浅谈低压电容补偿装置的选型及安装调试

【摘要】工矿企业的配电系统中， 低压电容补偿装置在提高功率因数，改善电压质量方面，发挥着积极的作用。本文根据污水处理厂建设中的电气安装实践， 对电容补偿装置的选型及安装调试进行分析论述，并提出技术要求和解决方案。

【关键词】低压配电系统、电容补偿、安装调试、功率因数

1.引言

低压电容补偿装置广泛应用于工矿企业的配电系统中，起到降低无功功率，提高配电系统有功功率的输送比例，提高功率因数，改善电压质量，稳定设备运行的作用。

然而装置中的各主要元件若配置不当，则容易发生过度补偿、欠补偿、补偿投切过于频繁、电容器过热，造成设备故障，严重时甚至发生爆炸事故。为保证电容补偿装置正常运行，减少电气事故的发生，必须切实做好电容补偿装置的选型及安装调试工作。

2.电容补偿原理

在配电系统中存在一种电场与磁场的交换，用作于电气设备中建立和维持磁场的电功率，这就是无功功率。无功功率并不用于做有用功，但它是通过电网产生、传输和配送，从而加大了变压器、发电机和线路的负担，引起线路压降和损耗，降低功率因数。

电容补偿的原理，是把具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷并联在同一电路系统里，能量在两种负荷间相互转换。电容补偿装置主要是由若干组开关（含熔断器）、切换电容接触器、电抗器、电容器，以及具有测量、控制、保护、信号和调节功能的功率因数控制器组成。当系统中电动机起动时，产生感性无功功率，控制器检测到电流矢量滞后于电压矢量，通过吸合接触器，投入一组电容器进行容性无功功率补偿，缓解这种滞后现象。一般企业都采用低压电容补偿装置来降低无功功率，提高功率因数。

3.低压电容补偿方式宜采用集中补偿和分散补偿相结合的方式

3.1 集中补偿：装设在企业总变电所的变压器低压侧母线上，可减少变压器及输电线路的无功损耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。

3.2 分散补偿：根据用电设备对无功的需要量，将单台或多台低压电容器组分散地装设在车间低压母线上。其特点是用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，可减少配配电系统中的无功流动，减少线路的导线截面，无功容量较小，效果较明显。

3.3 低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高变压器的利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

4.低压电容补偿装置关键元器件的技术要求

低压电容补偿装置采用自动分步补偿电容的方式，补偿无功同时，具备消谐功能。补偿回路采用主熔断器、分路熔断器、电容器接触器、滤波电抗器、电容器串联回路形式，以自动控制电容器的投入与切离，达到所设定的功率因数并有效抑制谐波电流，使生产设备可靠运行。

4.1 功率因数控制器：设定范围：0.80（电感性）～1～0.8（电容性）；报警功能：欠/过补偿，欠/过电流，欠/过电压，过温度，谐波电压过大。

4.2 低压电力电容器：干式电容器，额定电压420V以上，采用聚丙烯膜作电介质，具有自愈性能，具过电流、过压力、过温度保护功能。电容器被永久击穿时仅故障元件退出运行，其他元件仍可正常运行。

4.3 消谐电抗器：专用电抗器的额定电压为400V，工矿企业取谐波5次以上，电抗率宜选用4.5～7%。

4.4 电容器接触器：专用接触器，采用容性接触器，带有灭弧功能的超前辅助触点。额定绝缘电压：690V。

4.5 低压电容补偿装置应安装于室内，环境温度：-25℃～+45℃；电容器的开关、保护装置及连接件的额定电流必须能承受电容器额定电流的1.5倍；为保证调谐频率准确和稳定，电容器、电抗器宜采用同一生产厂家生产。

5.安装调试要点

5.1 按设计要求，功率因数控制器取样电流与取样电压不能同相。即若取A相作电流信号，那么电压必须取B、C相电压。如果取样接线不正确，功率因数控制器就不能正常工作，补偿结果就会出现的错误。

5.2 回路的通电试验。在通电使用之前，应该先检验回路接线是否正确，再进行通电试验。当所有接线正确无误后，在辅助电路分别通以85%和100%额定电压下进行5次操作，所有电器元件的动作显示，应符合电路图的要求，并且各个元器件动作灵活。

5.3 工频过电压保护试验。进行该项试验时，应将电容器拆除，然后给装置接上电源。并将电容器投切开关闭合，调整电源电压到1.1倍额定电压值，在规定1min时间内，过电压保护设施应能将电容器支路与电源断开。

