李 喆

(中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

电网输出的功率包括两部分:(1)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；(2)消耗电能，但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，且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。 “无功”并不是“无用”的电功率，但功率不转化为机械能、热能、化学能或声能，因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。 但无功功率对供、用电也产生一定的不良影响，需要在电力供电系统中设置无功功率补偿。

无功功率补偿，是一种在电力供电系统中起提高电网的功率因数、降低供电变压器及输送线路的损耗、提高供电效率、改善供电环境的技术。 合理的选择补偿装置，可以做到最大限度地减少电网的损耗，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、谐波增大等诸多不良影响。

无功补偿装置包括串联补偿装置、同步调相机、并联电抗补偿装置、并联电容补偿装置和静补装置。 在110kV 及以下用户中，人工补偿主要是装设并联电容补偿装置，本文以此为无功功率补偿装置，计算实际输出的容量。

1 电容器的基本计算公式

式中，XC为电容器的容抗，Ω；XL为电抗器的感抗，Ω；ω 为角频率；C为电容，F；UC为电容器端电压，V；K为电抗率；Q为电容器容量，var。

2 串联电抗器引起的电容器端子电压升高

并联电容器的容量应能满足就地平衡的要求，其分组容量也应满足系统无功功率和电压调控要求，当分组电容器按各种容量组合运行时，应避开谐振容量，不得发生谐波的严重放大和谐振。 故并联电容器中应串联适当电抗率的电抗器，以限制合闸涌流，抑制谐波电流，防止电容器过负荷。

式中，UC为串联电抗器的电容器端电压，kV；Un为电容器接入点的系统母线电压，kV；S为电容器组每相的串联段数，电压10kV 及以下时为1；K为串联电抗器的电抗率。

3 串联电抗器的并联电容器装置实际输出容量

3.1 不考虑电抗器的并联电容器装置实际输出容量

式中，QC单台为单台电容器容量，kvar；QC每相为每相电容器容量，kvar；Qe为电容器额定容量，kvar；UC为串联电抗器的电容器端电压，kV；Un为电容器接入点的系统母线电压，kV；Ue为单台电容器端电压，kV；S为电容器组每相的串联段数，电压10kV 及以下时为1；M为电容器组每相的并联段数，电压10kV 及以下时为1；XC单台为单台电容器的容抗，Ω；K为串联电抗器的电抗率。

3.2 电抗器的实际输出容量

式中，QL单台为电抗器的实际输出容量，kvar；QL每相为每相电抗器的实际输出容量，kvar；Qe为电容器额定容量，kvar；Un为电容器接入点的系统母线电压，kV；Ue为单台电容器端电压，kV；S为电容器组每相的串联段数，电压10kV 及以下时为1；M为电容器组每相的并联段数，电压10kV 及以下时为1；K为串联电抗器的电抗率。

3.3 考虑电抗器的并联电容器装置实际输出容量

式中，Q(C-L)单台为考虑电抗器的单台电容器容量，kvar；Q(C-L)每相为考虑电抗器的每相电容器容量，kvar；Qe为电容器额定容量，kvar；UC为串联电抗器的电容器端电压，kV；Un为电容器接入点的系统母线电压，kV；Ue为单台电容器端电压，kV；S为电容器组每相的串联段数；电压10kV 及以下时为1；M为电容器组每相的并联段数；电压10kV 及以下时为1；K为串联电抗器的电抗率。

3.4 电压10 kV 及以下时简化公式

电压10 kV 及以下时简化公式如表1 所示。

并联电容器实际输出容量的简化公式 表1

4 无功功率补偿提高功率因数

无功功率的补偿可以提高功率因数，减少线路及变压器的损耗和电压损失；也可以增加发配电设备的供电能力，节约设备投资。 根据《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定，高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数应大于0.9。 在《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》中，对功率因数数值进一步要求为:在35～220kV 变电站中，在主变压器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。

5 结束语

通过以上公式，为设计人员正确合理选择补偿电容器有着重要意义。 不多补偿，为业主减少投资和变配电室面积；不少补偿，为电网减少损耗，使电网质量提高。

并联电容器无功电源的规划，应在电力系统有功规划的基础上同时进行。 原则上应使无功就地分区分层基本平衡，按地区补偿无功负荷，就地补偿降压变压器的无功损耗，并应能随负荷变化进行调整，避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率，以减少由于无功功率的传送而引起的电网有功损耗。