无功补偿概况
无功功率补偿,简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少电网的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。
无功补偿原理
无功补偿的基本原理:电网输出的功率包括两部分:一是有功功率:直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率;二是无功功率:不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且这种能是在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率称为无功功率(如电磁元件建立磁场占用的电能，电容器建立电场所占的电能)。
无功补偿的具体实现方式:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
无功补偿的意义
⑴ 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。
⑵ 减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。
⑶ 降低线损，由公式ΔΡ%=(1-cosθ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosθ为补偿前的功率因数则:cosΦ>cosθ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。
无功补偿补偿方式
① 集中补偿:在高低压配电线路中安装并联电容器组;
② 分组补偿:在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器;
③ 单台电动机就地补偿:在单台电动机处安装并联电容器等。
加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
确定无功补偿容量时，应注意以下两点:
① 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。
② 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。
无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定:Q≤UΙ0式中:Q---无功补偿容量(kvar);U---电动机的额定电压(V);Ι0---电动机空载电流(A);但是无功就地补偿也有其缺点:⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿;众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为:高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职分类
无功补偿型号
(一)、TDTBBK型低压无功动态补偿装置:
适用于交流50 Hz、额定电压在660 V以下，负载功率变化较大，对电压波动和功率因数有较高要求的电力、汽车、石油、化工、冶金、铁路、港口、煤矿、油田等行业。
基本技术参数及工作环境:
环境温度:-25oC~+40oC(户外型);-5oC~+40oC (户内型)，最大日平均温度30oC
海拔高度:1000 m
相对湿度:< 85% (+25oC)
最大降雨:50 mm/10 min
安装环境:周围介质无爆炸及易燃危险、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘埃。无剧烈震动和颠簸，安装倾斜度<5%。
技术指标:额定电压:220 V、380 V(50 Hz)
判断依据:无功功率、电压
响应时间:< 20 ms
补偿容量:90 kvar~900 kvar
允许误差:0~10%
(二)、TDTBBD型低压无功动态补偿装置
概述
