電容器在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著類似發(fā)電機(jī)的作用，能夠產(chǎn)生容性無功電流。其補(bǔ)償原理在于，通過將具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一個電容器上，實現(xiàn)能量在兩者之間的相互轉(zhuǎn)換。這樣，電網(wǎng)中的變壓器和輸電線路的負(fù)荷得到減輕，從而提高了輸出有功能力。同時，供電系統(tǒng)的損耗也在輸出一定有功功率的情況下得到降低。相較于其他方法，電容器無疑是減輕變壓器、供電系統(tǒng)和工業(yè)配電負(fù)荷的最簡便和最經(jīng)濟(jì)的方式。因此，電容器在電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償中扮演著不可或缺的角色，而采用并聯(lián)電容器作為無功補(bǔ)償裝置也已成為一種普遍做法。

　　? 電容補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：電力電容器無功補(bǔ)償裝置具有諸多優(yōu)勢，如安裝便捷、地點(diǎn)靈活增減、有功損耗極小(僅占額定容量的0.4%左右)、建設(shè)周期短、投資省、運(yùn)行維護(hù)簡便以及個別電容器組故障不影響整體運(yùn)行等。

　　缺點(diǎn)：然而，電力電容器無功補(bǔ)償裝置也存在一些不足，如只能進(jìn)行有級調(diào)節(jié)、無法平滑調(diào)節(jié)、通風(fēng)不良可能導(dǎo)致電容器過熱膨脹、電壓特性不佳導(dǎo)致短路穩(wěn)定性差、補(bǔ)償精度不夠高可能影響補(bǔ)償效果以及運(yùn)行管理困難等。

　　電氣設(shè)備可概括為三大類：阻性設(shè)備、感性設(shè)備和容性設(shè)備。阻性設(shè)備，如熱得快、熱水器和電爐，主要功能是將電能轉(zhuǎn)化為熱量。感性設(shè)備，諸如電機(jī)、風(fēng)扇和空調(diào)，則涉及“電感”或“電感線圈”，它們的工作原理與磁場有關(guān)。而容性設(shè)備，以電容類用電設(shè)備為代表，在我們的日常生活中并不常見，例如滅蚊燈和補(bǔ)償柜等。

　　為什么要選擇電容補(bǔ)償，而非電阻或電感補(bǔ)償呢?這背后的原理在于不同電器負(fù)載對交流電的影響。當(dāng)交流電通過阻性負(fù)載時，如熱得快、熱水器和電爐，由于這類負(fù)載不產(chǎn)生無功功率，其電流與電壓保持同步。然而，感性負(fù)載，如電機(jī)、風(fēng)扇和空調(diào)，由于電感的作用，會導(dǎo)致交流電的電壓相位超前電流相位。同時，容性負(fù)載，例如滅蚊燈和補(bǔ)償柜，由于電容的影響，會使電流相位超前電壓相位。

　　在日常用電中，阻性負(fù)載占據(jù)多數(shù)，它們并不需要無功功率補(bǔ)償。但感性負(fù)載則需要無功功率，這會導(dǎo)致電壓與電流相位不同步，即電壓超前電流。為了恢復(fù)電流和電壓的同步性，我們需要在感性負(fù)載上并聯(lián)電容。由于感性負(fù)載造成電壓超前，而容性負(fù)載則導(dǎo)致電流超前，這兩種效果相互抵消，從而實現(xiàn)了同步?，F(xiàn)今，無功補(bǔ)償控制器已廣泛應(yīng)用于自動補(bǔ)償系統(tǒng)，以實現(xiàn)高效的電容補(bǔ)償。

　　01電氣設(shè)備分類及補(bǔ)償原理

　　? 電氣設(shè)備分類

　　電氣設(shè)備可大致分為三類：阻性設(shè)備、感性設(shè)備和容性設(shè)備。阻性設(shè)備，如熱得快熱水器和電爐，主要功能是將電能轉(zhuǎn)化為熱量，因此可簡單理解為發(fā)熱類用電設(shè)備。感性設(shè)備，諸如電機(jī)、風(fēng)扇和空調(diào)，因含有“電感”或“電感線圈”而得名，可視為線圈類用電設(shè)備。而容性設(shè)備，如滅蚊燈和補(bǔ)償柜，則是指電容類用電設(shè)備，這類設(shè)備在我們的日常生活中較為罕見。

