一、无功补偿的必要性及补偿基本原则

　　电力系统中功率由有功功率和无功功率两部分组成， 发电机是唯一能够提供有功功率的电气设备，故有功功率只能由发电厂中的发电机经过电网提供给用电设备，但能够提供无功功率的电气设备较多，除了发电厂中的发电机外，还有固定电容器、同步调相机、静止无功补偿装置SVG等，这些设备可以灵活的应用在各级变电站、配电室中，即无功功率可以分层分区的就地补偿，但若配电室中不装设无功补偿装置，则用电设备所需要的无功功率只能全部由电网提供，此情况下会存在以下问题：1、增加上一级变电站的无功补偿容量，2、输电线路传送大量无功功率，增加线路损耗及电压损失； 3、本变电站电气设备额定电流增大，增加设备投资；4、新建变电站需要增大变压器容量以满足无功传送需求，已建成变电站变压器容量得不到充分利用，增加变压器过载的概率；5、功率因数达不到国家电网公司要求（35~220kV变电站在主变最大负荷时一次侧功率因数不应低于0.95），用户被罚款。

　　基于以上分析可见无功补偿的重要性，无功补偿装置应在各级电网中分层分区就地补偿，以减少无功电流在电网中的传输，提高输电线路的带负荷能力和变压器等设备的利用率。

　　二、并联补偿装置的类型、功能及优缺点分析

　　中低压电网大多采用并联补偿装置进行无功功率的补偿，并联补偿装置主要分为两大类，并联电容补偿装置和静补装置。

　　并联电容补偿装置

　　电容器由于其具有单位投资少，电能损耗小，维护简单，搬迁方便等优点，且随着近年来我国电容器制造水平的不断提高，电容器的可靠性达到了较高的标准，故在电力系统中电容器作为无功补偿设备得到了广泛的应用，并联电容补偿装置分为断路器投切的并联电容器装置和可控硅投切的并联电容器装置，装置的功能为向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网损耗和提高电网电压，

　　优点：利用真空断路器或者接触器分组自动投切并联电容器，操作简单，维护方便。

　　缺点：涌流大，降低开关的使用寿命，不能随着负载的变化而实现快速而精准的调节，在保证母线功率因数的同时容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统的稳定性。

　　2、静补装置

　　静止无功补偿器是一种静止型的动态无功补偿设备，其静止是相对调相机等旋转设备而言的，分为SVC和SVG两大类，SVC是在机械投切电容器和电抗器设备的基础上，采用大量的晶闸管（可控硅）替代机械式开关设备而发展起来的，是灵活交流输电技术的第一代产品，这种容量依据无功负荷和电压的变化，快速做出反应，迅速而连续地改变无功功率的大小和方向（容性和感性），其响应时间一般不大于20ms,从而能有效抑制冲击负荷（主要是无功负荷）引起的电压波动，有利于系统电压稳定水平，SVC主要由三种组合方式

　　1）饱和电抗器（SR）+固定电容器（FC），

　　此组合方式为较早形式的动态无功补偿装置，SR+FC型SVC无功补偿装置主要由一台饱和电抗器和一组电容器组成，由于饱和电抗器本身损耗和噪音很大，且不能分相调节补偿负荷的不平衡，故现较少使用。

　　2) 晶闸管控制电抗器（TCR）+晶闸管控制电容器（TSC）

　　基本工作原理为调节器首先根据电力系统的电压和电流计算出系统需要的补偿值，根据TSC的分组情况确定电容器需要投入的组数，一般为过补偿，然后通过TCR发出感性无功抵消过补偿的容性无功，以达到补偿效果。TSC分组数目通常根据补偿目标、总容量和选用的晶闸管阀参数确定，每组电容器支路均由独立的晶闸管阀控制，在此系统中TCR支路一般仅有一个，此系统具有无功输出能在容性和感性范围内调节，在零无功输出时损耗可以忽略不计，在电力系统大扰动期间或者扰动过后，因其电容器和电抗器可分别切除或投入，可使瞬变过电压限制到最低。

　　3）晶闸管控制电抗器（TCR）+机械断路器控制电容器（MSC）

　　此类型装置主要包括晶闸管相控电抗器和固定电容器两部分，通过改变晶闸管的触发延迟角，电抗器中的电流发生变化相当于改变电抗器的感抗，固定电容器的主要作用是提供基波容性功率，同时串联一定比例的电抗器兼做滤波用，此种组合方式具有响应速度快的优点，缺点是TCR本身会产生谐波，TCR与FC一起使用时，设备处于零无功输出的情况下，FC的容性无功电流和TCR的感性无功电流大小相等，这是产生的损耗较大，若设备长期处于此种工况，产生的经济损失较大。