采用大功率晶闸管投切开关，控制器可根据系统电压，无功功率、两相准则控制晶闸管开关对多级电容组进行快速投切。晶闸管开关采用过零触发方式，可实现电容器无涌流无冲击投入，达到稳定系统电压，补偿电网无功、改善功率因数、提高变压器承载能力的目的。可广泛应用于电力、冶金、石油、港口、化工、建材等工矿企业及小区配电系统。
装置结构及主要元件技术性能
1、装置结构
TDTBBD型低压无功动态补偿装置由控制器、无触点开关组、并联电容器组、电抗器、放电装置及保护回路组成，整机设计为机电一体化。
2、主要元件技术性能
(1)控制器
TDDK-I型低压无功动态补偿装置控制器为全新数字化设计、软硬件模块化、集成度高、电磁兼容、抗干扰能力强，有12个输出端子，可实现分相、平衡、分相加平衡三种方式补偿。适用范围广，可满足不同性质负荷的补偿需要。可根据系统电压、无功功率控制无触点开关组投切，有手动和自动两种操作模式，并具有过压切除、过压闭锁、欠压切除、超温告警等保护功能。
(2)无触点开关组
无触点开关组是装置的主要执行元件，由晶闸管开关、散热器、风扇、温控开关、过零触发模块及阻容吸收回路构成，一体化设计单组可控最大容量为90kvar，晶闸管开关为进口元件，大功率、安全系数高。
(3)并联电容器组
选用优质自愈式并联电容器，可按不同容量灵活编码组合，投切级数多，大容量补偿可一次到位。
基本工作原理
装置工作时由控制器实时监测系统电压及无功功率的变化。当系统电压低于供电标准或无功功率达到所设定电容器组投切门限时，控制器给出投切指令。由过零电路迅速检测晶闸管两端电压(即电容器和系统之间的电压差)，当两端电压为零时触发晶闸管，电容器组实现无涌流投入或无涌流切除。
主要技术参数
1、额定电压 AC220V/380V±10% 50Hz
2、接线方式 三相四线
3、投切依据 系统电压及无功功率
4、响应时间 ≤20ms
5、投切延时 0.1~30s(连续可调)
6、投切精度 平均≤+2%
7、补偿容量 30kvar~900kvar
8、投切级数 1~18级
使用环境条件
1、工作环境温度 -25℃~+45℃
2、空气相对湿度≤85%
3、海拔高度 ≤2000m(2000m以上采用高原型)
4、安装环境 无易燃、易爆、化学腐蚀、水淹及剧烈振动场所
5、安装方式 户内屏式，户外箱式
6、安装条件 电网中谐波含量符合GB/T14549中0.38kV条款的规定
保护功能
具有过流、过压、欠压、温度超限多种保护。装置能在外部故障和停电时自动退出运行，送电后自动恢复。
(三)、TDTBBZ型高压无功自动补偿装置
概述
适用于6KV、10KV的大中型工矿企业等负荷波动较大、功率因数需经常调节的变电站配电系统。本装置是根据系统电压和无功缺额等因素，通过综合测算，自动投切电容组，以提高电压质量、改善功率因数及减少线损。本装置适用于无人值守变电站和谐波电压、谐波电流满足国标GB/T14548-93规定允许值的场合。如现场谐波条件超标，可根据情况配备1%-13%的电抗已抗拒谐波进入补偿设备。
结构及基本工作原理
TDTBBZ型高压无功自动补偿装置，由控制器、高压真空开关或真空接触器、高压电容器组、电抗器、放电线圈、避雷器和一些必要的保护辅助设备组成。TDGK-型数字式高压无功自动补偿控制器是根据九区图结合模糊控制原理、按电压优先和负荷无功功率以及投切次数限量等要求决定是否投切电容器组，使母线电压始终处于标准范围内，确保不过补最大限度减少损耗。在电压允许的范围内依据负荷的无功要求将电容器组一次投切到位。在投入电容器之前预算电压升高量，如果超标则降低容量投入或不投入。异常情况时控制器发出指令退出所有电容器组，同时发出声光报警。故障排除后，手动解除报警才能再次投入自动工作方式。
技术特征
1、电压优先
按电压质量要求自动投切电容器，电压超出最高设定值时，逐步切除电容器组，直到电压合格为止。电压低于最低设定值时，在保证不过载的条件下逐步投入电容器组，使母线电压始终处于规定范围。
2、无功自动补偿功能
在电压优先原则下，依据负荷无功功率大小自动投切电容器组，使系统始终处于无功损耗最小状态。
3、智能控制功能
自动发出动作指令前首先探询动作后可能出现的所有超限定值，减少动作次数。
4、异常报警功能
当电容器控制回路继保动作拒动和控制器则自动闭锁改组电容器的自动控制。
5、模糊控制功能
