第八節 低壓就地補償和跟蹤補償分析

一、變電所集中補償的局限性

完全集中于變電站進行無功補償，經濟效果受到很大限制，這是由于電容器組裝于變電站，對減少10kV配電網線損作用不大。因為變電站以下用戶消耗的無功功率仍需要通

過線路長途輸送，其功率和電能損耗在配電網內并未減少。下面進行論證。

（1）當完全不進行補償時，如圖28

圖281 未補償時的簡圖

1所示。

整個網絡的功率損耗為

P2+Q2

P2+Q2

ΔP=

U235 R35×10-3+

U210 R10×10-3

（281）

（2）當電容器組裝于變電站10kV母線時，如圖282所示。整個網絡的功率損耗為

P2+（Q-QC）2

P2+Q2

ΔP=

R35×10-3+

U210 R10×10-3

（282）

U235

（3）當電容器裝于10kV線路時，如圖283所示。

圖282 變電站10kV母線補償簡圖

圖283 10kV線路補償簡圖

整個網絡的功率損耗為

P2+（Q-QC）2

P2+（Q-QC）2

ΔP=

R35×10-3+

R10×10-3

（283）

U235

U10

在電容器組容量QC相同的情況下，比較式（281）、式（2 8 2）和式（2 8 3）可見：當電容器組裝于變電站的10kV母線上時，僅能減少35kV級線損，不能減少10kV級線損。而當電容器組裝于10kV線路上時，則可以同時減少35kV和10kV兩級線損。因此，為了提高無功補償的經濟效益，電容器組盡可能地裝在配電線路上是合理的，現場實測也完全證實了這一點。

但在變電站10kV母線集中裝設部分，電容器組仍然是必需的，其作用如下：（1）就近向配電線路前段（即靠近變電站的線段）輸送無功。

（2）補償主變壓器的無功損耗。

（3）用于調壓。

綜上所述，只有采取分散補償與集中補償相結合的補償方式，才能獲得最佳的綜合效果。

二、電網低壓無功補償的主要問題

無功補償就安裝位置而言可分為集中補償和就地補償。集中補償主要存在以下幾個方面的不足：

（1）補償裝置造價高。在低壓電網中，特別是鄉鎮企業配電變壓器，其容量小，多在200kVA以下，對于用于農灌的變壓器，容量多在50kVA及以下，自動補償柜的價格要比與之配套的電容器的價格高2～3倍，且配電變壓器容量越小，差距越大。

（2）補償裝置部件多、可靠性差。自動補償裝置集檢測、控制、開關、放電等于一體，環節多、裝配復雜，當任何一個環節出現故障就會引起整套裝置失控，因而造成補償

不足或過補償現象，且自動運行率很低。而就地補償由于電容器直接并聯于電機端，安裝方便，電容器放電可靠，只要電容器不出故障，就可正常運行。

（3）集中補償電容器承受電壓高、壽命短。由于集中補償裝置安裝于配電室，電容器承受的供電電壓多在400V以上，電網低谷時電壓往往超過430V，特別是自動控制裝置失控時，易引起電容器過熱、變形、出油、擊穿等現象。

（4）集中補償節能效果差。集中補償只補償了補償點以上的無功電流，對低壓線路中的無功電流并沒有進行補償，更不用說降低低壓線損了。

（5）集中補償裝置安裝檢修復雜，運行費用高。因此，低壓無功補償多推薦采用就地補償。

三、就地無功補償的優越性

（1）提高功率因數。低壓就地無功補償后，功率因數可提高到0.9以上，對負荷穩定的功率因數可接近于0.95以上。

（2）提高電氣設備利用率。采用就地無功補償后，負載電流降低，一般要比補償前降低30%左右。由于低壓電流的降低，其將使導線、開關設備、配電變壓器不至于過熱，使設備運行的可靠性和使用壽命相應提高。

（3）降低低壓電網線損。由于線路損耗和電流的平方成正比，因此采取就地補償減小負荷電流就成為降低線路損耗的有效途徑。無功補償對供電半徑越長、線號越小，節電效果越明顯。

