2.3.1 要點(diǎn)。
1.供配電設(shè)計(jì)應(yīng)通過正確選擇電動(dòng)機(jī)，變壓器的容量以及照明燈具啟動(dòng)器，降低線路感抗等措施，提高用電單位的自然功率因數(shù)。
2.當(dāng)采用提高自然功率因數(shù)措施后，仍達(dá)不到電網(wǎng)合理運(yùn)行要求時(shí)，應(yīng)采用并聯(lián)電力電容器作為無功補(bǔ)償裝置。如經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，確認(rèn)采用同步電動(dòng)機(jī)作為無功功率補(bǔ)償裝置合理時(shí)，也可采用同步電動(dòng)機(jī)。
3.高壓電氣設(shè)備的無功功率宜由高壓電容器補(bǔ)償，低壓電器設(shè)備的無功功率宜由低壓電容器補(bǔ)償。
4.當(dāng)采用高(中)、低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置效果相同時(shí)，宜采用低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置。
5.補(bǔ)償基本無功功率的高壓或低壓電容器組，宜在配變電所內(nèi)集中補(bǔ)償。
6.容量較大、負(fù)載穩(wěn)定且長期運(yùn)行的用電設(shè)備的無功功率宜單獨(dú)就地補(bǔ)償。
7.當(dāng)補(bǔ)償電容器所在線路諧波較嚴(yán)重時(shí)，高壓電容器應(yīng)串聯(lián)適當(dāng)參數(shù)的電抗器，低壓電容器宜串聯(lián)適當(dāng)參數(shù)的電抗器。
8.當(dāng)配電系統(tǒng)中諧波電流較嚴(yán)重時(shí)，無功功率補(bǔ)償容量的計(jì)算應(yīng)考慮諧波的影響。
9.電容器分組時(shí)，應(yīng)滿足下列要求：
  1)分組電容器投切時(shí)，不應(yīng)產(chǎn)生諧振。
  2)適當(dāng)減少分組組數(shù)和加大分組容量，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置不同容最的電容器組，以適應(yīng)負(fù)載的變化。
  3)應(yīng)與配套設(shè)備的技術(shù)參數(shù)相適應(yīng)。
  4)應(yīng)在電壓偏差的允許范圍內(nèi)。
2.3.2 功率因數(shù)補(bǔ)償容量的計(jì)算。
1.功率因數(shù)定義。功率因數(shù)指有功功率和視在功率的比值。
2.功率因數(shù)的數(shù)值要求。功率因數(shù)的數(shù)值應(yīng)滿足當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求。當(dāng)無明確要求時(shí)，應(yīng)滿足如下值：
  1)高壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)為0.9以上。
  2)低壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)為0.85以上。
3.功率因數(shù)補(bǔ)償容量的計(jì)算。
  1)不考慮諧波的計(jì)算方法：
    ①簡化的功率因數(shù)補(bǔ)償容量計(jì)算方法。

式中：P——有功功率（kW）；
          S——視在功率（kV▪A）。
    ②基于減少申報(bào)的最大視在功率的補(bǔ)償容量計(jì)算（圖2.3.2-1）。
圖2.3.2-1  補(bǔ)償容量計(jì)算示意圖
式中：——每個(gè)用電設(shè)備的無功功率（kvar）；
          ——每個(gè)用電設(shè)備的有功功率（kW）；
         ——目標(biāo)功率因數(shù)；
         ——需要補(bǔ)償電容器容量。
    ③為增加有效有功功率輸出而補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償容量計(jì)算（表2.3.2-1）。 表2.3.2-1  負(fù)載功率因數(shù)與變壓器有功功率輸出能力的關(guān)系

    ④對變壓器吸收的無功電能進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償容量計(jì)算。
當(dāng)變壓器所吸收的無功功率不能忽略時(shí)，可采用以下公式近似計(jì)算：

變壓器負(fù)載率為n%時(shí)：

變壓器滿載時(shí)：

變壓器半載時(shí)：

[例]△u%=6%，S=1600kV•A
滿負(fù)荷時(shí)：

半負(fù)荷時(shí)：

變壓器的實(shí)際補(bǔ)償容量應(yīng)按變壓器的實(shí)際負(fù)載率（例如按變壓器計(jì)算負(fù)載率的0.7）來確定，以避免過補(bǔ)償。
當(dāng)變壓器的負(fù)載變化較大，精確計(jì)算有困難時(shí)，變壓器的基本無功補(bǔ)償容量可按變壓器額定容量的5%配置。
  2）諧波環(huán)境中功率因素的計(jì)算。
理想正弦波的功率因素計(jì)算：

式中：P——有功功率（kW）；
          S——視在功率（KV▪A）。

 

式中：P1——基波的有功功率（kW）；
          S1——基波的視在功率（KV▪A）。
當(dāng)諧波存在時(shí)，

式中：——位移功率因數(shù)；
           ——畸變功率因數(shù)。
也可以利用基波因數(shù)來計(jì)算諧波環(huán)境中的功率因數(shù)PF：

式中：v——基波因數(shù)，它等于基波電流有效值與總電流值有效值之比，即：
上式說明了實(shí)際功率因數(shù)是由基波電流位移和電流波形畸變兩個(gè)因素決定的。

