电网中的电力负荷如异步电动机、变压器、线路等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装电容器、同步发电机等无功补偿设备，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿 。并联电容器装置是配电系统中常用的补偿方式，我们一起就补偿容量、、补偿方式、额定电压、控制器、串联电抗器探讨一下。
一、补偿容量
     变电站的电容器安装容量，应根据本地区电网无功规划和国家现行标准中有关规定经计算后确定，也可根据有关规定按变压器容量进行估算。若按主变压器容量选择时，建议按主变容量的10％～30％。
      变电站中装设的并联电容器总容量确定以后，通常将电容器分成若干组再进行安装，分组原则主要是根据电压波动、负荷变化、电网背景谐波含量，以及设备技术条件等因素来确定。电容器分组投切时电压波动不宜超过母线额定电压的 2.5％，电压波动可按照下面公式进行计算：
△U=U×Q/sd
式中：Q—母线上所有运行的电容器组容量
  Sd—母线三相短路容量
  U—并联电容器装置投入前的母线电压
△U—母线电压升高值
      当分组电容器按各种容量组合运行时，应避开谐振容量，不得发生谐波的严重放大和谐振，发生谐振的电容器容量，可按下式计算：
Q=Sd×（1/n²—K）
式中：Q—发生n次谐波谐振的电容器容量
  Sd—并联电容器装置安装处的母线短路容量
  N—谐波次数
  K—电抗率
二、补偿方式
      按照三相电容器是三相同时投切还是单相分别投切，无功电容器补偿分为三相共补、单相分补或既有三相共补又有单相分补的混合补偿。对于负荷全部是三相供电时，我们可以选取三相共补的投切方式。对于三相不平衡线路，如果采用三相电容器共相补偿时，取某相电流信号来判断功率因数，以此投切电容器，则对无功功率的补偿不够准确，会造成有的相过补偿，有的相欠补偿，变压器容量也得不到充分发挥，此时，我们则应当选择混合补偿方式，单相分补电容器的容量为总容量10%~20%。
三、额定电压
      众所周知，电容器的输出容量与其运行电压的平方成正比（即 Q=ωCU2）,电容器运行在额定电压时，则输出额定容量，当运行电压低于额定电压时，则电容器的输出容量也就低于额定容量（俗称亏容）。因此，在选择电容器的额定电压时，如果安全裕度取值过大，则输出容量的亏损也大，所以应尽量使其接近额定电压。反之，如选择的电容器额定电压低于运行电压，将会造成电容器运行过载，如果长期过载运行，会使电容器内部介质产生局部放电，从而造成对电容器绝缘介质的损害。局部放电会使固体介质和液体介质分解，介质分解产生的臭氧和氮的氧化物等气体，将会使电容器的绝缘介质受到化学腐蚀，造成介质损耗增大，产生局部过热，进一步可能发展成绝缘击穿，使电容器损坏。选择电容器的额定电压可由公式求出计算值，再由电容器的标准系数中选取，电容器额定电压的计算公式如下：
Un=1.05×U/S×（1-k）×1.732
式中：En—单台电容器的额定电压
  U—电容器接入点电网标称电压
  S—电容器组每相的串联段数
  K—电抗率
四、低压无功功率自动补偿控制器
1、产品分类
1）按取样物理量不同分为功率因数型、无功电流型、无功功率型。
2）按延时时间分为静态补偿控制器、动态补偿控制器。
3）按相数分为分相补偿控制器、三相补偿控制器。
2、功能要求
1）设置功能：应有投入及切除门限设定值、延时设定值、过电压保护设定值的设置功能；对可按设定程序投切的控制器应具有投切程序设置功能；面板功能键操作应具有容错功能；面板设置应有硬件及软件闭锁功能。
2）显示功能：具有工作电源、超前/滞后、输出回路工作状态、过电压保护动作的显示，带带有数字显示的控制器应有电网即运行参数及设定调显，对具有电压监测或统计功能的控制器应具有监测或统计数据调显等功能。
3、设置要求
      控制器动作阈值是电容器组接通时的最小动作电流，按电容器组额定电流的0.62倍考虑。三相电容器二次动作电流为：
Iop=0.62×Q×1000/（U×nTA×1.732）
式中：Iop—二次动作电流
  U—电容器组额定电压
  Q—电容器组额定容量
  nTA—电流互感器变比
五、串联电抗器
     往期已经介绍，本文不再赘述！

