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摘要：本文对无功补偿技术应用到工业动力系统当中的优势进行了系统的论述，并主要分析了在工业动力系统中无功补偿技术的应用策略以及常见故障。
关键词：无功补偿;工业;电力
无功补偿的原理
在工业动力系统中，并联电容器是目前最为普遍的无功补偿措施，其补偿原理是利用电容器提供感性负载所消耗的无功功率，从而降低变压器和输电线路功率损耗、提高电网功率因数、减少工业配电负荷。
工业动力系统应用无功补偿的优势
2.1减少线损
假设补偿前后输电线路功率因数为cos?〖φ_1 〗和cos?〖φ_2 〗，视在功率和电压不变的条件下，线路功率损失比?P%=（〖P_2-P〗_1 ）÷P_2×100%=（1-cos?〖φ_1 〗÷cos?〖φ_2 〗 ）×100%，例如cos?〖φ_1 〗=0.7，cos?〖φ_2 〗=0.95，则线路功率损失比?P%=26.3%，可見应用无功补偿技术对线路功率因数进行提高后，对线路功率损失的改善作用是非常显著的。
2.2提升企业效益
提高功率因数对企业用户的直接经济效益也是十分明显的，在我国电价制度中，对不同用户的功率因数做出了相应的要求，低于规定功率因数的，需要多收电费，而达到甚至高于规定功率因数的，则可以相应地减免电费。另外，如果能够将变压器的功率因数有效的提升，可以在一定条件下降低设备容量，减少投资费用，扩容的目标也能够因此而实现。
2.3延长电气寿命
将无功补偿技术应用到工业的动力系统当中，能够使电网的电压变得更加稳定，使电力系统的输电能力得到有效的提升，也更有利于大功率电机的启动，所起到的作用是非常具有积极性的。正是因为较好的提升了电力系统运行的稳定性，发生故障的几率也会因此而降低，从而能够预防因故障导致设备损坏的情况。提高功率因数后的动力系统总电流减小，可以使饱和状态下的线路、变压器及开关等电气设备负荷容量降低，同时也能降低设备温升延长电气寿命。
工业动力系统中无功补偿技术的应用策略
3.1补偿控制器的选用
（1）对于电网负荷波动不大，且三相负荷基本平衡，仅以提高功率因数为目标的情况，为了降低设备成本，可选用功能单一、操作简便的简易型无功补偿控制器。投切方式可采用较简单的循环投切模式，这样即能达到较好的无功补偿效果，又能降低设备的生产制造成本，同时设备操作简单，便于维护;
（2）对于电网负荷波动频繁、最大负荷与最小负荷间的差距较大，但三相负荷基本平衡的情况，宜选用性能较好的控制器。投切方式最好采用可进行程序控制的“编码+循环”投切方式，以确保控制器能够快速准确地对无功功率的变化进行动态跟踪补偿;
（3）当电网负荷波动频繁，最大负荷与最小负荷差距较大，同时三相负荷严重不平衡时，对控制器的选择就提出了更高的要求，应具有“分相+平衡”复合投切功能;
（4）对于非线性负荷较多、电网谐波分量较大的情况，必须选用具有谐波测量和谐波超限保护功能的无功补偿控制器，并选配参数合理的抗谐波电抗器，构成抗谐波无功补偿控制装置，以便在谐波较严重的工况下仍能可靠运行，达到满意的补偿效果。
3.2确定补偿容量
补偿容量的正确选择，是获得良好补偿效果的重要环节。
（1）确定供电变压器的空载无功补偿
一般可选变压器总容量3%的并联电容器作为固定补偿，以补偿变压器的空载无功损耗。
（2）确定多路补偿的容量梯度
了解用电负荷的最大值、最小值、负荷的波动情况，根据具体情况以确定电容器的投切步长和分组路数，做到对无功变化的精确跟踪。
（3）平衡补偿、分相补偿、复合补偿的选择
确定三相负荷的不平衡程度，必要时需进行现场测量，以确定采用三相平衡补偿还是采用复合补偿方式。当三相严重不平衡时，最好选用适当容量的分相补偿。
（4）确定补偿电容器的总容量
测量自然功率因数，确定目标功率因数，根据两者之差确定所需要的无功补偿总容量。
（5）是否采用抗谐波无功补偿电容器
当电网谐波分量较大时，应进行现场谐波测试，必要时需采用与电抗器配套设计的专用电容器，以防止在较大谐波的作用下，补偿装置无法正常运行或电容器易损坏的现象发生。
