摘要：根據(jù)無功補(bǔ)償原理，針對電能質(zhì)量高的問題，結(jié)合環(huán)保能源公司電能質(zhì)量現(xiàn)狀，提出無功補(bǔ)償方案，并經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際負(fù)載功耗的檢查總結(jié)了無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)、選用、安裝及注意事項(xiàng)。 ANSVC無功補(bǔ)償裝置由自愈式并聯(lián)電容器、串聯(lián)檢波器、投切開關(guān)、低壓無功補(bǔ)償控制器組成。 實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中的無功功率需求并進(jìn)行無功補(bǔ)償，從而改善電能質(zhì)量，降低水費(fèi)。
一、原理分析
1.1 在交流電路中，電源提供給負(fù)載的電能有兩種； 一個是有功功率，另一個是無功功率。
有功功率：正常工作所需的電功率，即把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量（機(jī)械能、光能、熱能）的電功率。
無功功率：更具體地說，是用于電路中電場和磁場的交換，在用電設(shè)備中用于建立和維持磁場的電能。 它不對外工作，而是轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。 任何帶有電磁線圈的電氣設(shè)備都需要消耗無功功率來建立磁場。 例如40瓦的日光燈需要40多瓦的有功功率（鈉燈也需要消耗部分有功功率）才能發(fā)光，燈管的線圈需要80瓦左右的無功功率建立交變磁場。 因不做外功，故稱為“反應(yīng)功”。
Q：無功功率（Kvar），S：視在功率（KVA），P：有功功率（Kw），PF：功率素?cái)?shù)
1.2 無功功率過大的不良影響：
1、降低發(fā)電機(jī)有功功率輸出
2、降低輸變電設(shè)備的供電能力
3、減少線損電流過大保護(hù)裝置，降低電耗
4、電量素?cái)?shù)增加，水費(fèi)創(chuàng)收，成本降低
5、使電器設(shè)備沒有得到充分利用
1.3并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償原理：
如圖1所示，如果并聯(lián)電容C與變壓器或負(fù)載并聯(lián)，則變壓器或負(fù)載所需的全部或部分無功功率將由并聯(lián)電容提供，即產(chǎn)生的容性無功功率通過并聯(lián)電容器可以補(bǔ)償負(fù)載消耗的無功功率。
如圖2所示，不接電容C時，流過電感L的電壓為IL，流過內(nèi)阻R的電壓為IR，電源供給的電壓為I1，I1=IR+jIL , 此時的相位角為Φ1 , 冪素?cái)?shù)為COSΦ1; 電容C并聯(lián)后，由于電容電壓IC與電感電壓IL方向相反，電源電壓由I1降為I2，I2=IR+j(IL-IC)，相位角從Φ1減小到Φ2，冪素?cái)?shù)從COSΦ1增大到COSΦ2。
圖 2
在純?nèi)菪詿o功補(bǔ)償中，電容器本身的阻抗是容性的。 隨著紋波頻率的增加，電容的容抗會明顯降低，導(dǎo)致紋波被電容放大，然后疊加到補(bǔ)償電壓上，使電壓有效。 值明顯降低，電容器因紋波電壓降低而出現(xiàn)溫度過低、絕緣老化、鼓包等問題。 此外，紋波電壓放大導(dǎo)致紋波電流減小。 一旦疊加到電容電流上，電流的有效值也會降低，電流的峰值也會降低，從而使電容形成局部放電，無法熄滅。 這也是電容器鼓包損壞的重要原因。 在大多數(shù)低壓電力系統(tǒng)中，紋波對電容柜的影響較大。 在現(xiàn)場應(yīng)用中，變頻設(shè)備數(shù)量多、容量大的情況更為常見。 變頻器后端沒有線路電抗器，相互之間會形成諧振，導(dǎo)致電容經(jīng)常鼓包發(fā)熱。