今天我们一起了解一下并联电容器容量是如何选择，并深入学习无功补偿的相关知识。随着我国基础建设的高速发展，电力配套设施建设也同时快速跟进，为贯彻国家的技术经济政策，降低输配电损耗，无功补偿设备得到了更广泛的应用，也成为建筑电气中重要的一环。根据《GB 50227-2017 并联电容器装置设计规范》的5.2.4条款要求，单台电容器额定容量选择，应根据电容器组容量和每台电容器串联的段数和并联台数确定，并宜在电容器产品额定容量系列的优先值中选取。
 在进行电容器容量选择之前，我们先了解一下无功补偿的设计规定：
1.无功补偿设计基本要求
  (1) 应合理选择变压器容量并通过合理的选择线缆及敷设方式等措施,减少线路感抗以提高用户的自然功率因数。如采用提高自然功率因数措施后仍达不到要求时,应进行无功补偿；
  (2) 合理设计补偿容量，避免过补偿，不得向电网输倒送无功；
  (3) 10kV及以下无功补偿宜在配电变压器低压侧集中补偿；
  (4) 补偿基本无功功率的电容器组,宜在配变电所内集中补偿；
  (5) 容量较大、负荷平稳且长时间使用的用电设备的无功功率宜单独就地补偿；
  (6) 10kV电容器组宜串联适当参数的电抗器。有谐波源的用户在装设低压电容器时,宜采取措施,避免谐波污染。
2.无功补偿装置的设置，通过对不同负荷情况进行不同的操作方式的选择，从而使得补偿更加经济、合理、可靠
  (1) 具有下列情况之一时,宜采用手动投切的无功补偿装置:
  1) 补偿低压基本无功功率的电容器组;
  2) 常年稳定的无功功率;
  3) 经常投入运行的变压器或配、变电所内投切次数较少的10kV电容器组。
  (2) 具有下列情况之一时,宜采用无功自动补偿装置:
  1) 避免过补偿,装设无功自动补偿装置在经济上合理时;
  2) 避免在轻载时电压过高,而装设无功自动补偿装置在经济上合理时;
  3) 应满足在所有负荷情况下都能保持电压水平基本稳定,只有装设无功自动补偿装置才能达到要求时。
  (3) 电容器分组时,应符合下列要求
  1) 在电容器分组投切是，应满足系统无功功率和电压调控的要求；
  2) 分组电容器投切时,不应产生谐振，引起谐波污染；
  3) 适当减少分组数量和加大分组容量，减少频繁投切对电网的冲击；
  4) 应与配套设备的技术参数相适应，使得补偿更加合理；
  (4) 针对接在电动机控制设备负荷侧的电容器容量,不应超过为提高电动机空载功率因数到0.9所需的数值,其过电流保护装置的整定值,应按电动机和电容器组的电流来选择并应符合下列要求:
  1) 电动机仍在继续运转并产生相当大的反电势时,不应再启动;
  2) 不应采用星一三角启动;
  3) 对电梯等经常出现负力下放处于发电运行状态的机械设备电动机,不应采用电容器单独就地补偿。
并联电力电容器补偿需要计算哪些参数呢？
1.功率因数计算
在交流供电电路中,功率因数定义为有功功率P与视在功率S之比,即
用电单位自然平均功率因数如下:
进行补偿后的用电单位平均功率因数调整如下：
式中
已经进行生产的单位,其平均功率因数如下
式中
2.补偿容量的计算
(1)补偿容量可按下式确定
式中
据《并联电容器装置设计规范》的调查信息可知，在变电中，并联电容器安装容量占主变容量的比例与各地电网情况和无功补偿容量的差异略有不容，一般是在10%~30%之间。在无功缺额较多的地方取高值，缺额少的地方则取小值。在以往的JP柜规范书中，多是以30%进行补偿值进行设计。例如JP柜的容量是400kVA，则补偿容量为120 kvar。
3. 并联电容器的补偿方式：
（1）高压集中补偿
接变配电所6-10kV高压母线，其中补偿电容器柜一般装设在单独的高压电容室内，初始投资较小,运行维护方便,但只能补偿高压母线以前无功功率，适于大、中型工厂变配电所作高压无功功率的补偿