3.3合理选择投切开关
（1）普通交流接触器
由于电容器在投入和切除时会产生很大的涌流和过压，暂态高压和投切冲击电流会导致电器绝缘击穿和接触器触头烧损，使接触器频繁损坏，同时还会影响电容器使用寿命和对电网造成干扰。因此，普通交流接触器投切电容器的控制方式目前已基本淘汰。
（2）晶闸管投切装置
利用晶闸管实现电压过零投入、电流过零切除、开关无触点、反应速度快等特性，可实现电容器的投入无涌流、切除无过压、投切无电弧的快速动态补偿功能，因而较好地解决了电容器投切时产生的暂态冲击现象。目前，采用晶闸管投切电容器（TSC）的无功补偿装置已得到了较多的应用。但晶闸管元件最明显的缺点是在导通状态下有较大的管压降，这不仅存在一定的功率损耗，还产生了很高的温升，需要使用轴流风扇和体积较大的专用散热器，来解决其通风散热问题，同时还需使用温控开关来控制轴流风扇的适时启动。
由于400V电压级的低压无功补偿装置安装地点分散、数量多、运行和维护的工作量大，因此，在无功补偿装置的选用中，晶闸管电容投切装置所暴露的缺陷已不容忽视。选用可靠性更高、使用寿命更长的免维护型电容器投切装置，是达到良好补偿效果、降低运行和维护费用、实现高效、节能、安全、经济运行的重要举措。
无功补偿装置的常见故障分析 4.1控制器故障
（1）电网中或负载源产生的谐波会使补偿控制器产生误动误显;
（2）取样电流与取样电压相位不正确，或取样互感器接线存在缺陷均会引起电容器投切逻辑异常;
（3）控制器定值设置不当将导致补偿效果不佳，甚至产生欠补、过补。
4.2熔断器故障
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。
（1）熔断器选型配置应充分考虑无功补偿装置的特性，在投切过程中当涌流较大的情况下，一般选用过载能力强的熔芯;
（2）计算实际投切电流也同样重要，通常情况下要考虑实际投切电流的1.35倍-2倍;
（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，在电容从系统中切除后电容器中电压随时间延长而逐渐衰减，当短时间隔又投入时，残压和所加电压即形成叠加电压，造成过电压，所以在设置投切时间时切不可太短，一般以20s-30s为宜;
（4）电网及负载设备产生的谐波将改变电源能量波形构成，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长时间不平衡，也将造成熔断器部分熔断;
（6）熔断器安装工艺、工作环境等都有可能导致熔断器熔断。
4.3接触器故障
（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，长时间運行也将导致接触器损坏。
4.4电容器故障
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，若发生如下情况造成击穿，将使电容器彻底损坏。
（1）由补偿控制器质量问题引起的误投误切电容器;
（2）补偿时瞬间投切的涌流非常大;
（3）三相电流、电压长时间不平衡;
（4）叠加电压（由于控制器设置的投切时间比较短所形成）;
（5）谐波对电容器的干扰。
结束语
无功补偿的重要性目前已经成为了业内的共识，各供、用电企业也相继安装了许多不同形式的无功补偿装置，但从使用效果上看却不尽相同。特别是在工业动力系统当中，运行在400V电压级下的无功补偿装置，由于其补偿点多，专业技术管理力度相对薄弱，在补偿的准确性、运行的安全性、动作的可靠性、设备的先进性、以及维护频率、使用寿命等方面，存在着优劣并存，良莠不齐的现状。相信在电力电子技术和器件制造水平不断发展的将来，会有更加先进和更加标准化的无功补偿技术得以应用，致使工业能源利用率更高，生产效益更好。
参考文献
克长宾.动态无功补偿装置在电力系统中的应用[J].节能，2015（10）：70-73+3.
陈雨.智能无功补偿技术在电力自动化中的应用分析[J].电子测试，2016（Z1）.
