DWK3-11OG12高压电容无功补偿在35KV变电所的应用

秦玉芳

（晋煤集团古书院矿，山西 晋城 048000）

【摘要】介绍了DWK3-110C12高压电容无功补偿控制器在古书院矿西风井35kV变电所的应用，详细分析了DWK3-110C12高压电容无功补偿控制器的适用范围及特点，说明了无功补偿技术参数及调容该系统方案，无功补偿系统工作原理，系统实用性强，性能完善且可靠性高，为煤矿安全生产提供了保障，并且产生了很好的经济效益和社会效益。

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关键词 WK3-110C12高压电容无功补偿；变电所；应用

古书院矿西风井35kV变电所主要负责西风井及井下西翼等的供电，用电负荷均为一二类负荷，能否安全可靠供电直接关系到矿井的安全生产。为保证供电质量及供电系统安全，35kV变电所在设计时便考虑了无功补偿。

1无功补偿和提高功率因素的意义

1.1无功功率

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。无功功率比较抽象，它是电路内电场与磁场的交换，在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率无功功率。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。无功功率，用字母Q表示，单位为乏（Var）。

1.2提高功率因数的意义

功率因数是反映用户的电能的利用效率，功率因数越高，电网的电能利用率就越高。供电部门是希望用户的功率因数越高越好。也就是希望用户从电网索取的，都是有功功率，无功功率越少越好。因为虽然无功功率只是能量交换，并没有能量消耗，但多一点少一点关系很大，直接关系到整个供电系统运行。这是因为电网的容量是一个定值，是有限的。有功功率是能量，无功功率也是能量，它们都是由电网提供的，所以当无功功率大了，有功功率的就小了，能提供对外做功的能量就少了。

1.3影响功率因数的主要因素

功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其功率因数=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

1）异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

2）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

3）电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。

4）以上影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

1.4无功补偿原理

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。但是从发电机和高压输电线供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。无功补偿是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。采用无功补偿可以收到以下效果：

1）根据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。

2）采用无功补偿技术，提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。

3）无功补偿，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量，稳定设备运行。

4）减少电力损失，一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗约2%~3%左右，使用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。

5）改善供电品质，提高功率因数，减少负载总电流及电压降。于变压器二次侧加装电容可改善功率因数提高二次侧电压。

6）延长设备寿命。改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，因此可以降低温升增加寿命（温度每降低10°C，寿命可延长1倍）。

7）最终满足电力系统对无功补偿的监测要求，消除因为功率因数过低而产生的罚款。

8）无功补偿可以改善电能质量、降低电能损耗、挖掘发供电设备潜力、无功补偿减少用户电费支出，是一项投资少，收效快的节能措施。

9）无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，确定无功功率的补偿容量，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约电能的目的。

2DWK3-110C12高压电容无功补偿控制器适用范围及特点

DWK3-110C12高压电容无功补偿控制器适用于6kV以上补偿电容的自动投切控制。可控制八组电容组。根据无功功率大小，功率因数和电压范围，自动控制电容器投切进行补偿。有效减少线路无功损耗,提高电网的功率因素。对需要电压优先控制的情况，还可利用电容的调压作用提高电压合格率。