（2）低压集中补偿
接变电所低压母线，其电容器柜装设在低压配电室内。能补偿低压母线以前的无功功率,可使变压器的无功功率得到补偿,从而有可能减小变压器容量,且运行维护也较方便，适于中、小型工厂或车间变电所作低压侧基本无功功率的补偿
（3）单独就地补偿
装在用电设备附近,与用电设备并联补偿范围最大,补偿效果最好,可缩小配电线路截面,减少有色金属消耗量,但电容器的利用率往往不高,且初投资和维护费用较大适于负荷相当平稳且长时间使用的大容量用电设备,及某些容量虽小但数量多而分散的用电设备
在确认并联电容器总容量，选定补偿方式以后，通常需要将总容量分成若干组再进行安装。分组原则主要是根据电压波动、负荷变化、电网背景谐波含量，以及设备技术条件等因素来确定。《电力系统设计手册》中要求所有电压等级的电容器投切时不超过母线额定电压的2.5%。设计单位在实际操作时几乎也都是按照2.5%波动要求设计分组容量的。但是对于极端弱系统的情况，在运行可接受的情况下，为避免分组过多，投资大幅增加，也会突破2.5%的原则的。
在各分组电容器投切时，不能发生谐振，同时也要防止谐波的严重放大。谐振是谐波严重放大的极端状态，可导致电容器组严重过载，引起电容器组产生异响或震动，外壳膨胀变形甚至产生外壳爆炸而损坏。为了躲开谐振点，电容器组在设计时应掌握系统的主要谐波含量信息，根据设计确定的电抗率配置计算谐振容量。
发生谐振的电容器容量计算公式如下：
式中：
在计算分组容量时应避开谐振容量；电容器组在各组容量组合投切时均应能避开谐振点。加大分组容量，减少组数是避开谐振点的措施之一。同时，也要考虑运行时容量调节的灵活性，以便达到较高的投运率，使电容器发挥最大的效益。
在正式投入使用前，应进行投切试验，测量系统谐波分量的变化，如有过分的谐波放大或谐振现象产生，应采取消除对策。
根据我国现行的国家标准《GB/T 14549电能质量 公用电网谐波》的规定，不同电压等级下对谐波都有相应的谐波电压限制，见下表：
通过以上的介绍，需要计算进行补偿的无功功率，同时也要计算电容器组的谐振容量，进而对无功补偿容量进行修正。再进行分组时也不是分组越多越好，虽然分组多会使得补偿效果更好，电压波动更小，但容易引起谐振，造成的影响更大；分组少可以有效的避开谐振点，但造成的电压波动、涌流等问题也是不可忽视的；所以分组多少需要综合考虑的，要做到安全可靠，经济合理。
我们也看到随着经济的快速发展，生活水平的大幅提升，人均用电量逐年提升。尽管电力基础设施在持续更新升级，但在一些地区仍有一些老旧设备在运行。例如一些乡村远离供电负荷中心，特别是灌溉水泵、空调、电风扇、洗衣机等电动设备的大量使用，使得电网负荷大幅增加。需要进行设备升级改造。
  在电网升级改造过程中具有无功补偿的JP柜正在大量使用。通过无功补偿可以提升用户端的电压，降低JP柜到主电网之间的线路损耗。在这个过程中我们注意到传统的补偿电容器与新兴的智能补偿电容器各有市场需求。传统的补偿电容器需要多种电器元件配合使用，一般来说需要短路保护的熔断器或断路器，电容切换接触器、过载保护的热继电器等，有些因无功负荷波动较大的还需要智能控制器监测电网的无功功率来控制投切电容器。新兴的智能电容器则将这些元器件功能集成在一起了，使得产品体积更小、安装更加便捷、维修更换更节省时间、补偿更加智能。同时具备通信功能，方便查看无功负荷的变换情况，具有故障及时反馈、维护更加精准等优势，为后期电网的优化提供更多的数据支持。
广泛应用的无功补偿装置也带来了非常多的基础数据，通过对应用数据的分析不断优化补偿装置的设计，尤其对并联电容器的分组设计是非常重要的。在电容器的长期运行中，其补偿能力也会有所下降，除了补偿能力的下降，也需要关注是否会降低至可能发生谐振的容量，电容器组在各组容量组合投切时还可以能避开谐振点，保证电容器长期可靠的运行。