　　? 補(bǔ)償原理

　　在交流電路中，阻性負(fù)載由于其無功功率為零，電流與電壓保持同步。然而，感性負(fù)載由于電感的作用，會導(dǎo)致交流電的電壓相位超前電流相位。同樣，容性負(fù)載則會使電流相位超前電壓相位。在日常用電中，阻性負(fù)載并不需要無功功率補(bǔ)償，但感性負(fù)載卻需要。為了保持電流和電壓的同步，我們需要在感性負(fù)載上并聯(lián)電容進(jìn)行補(bǔ)償。由于感性負(fù)載造成電壓超前，而容性負(fù)載則造成電流超前，這兩種效果相互抵消，從而實現(xiàn)了同步。

　　02電容補(bǔ)償方法及接線圖? 現(xiàn)代電容補(bǔ)償

　　現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，通常采用無功補(bǔ)償控制器來實現(xiàn)全自動的電容補(bǔ)償。這種控制器能夠?qū)崟r監(jiān)測電路中的無功功率需求，并自動投切相應(yīng)的電容設(shè)備，以確保電流和電壓的相位始終保持同步。

　　電容補(bǔ)償就像給電路加上一個小幫手，讓電流傳輸更高效。在直流輸電里，電線本身有電阻，會導(dǎo)致電壓變低。而在交流電路中，有些設(shè)備(如電機(jī))會讓電流和電壓不同步，導(dǎo)致電力浪費(fèi)。電容器就像是一個能快速充放電的小水庫，在交流電路中對電流的阻力很小，可以迅速響應(yīng)電流變化;但在直流電路中則像一道屏障，阻止電流通過。

　　具體來說，在交流電路中加入電容器后，它能抵消一些設(shè)備(如線圈)產(chǎn)生的反向作用力(無功功率)，從而讓電流和電壓更好地同步，減少電力浪費(fèi)，提高用電效率。

　　那么為什么低壓柜需要電容補(bǔ)償呢?這是因為低壓柜里的設(shè)備很多是感性負(fù)載(如電機(jī)、變壓器等)，它們會降低電路的功率因數(shù)，造成電力浪費(fèi)和設(shè)備發(fā)熱等問題。通過加裝電容器進(jìn)行補(bǔ)償，可以提高整個系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少電能損耗，延長設(shè)備壽命，還能節(jié)省電費(fèi)。

　　◆ 電容補(bǔ)償柜原理

　　電容器在電力系統(tǒng)中扮演著產(chǎn)生容性無功電流的發(fā)電機(jī)的角色。其無功補(bǔ)償?shù)暮诵睦砟钍峭ㄟ^將具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一電容器上，實現(xiàn)能量在兩者之間的相互轉(zhuǎn)換。這一策略有助于減輕電網(wǎng)中變壓器和輸電線路的負(fù)荷，進(jìn)而提升輸出有功能力。同時，它還能降低供電系統(tǒng)的損耗，特別是在輸出一定有功功率的情況下。相比其他方法，電容器無疑是減輕變壓器、供電系統(tǒng)和工業(yè)配電負(fù)荷的最簡便且經(jīng)濟(jì)高效的選擇。因此，在電力系統(tǒng)中采用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償變得尤為必要。目前，并聯(lián)電容器已成為無功補(bǔ)償裝置的主流選擇。

　　◆ 無功補(bǔ)償計算方法

　　接下來，我們將探討電容器補(bǔ)償容量的計算方法。無功補(bǔ)償容量應(yīng)根據(jù)無功功率曲線或特定的計算方法來確定，其計算公式為QC=p(tgφ1-tgφ2)或QC=pqc(1)。其中，Qc代表補(bǔ)償電容器容量，P代表負(fù)荷有功功率，COSφ1和COSφ2分別代表補(bǔ)償前后的負(fù)荷功率因數(shù)，而qc則代表無功功率補(bǔ)償率。通過這個公式，我們可以準(zhǔn)確地計算出所需的電容器補(bǔ)償容量。

　　02電容器補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)與方式◆ 補(bǔ)償裝置特點(diǎn)