李勇，程汉湘.无功补偿装置在电力系统中的应用综述[J].广东电力，2016（06）：87-92.
关键词：无功补偿;工业;电力
无功补偿的原理
在工业动力系统中，并联电容器是目前最为普遍的无功补偿措施，其补偿原理是利用电容器提供感性负载所消耗的无功功率，从而降低变压器和输电线路功率损耗、提高电网功率因数、减少工业配电负荷。
工业动力系统应用无功补偿的优势
2.1减少线损
假设补偿前后输电线路功率因数为cos?〖φ_1 〗和cos?〖φ_2 〗，视在功率和电压不变的条件下，线路功率损失比?P%=（〖P_2-P〗_1 ）÷P_2×100%=（1-cos?〖φ_1 〗÷cos?〖φ_2 〗 ）×100%，例如cos?〖φ_1 〗=0.7，cos?〖φ_2 〗=0.95，则线路功率损失比?P%=26.3%，可見应用无功补偿技术对线路功率因数进行提高后，对线路功率损失的改善作用是非常显著的。
2.2提升企业效益
提高功率因数对企业用户的直接经济效益也是十分明显的，在我国电价制度中，对不同用户的功率因数做出了相应的要求，低于规定功率因数的，需要多收电费，而达到甚至高于规定功率因数的，则可以相应地减免电费。另外，如果能够将变压器的功率因数有效的提升，可以在一定条件下降低设备容量，减少投资费用，扩容的目标也能够因此而实现。
2.3延长电气寿命
将无功补偿技术应用到工业的动力系统当中，能够使电网的电压变得更加稳定，使电力系统的输电能力得到有效的提升，也更有利于大功率电机的启动，所起到的作用是非常具有积极性的。正是因为较好的提升了电力系统运行的稳定性，发生故障的几率也会因此而降低，从而能够预防因故障导致设备损坏的情况。提高功率因数后的动力系统总电流减小，可以使饱和状态下的线路、变压器及开关等电气设备负荷容量降低，同时也能降低设备温升延长电气寿命。
工业动力系统中无功补偿技术的应用策略
3.1补偿控制器的选用
（1）对于电网负荷波动不大，且三相负荷基本平衡，仅以提高功率因数为目标的情况，为了降低设备成本，可选用功能单一、操作简便的简易型无功补偿控制器。投切方式可采用较简单的循环投切模式，这样即能达到较好的无功补偿效果，又能降低设备的生产制造成本，同时设备操作简单，便于维护;
（2）对于电网负荷波动频繁、最大负荷与最小负荷间的差距较大，但三相负荷基本平衡的情况，宜选用性能较好的控制器。投切方式最好采用可进行程序控制的“编码+循环”投切方式，以确保控制器能够快速准确地对无功功率的变化进行动态跟踪补偿;
（3）当电网负荷波动频繁，最大负荷与最小负荷差距较大，同时三相负荷严重不平衡时，对控制器的选择就提出了更高的要求，应具有“分相+平衡”复合投切功能;
（4）对于非线性负荷较多、电网谐波分量较大的情况，必须选用具有谐波测量和谐波超限保护功能的无功补偿控制器，并选配参数合理的抗谐波电抗器，构成抗谐波无功补偿控制装置，以便在谐波较严重的工况下仍能可靠运行，达到满意的补偿效果。
3.2确定补偿容量
补偿容量的正确选择，是获得良好补偿效果的重要环节。
（1）确定供电变压器的空载无功补偿
一般可选变压器总容量3%的并联电容器作为固定补偿，以补偿变压器的空载无功损耗。
（2）确定多路补偿的容量梯度
了解用电负荷的最大值、最小值、负荷的波动情况，根据具体情况以确定电容器的投切步长和分组路数，做到对无功变化的精确跟踪。
（3）平衡补偿、分相补偿、复合补偿的选择
确定三相负荷的不平衡程度，必要时需进行现场测量，以确定采用三相平衡补偿还是采用复合补偿方式。当三相严重不平衡时，最好选用适当容量的分相补偿。
（4）确定补偿电容器的总容量
测量自然功率因数，确定目标功率因数，根据两者之差确定所需要的无功补偿总容量。
（5）是否采用抗谐波无功补偿电容器
当电网谐波分量较大时，应进行现场谐波测试，必要时需采用与电抗器配套设计的专用电容器，以防止在较大谐波的作用下，补偿装置无法正常运行或电容器易损坏的现象发生。
3.3合理选择投切开关
（1）普通交流接触器