紧凑式组架电容器组，补偿无功功率

并联电容器组安装在电网中，主要用于改善功率因数，也有助于稳定电压，减少网损。改善功率因数的同时也就意味着提高电力传输容量，增强潮流控制。

 

型号：QBank。

组架式电容器组，可配置内熔丝，外熔丝，无熔丝电容器单元。其主要优势是设计紧凑，占地面积小，易于维护。

  

特点：

-组架式无功补偿装置

-全系列熔丝技术：内熔丝，外熔丝，或无熔丝

-紧凑型设计

-易于安装和维护

-根据运行现场要求优化方案

 

参数：

内熔丝电容器组：容量0.1~600 Mvar，电压1~765 kV

外熔丝电容器组：容量0.1~600 Mvar，电压1~35 kV，安装位置户外/户内

无熔丝电容器组容量0.1~600 Mvar，电压35~765 kV

为什么并联电容器可以提高功率因数，而串联不行?
●对于低压供电系统中无法确定线路中的感性负载的电感量，采用并联方式为最佳选择，并且容易采集电感负载的电感量，利用功率因数来自动调节补偿电容器的容量大小达到补偿的目的。此时，电感负载的端电压与电容端电压大小相等，相位相反，互相补偿，电阻端 电压等于电源电压。
 
●首先得了解电容补偿的原理:
在交流供电系统的电路中，电阻、电感、电容元件的电压、电流的相位特点为在纯电阻电路中，电流与电压同相位；在纯电容电路中电流超前电压90°；在纯电感电路中电流滞后电压90°。在交流电路中，平均功率P=UIcosΦ，其中cosΦ称为功率因数，也就是电压U与电流I之间的余弦。从物理意义上看，功率因数是有功功率UIcosΦ与视在功率UI的比值。说明在由电压U与电流I的乘积所表达的视在功率中，究竟有多少是在电路中被消耗掉的。

●当功率与电压为一定值时，并联电容器补偿，功率因数会提高，则需要的电流越小，如果采用串联电容在电路中，电路无法连接在一起，不能够补偿。如果电路呈现电阻性负载，则无需补偿，电流与电压相位相同。另外，电容器串联阻抗最小，电流最大：这时Z=R，则I=U/R。串联谐振时电感(电容)端电压与电源电压的比值称为品质因数Q，也等于感抗(或容抗)和电阻的比值。当Q>>1时，L和C上的电压远大于电源电压(类似于共振)，这称为串联谐振，这种方式的谐振常用于信号电压的放大；但在供电电路中串联谐振应该避免。
●功率因数指在交流电路中，电压与电流之间的相位差φ的余弦，用希腊字母cosφ表示。换一种通俗解释即；功率因数是有功功率与无功功率之比，称为功率因数；cosφ=P/S。常用的计算公式请看下图所示
 
●从供电角度，理想的负载是P与S相等，功率因数cosφ为1。此时的供电设备的利用率为最高。
而在实际上是不可能的，只有假设系统中的负荷，全部为电阻性才有这种可能。电路中的大多数用电负荷设备的性质都为电感性，这就造成系统总电流滞后电压，使得在功率因数三角形中，无功Q边加大，则功率因数降低，供电设备的效率下降。见下图所示。
 
●功率三角形是一个直角三角形，用cosφ(即φ角的余弦)来反映用电质量的高低，大量的感性负载使得在电力系统中，从发电一直到用电的电力设备没有得到充分的应用，相当一部分电能，如果没有采用电容补偿，它将经过输配电系统与用户设统与用户设备之间进行往返交换，白白浪费了。
●低压供电系统中的电容电流与电感电流相位差为180°称作互为反相，可以利用这一互补特性，在配电系统中并联相应数量的电容器。用超前于电压的无功容性电流抵消滞后于电压的无功感性电流，使系统中的有功功率成分增加，cosφ得到提高利用率。