的装设位置n1.高压集中补偿：将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的610kV母线上。n特点：n（1）只能补偿610kV母线以前线路上的无功功率，而母线后的厂内线路的无功功率得不到补偿，所以这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。n（2）初投资较少，便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的无功补偿，以满足工厂总功率因数的要求。图11-7 高压集中补偿的电容器组接线图电容器组采用联结，装在成套电容器柜内 电容器采用高压熔断器保护防止电容器击穿时引起相间短路 图11-7 高压集中补偿的电容器组接线图由于电容器从电网上切除时有残余电压
37、，残余电压最高可达电网电压的峰值，这对人身是很危险的，因此必须装设放电装置电压互感器TV一次绕组就是用来放电的 为了确保可靠放电，电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关 11.5.2并联电容器的装设位置n按GB500531994规定，室内高压电容器装置宜设置在单独房间内。当电容器组容量较小时，可设置在高压配电室内，但与高压配电装置的距离不应小于1.5m。11.5.2并联电容器的装设位置n2.低压集中补偿：将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。n特点：n(1)能补偿变电所低压母线以前包括变压器及其前面高压线路和电力系统的无功功率;n(2)能使变电所主变压器的视在功率减小，从而可选较小容
38、量的主变压器，因此比较经济;n(3)主变压器容量减小，基本电费就减少了，可使工厂的电费开支减少 图11-8 低压集中补偿的电容器组接线图低压电容器柜一般可安装在低压配电室内，与低压配电屏并列装设；只在电容器柜较多时才需考虑单设一房间。联结 利用220V、1525W的白炽灯的灯丝电阻来放电 放电白炽灯同时也作为电容器组正常运行的指示灯 11.5.2并联电容器的装设位置n3.单独就地补偿单独就地补偿:又称个别补偿或分散补偿，是将并联又称个别补偿或分散补偿，是将并联电容器组装设在需进行无功补偿的各个用电设备旁边。电容器组装设在需进行无功补偿的各个用电设备旁边。n特点：特点：n（1）能够补偿安装部位以
39、前的所有高低压线路和变压）能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和变压器中的无功功率，所以其补偿范围最大，补偿效果最器中的无功功率，所以其补偿范围最大，补偿效果最好，应予优先采用好，应予优先采用；n（2）总的投资较大，且电容器组在被补偿的用电设备）总的投资较大，且电容器组在被补偿的用电设备停止工作时，它也将一并被切除，因此其利用率较低停止工作时，它也将一并被切除，因此其利用率较低；n适用性：适用性：特别适应于负荷平衡、经常运转而容量又大特别适应于负荷平衡、经常运转而容量又大的设备如大型感应电动机、高频电炉等采用，也适应的设备如大型感应电动机、高频电炉等采用，也适应于容量虽小但数量多且长时间稳定运
40、行的设备如荧光于容量虽小但数量多且长时间稳定运行的设备如荧光灯等采用。灯等采用。11.5.2并联电容器的装设位置图11-9 感应电动机旁就地无功补偿的低压电容器组接线图利用用电设备本身的绕组电阻来放电 联结 11.5.2并联电容器的装设位置n对于供电系统中高压侧和低压侧基本无功功率的补偿，仍宜采用高压集中补偿和低压集中补偿的方式。n在工厂供电系统中，实际上多是综合应用上述各种补偿方式，以求经济合理地达到总的无功补偿要求，使工厂电源进线处在最大负荷时的功率因数不低于规定值，高压进线时一般不得低于0.9。11.5.3并联电容器的控制与保护n1.并联电容器的控制 n（1)手动投切的并联电容器n特点：
41、采用手动投切，具有简单经济、便于维护的优点，但不便调节容量，更不能按负荷变动情况进行补偿，以达到理想的补偿要求。n条件：补偿低压基本无功功率的电容器组；补偿常年稳定的无功功率的电容器组；长期投入运行的变压器或变配电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组。11.5.3并联电容器的控制与保护n集中补偿的高压电容器组 11.5.4并联电容器的运行维护n1.并联电容器的投入和切除 n（1）并联电容器是否投入n主要视供电系统的功率因数或电压是否符合要求而定。如果功率因数过低或电压过低时，则应投入电容器或增加电容器投入量。11.5.4并联电容器的运行维护n（2）并联电容器是否切除或部分切除na.如果变
42、配电所母线电压偏高（如超过电容器额定电压10）时，则应将电容器切除或部分切除。nb.当发生下列情况之一时，应立即切除电容器：电容器爆炸；接头严重过热；套管闪络放电；电容器喷油或起火；环境温度超过40。nc.如果变配电所停电，也应切除电容器，以免突然来电时，母线电压过高，使电容器击穿。11.5.4并联电容器的运行维护n切除电容器注意事项：n（1）在切除电容器时，须从仪表指示或指示灯来检查其放电回路是否完好。n（2）电容器组从电网切除后，应立即通过放电回路放电。n按GB50053-1994规定，高压电容器放电时间应不短于5 min，低压电容器放电时问应不短于1 mi n。为确保人身安全，人体接触电
43、容器之前，还应采用短接导线将所有电容器两端直接短接放电。11.5.4并联电容器的运行维护n2.并联电容器的维护 n并联电容器在正常运行中，值班员应定期检视其电压、电流和室温等，并检查其外部，看看有无漏油、喷油、外壳膨胀等现象，有无放电声响和放电痕迹，接头有无发热现象，放电回路是否完好，指示灯是否指示正常等。对装有通风装置的电容器室，还应检查通风装置各部分是否完好。第11章 小节n实际电力系统的电能质量的下降严重地影响了供用电设备的安全、经济运行，降低了人民的生活质量。n首先介绍了电能质量的定义和主要指标，其中谐波问题和无功功率问题对电力系统和电力用户都是十分重要的问题，并分别从谐波和无功功率的概念、产生及危害进行讲述；n简述几种常见的谐波抑制和无功功率补偿的方法；n简述电能节约的意义，并从工厂供用电系统的科学管理和技术改造两个方面分别讲述实现工厂电能节约必须采取的一些措施，接着讲述电力变压器经济运行的有关概念即经济运行临界负荷的计算，n介绍进行无功补偿的并联电容的接线、装设、控制、保护及其维修等问题。