　　静止无功发生器（SVG）

　　SVG是近年来出线的一种新型动态无功补偿装置，是灵活交流输电技术的第二代产品。装置采用大功率全控型电力电子器件(IGBT)组成的三相逆变器，核心部件是自换相电压源型变流器。它的直流储能元件一般采用直流电容器，交流侧通过电抗器或耦合变压器以并联方式接入系统，实际上这是一个接入电力系统的对电压幅值和相角可控的无功功率电源，SVG可以根据负载特点和工况，自动调节其输出的无功功率的大小和性质（容性或者感性）。SVG是目前最为先进的无功补偿技术，它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有如下优势：

　　响应时间更快，SVG响应时间：<5ms。传统动补装置响应时间：≥10ms。

　　SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。

　　(2)抑制电压闪变能力更强

　　(3)运行范围更宽，SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作，所以比其他类型动补的运行范围宽很多。更重要的是，在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。而其他类型动补均靠电容器提供容性无功，其输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越低，所以对电网的补偿能力也相应变弱。这是其他类型动补技术上的本质缺点。

　　(4)有源滤波功能，不仅自身产生的谐波含量极低，还能够对负载的谐波和无功进行补偿，实现有源滤波的功能，真正做到多功能化。

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　　(5)占地面积较小，由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积通常只有相同容量其他类型动补的50%，甚至更小。所以，在一些厂矿改造中SVG具有很大的优势。

　　三、高压并联电容器装置的组成及作用

　　电容器目前作为电力系统中主要的无功电源提供设备，其装置主要由以下几部分组成。

　　1、高压并联电容器组，高压并联电容器组是装置实现补偿功能的主体设备，由高压并联电容器单元经合适的并、串联连接而成。根据《并联电容器装置设计规范》GB50227-2008，每个串联段的总容量不应超过3900kVar，补偿装置的总容量原则为35-110kV变电站中，在最大负荷时一次侧功率因数不应低于0.95，在低谷负荷时功率因数不应高于0.95，根据调查35-110kV变电站的无功补偿装置总容量一般为变压器容量的10%-25%，且分组容量需要考虑电容器投切时不能引起母线电压升高超过额定电压的1.1倍。

　　2、开关设备，开关设备主要实现电容器组正常时的投入与退出及短路时候的开断，现阶段主要以高压断路器为主要开关设备，由于在关合电容器时会产生涌流及过电压，所以断路器的开断能力和绝缘需比普通断路器加强。

　　3、测量和保护用电流互感器，在此主要指的是高压电流互感器，用于电流的测量和保护。

　　4、限制涌流设备，主要指串联电抗器，串联电抗器在高压并联电容器组上的应用为了限制电容器合闸过程中的涌流、操作过电压及电网谐波对电容器的影响，大容量电容器一般应区分具体情况，加装串联电抗器。其作用为：①降低电容器组合闸涌流倍数及涌流频率;②减少电网中高次谐波引起的电容器过负荷;③减少电容器组用断路器在两相重燃时的涌流以利灭弧;④抑制一组电容器故障时，其他电容器组对其短路电流的影响;⑤抑制电容器回路中产生的高次谐波及谐波过电压。

　　5、放电装置，一般为放电线圈，电容器从电源断开时，两极处于储能状态，如果电容器整组从电源断开，储存电荷的能量非常大，必然在电容器两极之间持续保持着一定数值的残余电压，其初始值，即是电源电压的有效值，此时电容器组在带电荷的情况下，一旦再次投入，将产生强烈冲击性的合闸涌流，并伴有大幅值的过电压出现，工作人员一旦不慎触及就有可能遭到电击伤、电灼伤的严重伤害。为此，电容器组必须加装放电装置。

　　6、过电压装置，主要指氧化锌避雷器，在高压并联电容器组中为了限制电容器切断瞬时产生危险的过电压，首先应考虑选择适合电容器频繁操作并无重燃的断路器作为开关设备。但如前述可知，理想的断路器很难找到。比如适宜于频繁投切的真空断路器，仍存在着电弧重燃问题，一旦电弧重燃，将产生很高的过电压，后果往往是电容器的绝缘强度遭到严重的冲击乃至损坏。因此，在采用真空断路器作为频繁投切电容器组的开关设备时，必须加装氧化锌避雷器作为过电压的保护措施。

　　7、熔断器，目前，国内外广泛采用电容器单台熔丝，即对每台电容器均装有单独的熔断器，用以防止电容器内部击穿、短路可能引起的油箱爆炸事故，同时也使邻近电容器免受波及。单台电容器发生故障时，熔丝的快速熔断，可避免总开关的无选择性跳闸，保证电容器组运行的可靠性、无功功率输出的连续性和系统运行电压的稳定性。熔丝保护结构简单、安全便捷、故障反应迅速、标志明显、易发现故障准确位置，因此得到广泛应用。

　　8、检修用接地设备，这里主要指电容器组的电源侧的接地开关，对于中等以上容量的高压电容器装置，均要求装设接地开关，以方便检修。小容量的电容器组可以在检修时挂接地线。