通過在低壓電力電容器中級聯(lián)正確配置的檢測器來執(zhí)行紋波抑制。 電容器的容抗值為1/ωC； 相應(yīng)的檢波器串聯(lián)在電路中，檢波器的感抗為ωL，則電容器和檢波器在一定頻率下具有一定的阻抗，從而實(shí)現(xiàn)較低的紋波抑制。
檢出率的定義是：在LC串聯(lián)電路中，感抗與容抗在基波頻率下的比值，即XL/XC，檢出率通常為6%、7%、12.5%、 14%，對應(yīng)的檢測系數(shù) 共振頻率見下表1。 如果使用6%檢波器，諧振點(diǎn)的頻率為204Hz，遠(yuǎn)離第5紋波諧振點(diǎn)，但接近第4紋波諧振點(diǎn)200Hz，例如單相6脈波變頻裝置，如果其中一個二極管損壞，它將變成相當(dāng)于一個5脈波器件，會形成4個紋波。 如果使用7%檢波器，諧振點(diǎn)的頻率為189Hz，且遠(yuǎn)離第5紋波諧振點(diǎn)，紋波分流會少一些電流過大保護(hù)裝置，可以更好的保護(hù)電容。 7%檢測是常用的安全補(bǔ)償方式。 12.5%檢測器的諧振點(diǎn)頻率為141Hz，接近第三諧振點(diǎn)150Hz，容易形成諧振，影響電容器的正常使用。 14%檢測器的共振點(diǎn)頻率為134Hz，與第三共振點(diǎn)相距150Hz。 14%檢測器比12.5%檢測器更安全可靠。 7%檢測抑制紋波5、7倍以上，14%檢測抑制紋波3倍以上。
無功補(bǔ)償中有紋波抑制檢測時，不能按標(biāo)稱值補(bǔ)償電容器的容量。 考慮到電容器的耐壓值，在紋波抑制無功功率補(bǔ)償應(yīng)用過程中會出現(xiàn)電容器降額的問題。 由于電網(wǎng)電流本身的波動，由于檢波器與電容器串聯(lián)后電容器端子間電流升高，檢出率為7%的無功補(bǔ)償電容器的耐壓值通常為480V ; 檢出率為14的無功補(bǔ)償電容器耐壓值為525V。 以400V系統(tǒng)7%檢出率電容檢測的額定電流為480V和額定補(bǔ)償容量為例，額定補(bǔ)償電壓為60.1A，但實(shí)際補(bǔ)償電壓估計(jì)為53.9A，電容將因電流差異和裝機(jī)容量不同而降額使用，而實(shí)際容量僅為37.5Kvar。
二、項(xiàng)目概況
山東某環(huán)保能源公司占地面積約16.6畝。 項(xiàng)目一期建設(shè)4條日處理能力500噸焚燒線、2臺18MW汽輪發(fā)電機(jī)組、2000噸/日生活垃圾焚燒能力，年發(fā)電量27.2億千瓦-小時或更長時間。 多臺新建變壓器需要配置兩臺電容補(bǔ)償柜。 衣柜的規(guī)格是1000寬*1000深*2200高。 主要負(fù)載有電機(jī)、辦公用電、照明等。
3.解決方案
變壓器容量為0.8，負(fù)載率約為0.8。 電容柜預(yù)計(jì)裝機(jī)容量為2臺。 根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，估計(jì)紋波主要是3、5、7倍。 紋波主要影響電容的正常工作，容易發(fā)熱、膨脹等，需要配合檢測率14%的檢測儀使用。 檢波器的主要作用是抑制紋波進(jìn)入電容，從而保護(hù)電容，減少電容的使用壽命。 根據(jù)衣柜規(guī)格和設(shè)備規(guī)格確定電容配置方案，為每個衣柜安裝*6路和*2路。
4、ANSVC無功功率補(bǔ)償裝置
4.1 概述
ANSVC無功補(bǔ)償裝置適用于頻率為50Hz、電流為0.4KV的系統(tǒng)。 ANSVC低壓無功功率補(bǔ)償裝置并聯(lián)在整個供電系統(tǒng)中，可根據(jù)電網(wǎng)中負(fù)荷功率素?cái)?shù)的變化，控制電力電容器投切進(jìn)行補(bǔ)償。 其原理是：ANSVC低壓無功補(bǔ)償裝置通過CT采集電壓和電壓信號，估算無功補(bǔ)償控制器，估算投切電容器的方案，通過投切開關(guān)控制各組電力電容器的投切。
圖3 ANSVC無功功率補(bǔ)償裝置
4.2 自愈式并聯(lián)電容