（4）改善電壓質量。在電路中電的損失與線路中傳輸的有功功率、無功功率、線路的電阻和電抗成正比。由此可見，當采取無功補償后，無功功率減小了，電壓損失也就減小了，電壓質量就提高了。

四、無功就地補償方法和可行性探討

（1）就地補償容量和并聯點。按單組在正常運轉時實測的電壓、電流、功率因數計算選擇補償容量，單臺并聯于電機接線端，對于同時運行的多臺電機，追求整體補償效果，因此并聯于電機上的電容器要根據電機組補償需要而定，一般在電機組中選擇容量大、極數多、制動性強的電機作為并聯點，不一定每臺電機上都并聯，這樣不僅電機組可以同時得以補償，而且電容器組和電機組同時運轉、同時停運并通過電機繞組迅速放電。

（2）單組補償容量的選擇。單組電機按正常運行狀態下，功率因數補償到接近于1.0為原則。我們知道，功率因數一般要求補償超過0.9就可以了，而超過0.9以后，功率因數每提高0.01其所投入的電容量要將快速上升，那么，之所以還要將功率因數補償接近于1.0，是因為現在廣泛應用自愈式金屬化電容器，投入運行后，由于其本身的自愈性隨時間的延長，容量將要有不同程度的衰減，因此有意識選擇大一些，使補償后功率因數接近于1.0，以防補償不足，另外目前自愈式金屬化電容器價格低，投入的電容量對補償的經濟性并沒有顯著的影響。

（3）一般情況下，電機端電壓為0.38kV，如果自然功率因數取0.7，補償后功率因數為1.0，則補償容量為

Q=0.5IS

式中 IS———實測電流。

也可以先觀測電流盤表或用鉗型電流表測試正常負荷電流；再按測得電流值的一半估算補償容量，然后安裝試運行，根據功率因數表指示情況或無功電能表的轉動情況，調整補償電容器的容量和數量，直到合適為止，這種方法比較簡單實用。

還可以根據月末有功和無功電量，計算月平均功率因數確定補償容量。

從理論上講，就地補償容量應按電機空載時補償后功率因數不超過1.0為原則，其目的是避免自激和過補償現象發生。間斷性和瞬時性的過補償是正常現象，因此，在就地補償時，應按電機組同時運行的負荷進行補償，以達到總體的補償效果。

（4）不宜采用就地無功補償的情況：1）啟動頻繁的電機。

2）容量小、數量多、負荷不穩定，且又不同時運轉的電機。3）同時運轉率低的負荷。

4）現場環境不允許就地補償，如易腐蝕的化工行業、易燃的紡織行業。五、無功就地補償節能效果

電動機是工、農企業生產中重要的用電設備，也是低壓電網中主要感性電氣設備之一。電動機工作時，因電磁轉換，造成的無功損耗占低壓電網中無功損耗的70%以上。降低電動機的無功損耗，提高其功率因數，合理實施無功就地補償，是企業獲得更大經濟效益的重要途徑。