　　電力電容器無功補(bǔ)償裝置具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如安裝便捷、地點(diǎn)靈活、有功損耗低、建設(shè)周期短、投資小、運(yùn)行維護(hù)簡便等。此外，即使個別電容器組出現(xiàn)損壞，也不會影響整個電容器組的運(yùn)行。然而，它也存在一些不足，例如只能進(jìn)行有級調(diào)節(jié)、通風(fēng)不良可能導(dǎo)致膨脹爆炸、無功補(bǔ)償精度低等。

　　◆ 無功補(bǔ)償方式

　　高壓分散補(bǔ)償：這是一種在單臺變壓器高壓側(cè)安裝的無功補(bǔ)償電容器，旨在改善電源電壓質(zhì)量，主要應(yīng)用于城市高壓配電中。

　　高壓集中補(bǔ)償：該方式將電容器裝于變電站或用戶降壓變電站的高壓母線上，也可裝設(shè)于用戶總配電室低壓母線。它適用于負(fù)荷集中、離配電母線近、補(bǔ)償容量大的場所，能有效減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并起到補(bǔ)償作用。其優(yōu)點(diǎn)包括易于自動投切、提高功率因素、利用率高、投資少、便于維護(hù)等。

　　低壓分散補(bǔ)償，即將單臺或多臺低壓電容器組分散安裝在用電設(shè)備附近，以補(bǔ)償該設(shè)備前方的所有高低壓線路和變壓器的無功功率。其優(yōu)勢在于，當(dāng)用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償設(shè)備也隨之投入，而設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備則退出，從而減少了配電網(wǎng)和變壓器中的無功流動，降低了有功損耗。此外，它還能減少線路導(dǎo)線截面和變壓器容量，節(jié)省空間。然而，這種方式的缺點(diǎn)包括利用率較低、投資較大，且不適用于變速運(yùn)行等。

　　低壓集中補(bǔ)償則是將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，并使用無功補(bǔ)償投切裝置進(jìn)行控制保護(hù)。其優(yōu)點(diǎn)包括接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，能夠使無功就地平衡，提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，因此是常用的無功補(bǔ)償手段之一。

　　03電容器安全運(yùn)行◆ 運(yùn)行電流與電壓

　　在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電容器應(yīng)在其額定電流下工作，且最大運(yùn)行電流不得超出額定電流的1.1倍，同時，三相電流的差異應(yīng)控制在5%以內(nèi)。電容器對電壓的變動非常敏感。由于電容器的損耗與電壓的平方成正比，過高的電壓會導(dǎo)致電容器嚴(yán)重發(fā)熱，加速其絕緣老化和壽命縮短，甚至可能引發(fā)電擊穿。因此，電容器應(yīng)在額定電壓下運(yùn)行，通常不宜使電壓超過額定值的1.05倍，且最高運(yùn)行電壓不應(yīng)超過額定電壓的1.1倍。

　　◆ 諧波與繼電保護(hù)

　　由于電容器回路構(gòu)成LC電路，容易與某些諧波產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致高次諧波的出現(xiàn)，進(jìn)而使電流增加和電壓上升。這些高次諧波電流對電容器非常有害，可能引發(fā)電容器擊穿和相間短路。因此，在電容器正常工作時，必要時可在其上串聯(lián)適當(dāng)感抗值的電抗器，以限制諧波電流的影響。繼電保護(hù)是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵措施。目前，國內(nèi)知名電氣廠家生產(chǎn)的繼電保護(hù)裝置技術(shù)已相當(dāng)成熟，能夠有效地切除故障電容器。

　　◆ 合閘問題及溫控

　　由于電容器放電需要一定時間，因此禁止在電容器組帶電狀態(tài)下進(jìn)行重合閘操作。否則，可能引發(fā)電容器外殼膨脹、噴油甚至爆炸。因此，再次合閘必須在斷路器斷開3分鐘后進(jìn)行，且電容器組不應(yīng)裝設(shè)自動重合閘裝置。電容器組的運(yùn)行溫度在正常工作狀態(tài)下，額定環(huán)境溫度通常介于40℃至-25℃之間，其內(nèi)部介質(zhì)溫度應(yīng)保持在65℃以下，最高不得超過70℃，以防止熱擊穿或鼓肚現(xiàn)象的發(fā)生。