一系列自愈式低壓并聯(lián)電容器通常用于低壓交流電力系統(tǒng)中，用于校準(zhǔn)工頻低壓電力系統(tǒng)設(shè)備的電能質(zhì)量，并就地或集中補(bǔ)償無功功率。 這些電容器是自愈式并聯(lián)電容器。 故障后可自恢復(fù)，在工作條件下?lián)p耗小。 并聯(lián)電容器雖然損壞，但不會影響電網(wǎng)的正常使用。 電容器在外觀上分為方形（如圖4）和圓形（如圖5），在功能上分為共補(bǔ)電容和次補(bǔ)電容（如圖6）。
圖 4 矩形電容器
圖 5 矩形電容器
圖6 上圖共補(bǔ)、分補(bǔ)電容示例
4.3ANCK系列探測器
ANCK系列串聯(lián)探測器與一系列自愈式低壓并聯(lián)電容器配套使用。 主要用于提高0.4KV電力系統(tǒng)電能質(zhì)量，抑制電網(wǎng)高階紋波，減少紋波引起的電容器過載，避免紋波過大。 ，對電容器的安全運(yùn)行，改善網(wǎng)絡(luò)電流波形，提高供電質(zhì)量和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了良好的作用。 適用于3、5、7、9紋波負(fù)載的無功補(bǔ)償。 ANCK采用銅質(zhì)或鋁質(zhì)定子，檢測分為共互補(bǔ)檢測（如圖7）和分互補(bǔ)檢測（圖8）。 普通互補(bǔ)檢測器主要用于單相負(fù)載，分體互補(bǔ)檢測器主要用于三相負(fù)載。 稅率分為7%或14%。
圖 7 共互補(bǔ)檢測
圖 8 互補(bǔ)檢測
4.4AFK切換開關(guān)
AFK系列投切開關(guān)是用于低壓無功補(bǔ)償裝置中投切電容器的產(chǎn)品。 其基本工作原理是控制器發(fā)出投入或切除指令后，投切開關(guān)閉合或斷開，無功補(bǔ)償路與系統(tǒng)接通或分?jǐn)?，?shí)現(xiàn)過零投切，無缺相、電弧等在開關(guān)過程中，響應(yīng)時間快，開關(guān)頻繁。 投切開關(guān)分為復(fù)合開關(guān)（如圖9）和晶閘管開關(guān)（如圖10）。
圖9 復(fù)合開關(guān)示意圖
圖 10 二極管開關(guān)
4.5ARC控制器
ARC功率素?cái)?shù)補(bǔ)償控制器采用高性能MCU為核心，配備高精度電力專用芯片，以功率素?cái)?shù)作為采樣化學(xué)量的補(bǔ)償器。 在強(qiáng)干擾等任何惡劣的電網(wǎng)環(huán)境下。 自適應(yīng)功能確保電力電容器的安全使用，有效實(shí)現(xiàn)電容補(bǔ)償柜手動穩(wěn)定投切，有效改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。 是低壓配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)睦硐肟刂破鳌?span style="display:none">SuS物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
產(chǎn)品主要特點(diǎn)：相線保護(hù)、過溫保護(hù)、過壓欠壓保護(hù)、電壓及電壓紋波保護(hù)、多種編碼切換、多種補(bǔ)償方式。
ARC控制器外觀規(guī)格（mm）：144*144，開孔規(guī)格（mm）：138*138
圖 11 控制器外觀
圖 12 控制器規(guī)格
4.6 技術(shù)參數(shù)
4.7 接線方式
5 結(jié)論
ANSVC無功補(bǔ)償裝置可滿足該環(huán)保能源項(xiàng)目無功補(bǔ)償要求，改善電能質(zhì)量，增加電網(wǎng)消耗和用電成本，確保電力系統(tǒng)安全用電、持續(xù)供電和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 ANSVC無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行安全可靠，保護(hù)功能齊全。 只有通過RS485與后臺結(jié)合使用，才能更方便快捷地對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行巡檢，減少人力資源投入。