由于电容器在投入和切除时会产生很大的涌流和过压，暂态高压和投切冲击电流会导致电器绝缘击穿和接触器触头烧损，使接触器频繁损坏，同时还会影响电容器使用寿命和对电网造成干扰。因此，普通交流接触器投切电容器的控制方式目前已基本淘汰。
（2）晶闸管投切装置
利用晶闸管实现电压过零投入、电流过零切除、开关无触点、反应速度快等特性，可实现电容器的投入无涌流、切除无过压、投切无电弧的快速动态补偿功能，因而较好地解决了电容器投切时产生的暂态冲击现象。目前，采用晶闸管投切电容器（TSC）的无功补偿装置已得到了较多的应用。但晶闸管元件最明显的缺点是在导通状态下有较大的管压降，这不仅存在一定的功率损耗，还产生了很高的温升，需要使用轴流风扇和体积较大的专用散热器，来解决其通风散热问题，同时还需使用温控开关来控制轴流风扇的适时启动。
由于400V电压级的低压无功补偿装置安装地点分散、数量多、运行和维护的工作量大，因此，在无功补偿装置的选用中，晶闸管电容投切装置所暴露的缺陷已不容忽视。选用可靠性更高、使用寿命更长的免维护型电容器投切装置，是达到良好补偿效果、降低运行和维护费用、实现高效、节能、安全、经济运行的重要举措。
无功补偿装置的常见故障分析 4.1控制器故障
（1）电网中或负载源产生的谐波会使补偿控制器产生误动误显;
（2）取样电流与取样电压相位不正确，或取样互感器接线存在缺陷均会引起电容器投切逻辑异常;
（3）控制器定值设置不当将导致补偿效果不佳，甚至产生欠补、过补。
4.2熔断器故障
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。
（1）熔断器选型配置应充分考虑无功补偿装置的特性，在投切过程中当涌流较大的情况下，一般选用过载能力强的熔芯;
（2）计算实际投切电流也同样重要，通常情况下要考虑实际投切电流的1.35倍-2倍;
（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，在电容从系统中切除后电容器中电压随时间延长而逐渐衰减，当短时间隔又投入时，残压和所加电压即形成叠加电压，造成过电压，所以在设置投切时间时切不可太短，一般以20s-30s为宜;
（4）电网及负载设备产生的谐波将改变电源能量波形构成，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长时间不平衡，也将造成熔断器部分熔断;
（6）熔断器安装工艺、工作环境等都有可能导致熔断器熔断。
4.3接触器故障
（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，长时间運行也将导致接触器损坏。
4.4电容器故障
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，若发生如下情况造成击穿，将使电容器彻底损坏。
（1）由补偿控制器质量问题引起的误投误切电容器;
（2）补偿时瞬间投切的涌流非常大;
（3）三相电流、电压长时间不平衡;
（4）叠加电压（由于控制器设置的投切时间比较短所形成）;
（5）谐波对电容器的干扰。
结束语
无功补偿的重要性目前已经成为了业内的共识，各供、用电企业也相继安装了许多不同形式的无功补偿装置，但从使用效果上看却不尽相同。特别是在工业动力系统当中，运行在400V电压级下的无功补偿装置，由于其补偿点多，专业技术管理力度相对薄弱，在补偿的准确性、运行的安全性、动作的可靠性、设备的先进性、以及维护频率、使用寿命等方面，存在着优劣并存，良莠不齐的现状。相信在电力电子技术和器件制造水平不断发展的将来，会有更加先进和更加标准化的无功补偿技术得以应用，致使工业能源利用率更高，生产效益更好。
参考文献
克长宾.动态无功补偿装置在电力系统中的应用[J].节能，2015（10）：70-73+3.
陈雨.智能无功补偿技术在电力自动化中的应用分析[J].电子测试，2016（Z1）.
李勇，程汉湘.无功补偿装置在电力系统中的应用综述[J].广东电力，2016（06）：87-92.