　　電力電容器的補(bǔ)償原理

　　電容器在電力系統(tǒng)中，其補(bǔ)償原理類似于一個產(chǎn)生容性無功電流的發(fā)電機(jī)。通過將具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一電容器上，能量在這兩種負(fù)荷間得以相互轉(zhuǎn)換。這樣一來，電網(wǎng)中的變壓器和輸電線路所承受的負(fù)荷得以減輕，從而提高了輸出有功能力。同時，在保持一定有功功率輸出的前提下，供電系統(tǒng)的損耗也得以降低。由此可見，電容器作為電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，其作用不可或缺。目前，采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償已成為一種普遍做法。

　　電力電容器補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：電力電容器無功補(bǔ)償裝置具有諸多優(yōu)勢，如安裝便捷、地點(diǎn)靈活增減、有功損耗小(僅為額定容量的0.4%左右)、建設(shè)周期短、投資省、運(yùn)行維護(hù)簡便等。此外，即使個別電容器組出現(xiàn)損壞，也不會影響整個電容器組的運(yùn)行。

　　缺點(diǎn)：然而，電力電容器無功補(bǔ)償裝置也存在一些不足。例如，它只能進(jìn)行有級調(diào)節(jié)，無法實現(xiàn)平滑調(diào)節(jié);在通風(fēng)不良的環(huán)境下，電容器運(yùn)行溫度超過70℃時易發(fā)生膨脹爆炸;其電壓特性不佳，對短路穩(wěn)定性較差，且在切除后會產(chǎn)生殘余電荷。同時，無功補(bǔ)償精度不高也可能影響補(bǔ)償效果，以及運(yùn)行管理困難和電容器安全運(yùn)行問題未受到足夠重視等。

　　無功補(bǔ)償方式

　　高壓分散補(bǔ)償：這是一種在單臺變壓器高壓側(cè)安裝的無功補(bǔ)償電容器，旨在改善電源電壓質(zhì)量，主要應(yīng)用于城市高壓配電中。

　　高壓集中補(bǔ)償：這種方式是將電容器裝于變電站或用戶降壓變電站的6kV～10kV高壓母線上。它也可以裝設(shè)在用戶總配電室的低壓母線上，適用于負(fù)荷集中、離配電母線近、補(bǔ)償容量大的場所。當(dāng)用戶自身有一定的高壓負(fù)荷時，這種補(bǔ)償方式可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并起到一定的補(bǔ)償作用。其優(yōu)點(diǎn)包括易于實現(xiàn)自動投切、合理提高用戶功率因素、利用率高、投資省、便于維護(hù)和調(diào)節(jié)等，但經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償效益相對較差。

　　低壓分散補(bǔ)償：這一方式將在后續(xù)段落中詳細(xì)介紹。

　　低壓分散補(bǔ)償?shù)脑砑捌涮攸c(diǎn)

　　低壓分散補(bǔ)償是一種根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需求量，將單臺或多臺低壓電容器組分散安裝在用電設(shè)備附近的方式。它旨在補(bǔ)償安裝部位前邊的所有高低壓線路和變壓器的無功功率。這種方式在用電設(shè)備運(yùn)行時投入無功補(bǔ)償，停運(yùn)時則退出，從而減少了配電網(wǎng)和變壓器中的無功流動，進(jìn)而降低了有功損耗。此外，它還能減少線路的導(dǎo)線截面及變壓器的容量，占地空間小。然而，低壓分散補(bǔ)償也存在一些不足，如利用率較低、投資較大，且不適用于變速運(yùn)行、正反向運(yùn)行以及點(diǎn)動、堵轉(zhuǎn)、反接制動的電機(jī)。

　　低壓集中補(bǔ)償?shù)脑砑捌鋬?yōu)點(diǎn)

　　低壓集中補(bǔ)償則是將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，并利用無功補(bǔ)償投切裝置進(jìn)行控制保護(hù)。這種補(bǔ)償方式可根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷直接控制電容器的投切，且整組進(jìn)行，無法實現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)。盡管如此，低壓集中補(bǔ)償具有接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，能有效實現(xiàn)無功就地平衡，提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，因此成為目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。

　　電容器補(bǔ)償容量的計算方法

　　無功補(bǔ)償容量應(yīng)根據(jù)無功功率曲線或特定的計算方法來確定。計算公式為：QC=p(tgφ1-tgφ2)或QC=pqc(1)，其中Qc代表補(bǔ)償電容器容量，P代表負(fù)荷有功功率，COSφ1和COSφ2分別代表補(bǔ)償前后的負(fù)荷功率因數(shù)，而qc則代表無功功率補(bǔ)償率。