5.4 功率因数控制器参数设置。

5.4.1 电流变比：变比值依据电流互感器变比，若电流互感器变比是800/5，则设置的变比值是160。

5.4.2 电容量：依据每组电容器实际配置的容量进行设置，单位：Kvar。

5.4.3 投切延时：30s。

5.4.4 功率因数cosΦ：0.95～0.97。

5.4.5 过电压设置：430V。

5.5 电容补偿装置的调试

手动模式（空载）调试。将控制器设置为手动模式，进行手动投切电容试验，同时观察电容的投切是否正确，以及补偿电流的变化是否正确。

自动模式（带负载）调试。将控制器设置为自动模式，启动一台较大功率的设备，观察功率因数低于设定值时，电容器应能自动投入；停止这台设备，电容器应能自动切离。

6.电容器的安全运行

6.1 允许运行电流

正常运行时，电容器应在额定电流下运行，最大运行电流不得超过额定电流的1.3倍，三相电流差不超过5 %。

6.2 允许运行电压

电容器对电压十分敏感，因电容器的损耗与电压平方成正比，过电压会使电容器发热严重，电容器绝缘会加速老化，寿命缩短，甚至电击穿。因此，电容器装置应在额定电压下运行，一般不宜超过额定电压的1.05倍，最高运行电压不宜超过额定电压的1.1倍。当母线超过1.1倍额定电压时，须采取降温措施。

6.3 合闸问题

电容器组禁止带电重合闸。主要是因电容器放电需要一定时间，当电容器组的开关跳闸后，如果马上重合闸，电容器是来不及放电的，在电容器中就可能残存着与重合闸电压极性相反的电荷，这将使合闸瞬间产生很大的冲击电流，从而造成电容器外壳膨胀，甚至爆炸。所以，电容器组再次合闸时，必须在断路器断开3 min之后才可进行。因此，电容器不允许装设自动重合闸装置，相反应装设无压释放自动跳闸装置。

6.4 允许运行温度

电容器正常工作时，其周围额定环境温度一般为40℃～-25℃；其内部介质的温度应低于65℃，最高不得超过70℃，否则会引起热击穿，或是引起鼓肚现象。电容器外壳的温度是在介质温度与环境温度之间，不应超过55℃。因此，应保持电容器室内通风良好，确保其运行温度不超过允许值。

6.5 爆炸问题

电容器在运行过程中，如出现电容器内部元件击穿、电容器对外壳绝缘损坏、密封不良和漏油、鼓肚和内部游离、带电荷合闸或是温度过高、通风不良、运行电压过高、谐波分量过大、操作过电压等情况，都有可能引起电容器损坏爆炸。

6.6 案例：电容投切频繁故障分析

6.6.1 现象：污水厂泵站配电房的电容补偿装置在调试期间，出现电容投切频繁问题，直接影响到电路中的主要器件（如接触器、电容器）的使用寿命，并对设备的安全运行构成威胁。

6.6.2 分析：泵站配电房的电容补偿装置总容量400kvar，分为10组，即每组电容40kvar。现场调查显示，当电路功率因数偏低时，补偿装置自动投入一组电容后，功率因数上升0.08，明显出现过补偿；紧接着补偿装置检测到功率因数偏高，自动就退出一组电容，功率因数则下降0.08，又出现功率因数偏低的情况。如此循环，就形成了电容补偿装置投切频繁的现象。

对无功补偿的电容量进行复核。按设计图纸的总装负荷为768.18kw，计算负荷为534.56kw，大功率设备以4台150kw的进水泵为主，占设备负荷84%，其电动机功率因数cosφ=0.78。取功率因数cosφ1=0.78提升到cosφ2=0.95，计算需要补偿的容量（无功功率）：

Qjs=Pjs（tgφ1-tgφ2）

=P js[tg（arcosφ1）-tg（arcosφ2）]

=534.56×[0.802-0.329]=253（kvar）

（1）

实际上，泵站共有4台的进水泵，其中常用的2台由AB变频器驱动。AB变频器功率因素达95%，可不考虑补偿，其他设备的功率因数都在0.75以上。那么，修正计算取P1=534.56-2×150=234.56（kw），功率因数cosφ1=0.75提升到cosφ2=0.95，补偿容量则有：

Q1=P1（tgφ1-tgφ2）

=P1[tg（arcosφ1）-tg（arcosφ2）]

=234.56×[0.882-0.329]=130（kvar）

（2）

根据式（1）Qjs=253 kvar，式（2）Q1=130 kvar，对比电容补偿装置配置容量400kvar，显然大了1倍左右。

综上述分析，导致电容投切频繁的原因是过补偿，总补偿电容量过大，分为10组后的每组电容量也是过大。

6.6.3 解决方案：因为Q1=130kvar，取总容量Q=150kvar，对装置相关元器件的参数进行调整，电容器住仍分为10组，则有每组容量15kvar。

6.6.4 方案实施及效果。参照解决方案，按每组容量15kvar对电容补偿装置实施改造后，电容投切频繁现象得以消除，达到了预期的使用效果。

6.6.5 案例启示：低压配电系统的电容补偿装置无功补偿电容量，根据实际用电设备参数进行分析计算，才能取得理想的效果，尤其是对于分散补偿方式。当不具备设计计算条件时，电容器安装容量可按变压器容量的10%～30%确定；对于电动机类型的功率负荷，补偿量约为40%。

7.结语

无功电容补偿技术是提高工矿企业供电能力、减少电压损失和降低网损的一种有效措。低压电容补偿装置具有无功补偿原理简单、安装方便、投资小，有功损耗小，运行维护简便、安全可靠等优点。随着社会经济的快速发展和用电需求的不断增加，运用补偿电容器进行合理的无功补偿，提高变配电系统的利用率，低压电容补偿装置将起到重要的作用，取得更好的经济效益。