当系统处于电压合格范围的高端且在某特定环境时如何实施综控原则是该系列产品设计的难点，由于现场诸多因素(如配置环境、受电状况、动作时间、用户对动作次数的限制等)而引起的频繁动作是用户最为担忧的，应用模糊控制正是考虑了以上诸多因素使这一"盲区"得到合理解决。
6、综合保护功能
每套装置有开关保护(选配)，过压、失压、过流(短路)和零序继电保护、双星形不平衡保护、熔断器过流保护、氧化锌避雷器、接地保护、速断保护等。
主要技术参数
1、额定电压(AC) 6KV、10KV
2、系统电压取样(AC) 100V(PT二次线电压)
3、交流电流取样 0~5A(若PT取10KV侧二次A、C相线电压时，CT应取B相电流)
4、电压整定值 6~6.6KV 10~11KV可调
5、动作间隔时间 1~60分钟可调
6、功率因数整定值 0.8~0.99可调
7、电流互感器变化 50~5000/5A可调
8、动作需系统稳定时间 2~10分钟可调
使用环境
1、环境温度 -15℃~+45℃
2、相对湿度 ≤85%
3、海拔高度 ≤2000m(2000m以上采用高原型)
4、周围介质无爆炸及易燃危险品、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘挨、安装地点无剧烈振动、无颠簸。
5、供电电源符合国家标准规定，没有较强的谐波分量。
(四)、TDTBBD提升机专用无功补偿
提升机作为大功率、频繁启动、周期性冲击负荷以及采用硅整流装置对电网造成的无功冲击和高次谐波污染等危害不仅危及电网安全，同时也造成提升机过电流、欠电压等紧停故障的发生，影响了矿井生产。提升机用无功补偿提升机用无功补偿,因此对提升机供电系统进行无功动态补偿和高次谐波治理，对于提高矿井提升机和电网的安全运行可靠性、提高企业的经济效益意义巨大。
提升机单机装机功率大，在矿井总供电负荷中占的比重较大。伴随煤矿生产规模的扩大、井筒的加深，要求配套的提升机装置容量也越来越大，单机容量已达到2000~3000kW，有的甚至达到5400kW，单斗提升装载量达32t。这么大的负载启动将对电网造成很大的冲击电流，无功电流成分较大，功率因数较低。所以大功率提升机对供电电网的容量和稳定性要求更高。
无功补偿元件问题
无功补偿装置是配电系统中主要设备之一，其作用表现在提高功率因数，降低功率损耗和电能损耗；改善电压质量，减少用户电费支出：所以供电部门和用电单位对无功补偿装置要求都很高。然而无功补偿装置往往在运行中会出现较多问题，其主要原因是补偿装置选用电器元件配置的合理性，电器元件使用是否正确；电网中是否存在谐波的干扰以及安装工艺等诸多问题有关。
一：控制器问题
补偿装置的电器元件（控制器）常会出现的问题是：补偿控制器上cosΦ显示不准确。
原因及对策：这种情况有两种可能性：
A 补偿控制器产生误动误显，主要是由于电网中或负载源产生的谐波所致。相应办法是更换抗谐波型控制器或在配电系统中加装抗谐波型元件。
B 补偿控制器与取样电流或电压有关。在有负荷时正常的情况下投入电容器，功率因数应该从滞后值逐步变大至1.00，如果再投入电容器则功率因数应该为超前，继续投入超前值变小为正常；而出现：
1. 始终只显示1.00
2. 电网负荷是滞后状态，补偿器却始终显示超前
3. 电网负荷是滞后状态，补偿器显示滞后但投入电容器后滞后值不是按正常方向变化（增大）反而投入电容越多滞后值越小。
4. 电网负荷是滞后状态，补偿器虽显示滞后值，但投入电容器后滞后值不变化，滞后值只随负荷变化而变化。
上述情况：1往往是因为取样电流没有送入补偿器。
2、3一般情况是因为取样电流与取样电压相位不正确
4一般情况下是因为投切电容器产生的电流没有经过取样互感器。
补偿控制器能够正常运行，必须取样电流正确，而且负荷电流与电容器投切产生的电流必须要从取样互感器上得到反应。
二：熔断器问题
无功补偿装置在补偿投切过程中常常会出现熔断器经常熔断。
原因分析：
1. 熔断器熔断与选型配置的合理性有关。
2. 熔断器熔断与计算实际投切电流的相应倍数有关。
3. 熔断器熔断与补偿控制器的投切时间有关。
4. 熔断器熔断与电网系统或负载设备产生的谐波有关。
5. 熔断器熔断与相数电流不平衡有关。
6. 熔断器熔断与安装工艺、工作环境等有关。
相应对策：