圖2.3.2-2  諧波電流畸變率
與功率因數(shù)PF的關(guān)系曲線

    ②工程估算方法。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，諧波所致的無功功率很難估算，故上述算法實(shí)際上不可行。由于電網(wǎng)規(guī)摸巨大，通?？梢哉J(rèn)為電力系統(tǒng)的內(nèi)阻為零(視作無限大系統(tǒng))，因而僅考慮諧波電流而忽略諧波電壓的影響，即THD_u=0。此時(shí)，功率因數(shù)與諧波電流畸變率THD_i(％)之間的關(guān)系如圖2.3.2-2所示，供工程估算時(shí)參考。
圖中，PF為實(shí)際功率因數(shù)；cosφ為理想正弦波的功率因數(shù)，即基波功率因數(shù)，我們傳統(tǒng)算法所得即為此值；THD_i(％)可粗略估算得到。
從圖2.3.2-2可見，在諧波電流的影響下，實(shí)際功率因數(shù)將按圖示曲線下降，這是由于諧波產(chǎn)生了額外的無功功率。因此，在工程設(shè)計(jì)中，特別是對于選擇Y，ynO連接組別變壓器的中性線截面選擇、配電導(dǎo)體(線)的中性線選擇計(jì)算中，宜按上圖所示曲線對功率因數(shù)進(jìn)行粗略的修正，否則，計(jì)算所得的電流值將會(huì)偏小，從而導(dǎo)致導(dǎo)體(線)中性線載流能力不足。
    ③諧波環(huán)境中補(bǔ)償電容器參數(shù)的確定。
      a. 根據(jù)G_h/S_n的比值確定補(bǔ)償電容器的參數(shù)，見表2.3.2-2。

表2.3.2-2  根據(jù)Gn/Sn的比值確定的補(bǔ)償電容器參數(shù)

注：1. Gn為連接到有電容器組的母線上所有諧波源裝置（靜態(tài)變換器、變頻器、速度控制器等）的視在功率額定值的總和。應(yīng)當(dāng)注意的是，12脈及以上的整流器，已采取非常有效的諧波抑制措施的諧波源設(shè)備等均不應(yīng)計(jì)入。
       2. Sn為系統(tǒng)中變壓器視在功率額定值的矢量和。
      b. 根據(jù)實(shí)測總諧波畸變率THDi來確定補(bǔ)償電容器的參數(shù)，見表2.3.2-3。

表2.3.2-3  根據(jù)實(shí)測總諧波畸變率THDi確定的補(bǔ)償電容器參數(shù)

注：1. Sn為變壓器視在功率。
       2. S為變壓器副邊實(shí)測的視在功率（滿負(fù)荷且不帶電容器）。
       3. THDi為變壓器副邊實(shí)測的電流畸變率。
    ④串聯(lián)型調(diào)諧電抗器配比計(jì)算：
在調(diào)諧頻率處：

式中：——電抗器基波感抗值；
           ——電容器基波容抗值；
              h——理論調(diào)諧次數(shù)。

在確定電抗器容量時(shí)，應(yīng)使實(shí)際調(diào)諧頻率小于理論調(diào)諧頻率(即希望抑制的諧波頻率)，以避免發(fā)生系統(tǒng)局部諧振。還應(yīng)考慮一定裕度，因?yàn)楫?dāng)電容器使用時(shí)間較長后，其介質(zhì)材料退化，從而導(dǎo)致電容值下降．易引起諧振頻率的升高，如表2.3.2-4。

表2.3.2-4  串聯(lián)型調(diào)諧電抗器配比

    ⑤系統(tǒng)諧振頻率計(jì)算：

式中：——電容器的額定容量（Mvar）；
          ——母線短路容量（MV•A）。

補(bǔ)償容量的分組應(yīng)避開系統(tǒng)諧振點(diǎn)。
電容器容量的增加，導(dǎo)致諧振頻率向低值偏移；反之，系統(tǒng)短路容量的增加，則導(dǎo)致諧振頻率向高值偏移。
    ⑥晶閘管投切電容器組(TSC)。
      a. 無功功率變化較大的場所宜采用晶閘管投切電容器組；
      b. 晶閘管投切電容器組的分組應(yīng)符合系統(tǒng)中無功功率的變化特性。
⑦靜止無功發(fā)生器(SVG)。無功功率變化較大且諧波嚴(yán)重的系統(tǒng)中宜采用靜止無功發(fā)生器。
2.3.3 功率因數(shù)的控制方法。
1.無功補(bǔ)償裝置的投切方式，具有下列情況之一時(shí)，宜采用手動(dòng)投切的無功補(bǔ)償裝置：
  1)補(bǔ)償?shù)蛪夯緹o功功率的電容器組。
  2)常年穩(wěn)定的無功功率。
  3)經(jīng)常投入運(yùn)行的變壓器或配(變)電所內(nèi)投切次數(shù)較少的高壓電動(dòng)機(jī)及高壓電容器組。
2.無功補(bǔ)償裝置的投切方式，只有下列情況之一時(shí)，宜裝設(shè)自動(dòng)投切裝置：
  1)為避免過補(bǔ)償，裝設(shè)無功自動(dòng)補(bǔ)償自動(dòng)投切裝置在經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)。
  2)為避免在輕載時(shí)電壓過高而造成某些用電設(shè)備損壞，裝設(shè)無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)。
  3)只有裝設(shè)無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，才能滿足在各種運(yùn)行負(fù)荷的情況下的電壓偏差允許值。
3.無功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方式，宜根據(jù)下列原則確定：
  1)以節(jié)能為主進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，采用無功功率參數(shù)調(diào)節(jié)；當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)，亦可采用功率因數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)。
  2)無功功率隨時(shí)間穩(wěn)定變化時(shí)，按時(shí)間參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。