通過對電動機隨機補償前后進行實際測量，可說明無功就地補償節能效果，以及其給企業帶來的經濟效益。表281給出了某企業電動機補償前后的節能和電壓改善情況對照表。

表281

某企業電動機補償前后情況對照表

其節約電能、減少電費開支情況如下：

（1）水井電機。根據供電局現行功率因數調整電費標準，當補償前cosφ=0.68時，

增加電費系數a=12%，電動機年利用小時數T=8000h，工業基本電費d=0.5015元/

（kW·h），電動機實際功率按P=23.25kW計算。補償后每年節省電費

D=PTda=23.5×8000×0.5015×12%=11193.48（元）

（2）織布電機。T=8000h，cosφ=0.713，a=9.5%，P=12.82kW，補償后每年節

省電費

D=12.82×8000×0.5015×9.5%=4886.21（元）

（3）空壓機。T=8000h，cosφ=0.8，a=5%，P=120.98kW，補償后每年節省電費

D=120.98×8000×0.5015×5%=24268.59（元）

（4）鍋爐循環水泵電機。T=4400h，cosφ=0.77，a=6.5%，P=70.42kW，補償后

每年節省電費

D=70.42×4400×0.5015×6.5%=10100.27（元）

（5）鍋爐引風電機。T=4400h，cosφ=0.72，a=9%，P=26.13kW，補償后每年節

省電費

D=26.13×4400×0.5015×9%=5189.26（元）

5臺電動機配備補償裝置后，每年共節省電費開支：11193.48+4886.21+

24268.59+10100.27+5189.26=55637.81（元），補償裝置容量共125kvar，電容器市場價以50元/kvar，計算，共用去125×50=6250（元），一個多月將全部收回電容器投資。

六、低壓配電網電容器跟蹤補償技術

國內20世紀90年代初開發了以單片機作為單元核心元件的控制系統，以晶閘管器件構成交流電子開關的執行系統，通過跟蹤監測負荷的無功電流，可以多級電容器組進行分相投切的自動控制，補償效果更為準確、快速、安全，且潔凈、低耗、易于控制，可實現安全無人值班運行。消除了過去電容器無功補償的弊病。通過引進先進技術，可以使目前停運或半停運狀態的電容器能正常投入運行，給電網補償無功功率創造出更大的經濟效益。

（1）控制系統。事實上無功補償的根本目的在于補償負荷中的無功電流分量。因此，新型電容器投切控制裝置正是在綜合監測電網電壓、電流、功率因數等的基礎上，對電流無功分量進行分解、監測、判斷，以其作為投切電容器與否、投切組數（電容器容量）與相別的標準。這也是從根本上解決和保證了補償的準確性和合理性。

此外，這種電容器投切的控制裝置以單片機作為其控制核心元件。單片機具有體積小、能耗低、結構緊湊、抗干擾性能好及控制能力強，并可以實現分參數、分機控制，與其他自動控制系統聯網，使無功補償進一步實現智能化、系統化控制。

（2）執行系統。近年來電子技術迅猛發展，以晶閘管為代表的電子半導體器件，以其小巧、輕便、低耗、長壽、快速、易于控制等優越性受到廣泛的應用。電容器投切采用大功率普遍型晶閘管與大功率整流（二極）管并聯，與逆導晶閘管相比，兩者不在同一管芯上，其載流容量之比不必固定，可靈活調節設置，代替有觸點的交流接觸器與電容器組相串聯，作為一種交流電子開關，接受控制網絡的觸發信號，通過控制交流電路通、斷，實現電容器組的自動投切。

電容器投切暫態過程的控制是衡量投切控制裝置動態特性的重要指標。當電容器初始電壓等于電網電壓后，且等于電壓極值時投入電容器組，理論上可達到無過渡過程。而實際上控制裝置是在電網電壓到正、反峰值時分別給兩只晶閘管發出的強觸發脈沖鏈，以保證無論電容器的初始電壓為多少，均可在其與電網電壓值相等的時刻，通過一晶閘管交流

電子開關投入運行，以達到實際中的投切過渡過程最短。

（3）技術的特點。作為無觸點開關，不存在電弧、噪聲及熔焊等現象，且可有效地使電容器的投切暫態過程達到實際的最小。沒有沖擊電流和過電壓現象，可使電容量分級補償一步到位。晶閘管無觸點開關，通、斷次數可達到百萬次以上，大大提高了安全性、可靠性和使用壽命。

通過晶閘管電子開關，電容器無需放電即可重投，動態反應時間在一個周波20ms之內，有效地解決了頻繁性和快速性，即使對于沖擊性、波動性很大的無功負荷，也可實現真正的快速（動態）、準確地跟蹤電壓閃變，提高電網穩定性。

電容器投切新技術的應用，不僅有效地克服了無功倒送等現象，而且有效地改善了功率因數，補償無功功率，并簡化、方便了運行，可真正實現無人值守運行。