1. 要充分考虑到无功补偿装置的特性，在投切过程中当涌流较大时（一般在15In-30In左右）选择熔芯非常重要，一般选用ɑm型（过载能力强）或相同类型的熔芯，而不要选用JL型（过载能力低）或与之同类型的熔心。
2. 熔断器对电容器的保护，计算实际投切电流非常重要，但针对无功补偿装置的特性应考虑加之保险系数电流，通常情况下应取实际投切电流的1.35倍-2倍。
例：电压为400V在频率50HZ三相共补电容容量是20Kvar的电路中求每路实际投切电流和保险系数电流
实际投切电流应为：取1.4倍的保险系数电流应为：
3. 熔断器的熔断与补偿控制器设置的投切时间有一定关系，在电容从网络中切除后电容器中电压随时间延长而逐渐衰减，当间隔时间短暂又投入时，残压和所加电压即形成叠加电压，造成过电压过电流；长时间运行必将使电容器击穿或短路；强大的电流使熔断器熔断；所以在设置投切时间时切不可太短，一般设置20s-30s为宜。
4. 电网中或负载设备产生的谐波将改变电源原由的50Hz-60Hz的电压性质，当谐波含量较高时，由谐波所引起的且放大了的基波电流将使熔断器熔断。
5. 补偿装置运行中三相电流常时间不平衡，也将造成熔断器部分熔断，如发现三相电流不平衡要及时查找原因。非三相电流不平衡更换熔芯时，最好同时更换三相熔芯。如若只更换某一相已熔断熔芯，那么另外两相已受损的熔芯再投入运行，时间不长即会熔断。
6. 熔断器的熔断与安装工艺以及使用环境有一定关系，特别是使用环境，有的使用场合温度非常高，长时间高达70C°以上，在这种情况下一定要采取降温措施。
三．电容接触器问题
无功补偿装置在投切过程中，电容接触器的损坏尤为突出，从主观上讲电容接触器是易耗品；但从客观上讲也有其他几个方面情况造成电容接触器损坏。
1. 补偿控制器设置的投切时间太短二次吸合造成的叠加电压导致冲击电流过大而损坏接触器。
2. 接触器的损坏与接触器的正确安装有一定关系，特别是接触器的导线连接部位；一定要接紧不得松动并套上绝缘套管。
3. 当电路中谐波含量较高时，电压、电流波形发生严重畸变；基波电流扩大将造成接触器烧触头，相与相或相对地短路；造成接触器损坏。
4. 当电流不平衡的范围值增大时，长时间运行也将导致接触器损坏。
5. 接触器的自身质量问题也有很大关系，目前国内电容接触器生产厂家很多，型号也不少，但生产的材质及产品质量不近相同。现行的补偿要求非常高，在选型时最好选用抗涌流、抗谐波或承受谐波抗击的电容接触器。
四：电容器的问题
电容器在运行中的损坏比较突出，如击穿不能愈合，短路、鼓肚子及运行时间不长容量下降；情况严重的甚至爆炸。而现在的电容器基本上都是自愈式，在正常情况下一旦击穿会自动愈合，若经常的击穿再愈合，周而复始将使电容器彻底的损坏。造成电容器损坏大概有5个方面情况。
1. 由补偿控制器质量问题引起的误投误切造成电容器损坏。
2. 补偿时瞬间投切的涌流非常大使电容器损坏。
3. 三相电流、电压常时间不平衡造成电容器损坏。
4. 叠加电压（由于控制器设置的投切时间比较短所形成）。
例：每路电容器的容量为30Kvar分8路进行补偿，总补偿容量为240Kvar若投切时间设置为5S时，8路全投上间隔时间不足1分钟（5S×8路=40S）。而一般情况下电容器在失电1分钟内电压降至50V，如若频繁投切便造成了叠加。投切每路电容器顺时次数实际电压应为：380V+（≤50V）+（≤50V）+（≤50V）+;N次
5. 谐波对电容器的干扰。
相应对策
1. 使用质量较好的控制器。
2. 补偿时瞬间浪涌电流非常大时，建议超过30In以上串接电抗器等电器元件。
3. 如发现缺相或三相电流电压不平衡要及时查找原因，及时解决。
4. 控制器的设置投切时间不易太短，防止形成叠加电压。如果实际补偿容量不足或确实需要频繁投切的话，应增加补偿容量或进行就地补偿和集中补偿相结合的方式。
5. 电网中如有谐波干扰，要及时采取措施；加装滤波装置或加装抗谐波型元件。
结束语：
为了改进和提高无功补偿装置所达到的补偿要求；必须了解电网或负载源是否出现谐波，无功补偿装置的电器元件配置的合理性；以及正确使用补偿装置才能使无功补偿装置无故障达到正常运行。
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