2.1可靠性极高，确保安全

所有的对外接线端子均可承受上千伏的电压冲击而不影响正常工作，电路具有极高的抗干扰能力。

优越的“软件电子狗”电路和容错技术，可以自动发现程序运行错误并瞬间复位计算机，彻底杜绝了“死机”现象，因此本产品没有“复位”键。

独有的“硬件电路故障保护电路”，确保控制器内任意电路损坏后或“死机”瞬间都不会引发输出误动作，保证了本产品万一损坏后不会成为定时炸弹。

2.2自动化程度高，操作方便

“傻瓜机”的设计风格简单、实用。自动运行时完全不需人为干预，出现问题时自动退出故障设备并用语音提示。

大屏幕液晶显示器、中文显示、图形界面和菜单操作和设置，还有方便用户使用的快捷键。设置的参数永久保存，不受停电影响。

2.3通用面广，适应性强

适用于6kV，10kV，110kV等电压等级的各类变电站。可控制一至两段母线一至十二组电容器或者电抗器。

既可以控制等容量电容器又可控制不等容量电容器或者等容和差容混合情况。

根据用户类型的不同，既可以仅控制无功，也可按电压优先的原则进行电压无功的综合控制。

具有供值班员使用的运行设置和供安装维护人员使用的调试设置。用户无需提供变电站设备参数和运行情况。

具有自动控制、语音提示控制、手动操作、远方控制多种工作方式。

2.4自适应工作，适合无人变电站

2.5电容控制算法先进

对同容量电容，按无功容量决定投切，按动作次数对不同容量电容，按无功量大小自动选择匹配电容逐个投入和切除并兼顾动作次数，不会出现投切振荡。

的多少选取电容实行均衡投切。

对既有不同容量电容，又有等容量电容情况，可先按无功量大小自动选择匹配电容容量，再根据动作次数对等容电容实行均衡投切。

保护和故障诊断

可以实现电容组合投切，以最少的电容组数实现最佳的电容控制。例如三组电容可产生七种电容量。控制更精确，无功补偿一次到位。减少成套装置的成本和空间。对电容容量比值关系无限制。

2.6显示功能

2.7安装维护方便

系统测试功能可现场观测所有外部接入信号和通断输出接点，方便快速地安装调试；

增益调节功能可使维护人员在控制器面板上用按键直接修正显示精度。

通用的电路板和模块化设计，进口可插拔式插座输出，先进的可编程序器件易于维护升级。

2.8语音提示功能

2.9事件记录

可记录多个事件，记录的内容不受停电影响，便于追忆运行和故障情况。

各组电容的投入、切除动作以及日期、时间。

各种异常报警事件以及日期、时间。

主变运行方式自动转换动作以及日期、时间。

2.10统计功能

当月和上月电压合格率。

抄表日期、超上限率、下限率和超限时间长度、最大电压值和最小值以及发生时间。

各电容器的本月动作次数、上月底动作次数、累计动作次数，以及各电容器本月的投运时间。

3技术参数及调容方案

3.1技术参数

测量精度

电压： ≤0.5%

电流： ≤2.0%

功率因数： ≤1.0%

时间： ≤1秒/天

输入采样限量

电压： 0～150V (PT电压)

电流： 0～5A或0～1A(CT电流)

输出继电器触点容量 220V/5A

电源供应 AC/DC176～265V/25VA

抗干扰 共模2500V，差模1000V

环境温度 -15℃～+50℃

相对湿度 ≤95%(25℃时)

3.2调容控制方案

根据电容器的容量情况和应用情况，分为四种控制方案。

3.2.1等容均衡

应用在各组电容器的容量相同时，控制器按照动作次数均衡的原则逐个投切电容。相当于循环投切功能。

3.2.2差容选配

当各组电容器的容量不相同时，需要按照电容容量大小选配，逐个投切电容器。也可用于既有不等容的电容同时由包含有等容量电容的情况，对不等容电容按容量大小选配投切，对等容量电容按照动作次数均衡投切。以上情况控制器能够自动识别。

3.3.3差容组合

在成套应用中，各组电容器的容量不相同，可按照各组电容容量组合出不同的电容档，进行较为精确地投切，可以实现一次投切到位。例如3组电容可组合出7组容量档。可以将成套成本降到最低，空间也降到最小。推荐使用！

3.3.4滤波补偿

用于滤波补偿情况，需要指定滤波电容器的投切次序，对各组电容器的容量没有限制。

滤波电容器投切次序的设置见电容器容量设置功能。

4无功补偿原理图

5经济及社会效益

安装DWK3-110C12高压电容无功补偿控制器后，提高了供电系统的功率因素，提高设备出力，降低功率损耗和电能损失，改善电压质量，节约了电力成本，与此同时由于该设备自动投切，无需人为，减少了人力物力的投入，主要体现在以下几方面：

5.1节省企业电费开支

提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。

5.2提高设备的利用率

对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力；对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。因此，使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。

5.3降低系统的能耗

补偿前后线路传送的有功功率不变，P=UICOSΦ，由于COSΦ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1，为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSΦ1=I2COSΦ2。

即:I1/I2=COSΦ2/COSΦ1，这样线损P减少的百分数为：

ΔP%=（1-I22/I12）×100%=（1-COS2Φ1/COS2Φ2）×100%

当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由(2)式可求得有功损耗将降低20%～45%。

5.4改善电压质量

以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X，有功和无功为P、Q,则电压损失ΔU为：

△U=（PR+QX）/Ue×10-3（kV）两部分损失：PR/Ue→输送有功负荷P产生的；QX/Ue→输送无功负荷Q产生的；

配电线路：X=（2～4）R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的

变压器：X=（5～10）R，QX/Ue=（5～10）PR/Ue变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的。可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。因此，无功补偿能改善电压质量（一般电压稳定不宜超过3%）。对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数，减少线损，稳定电压。

6结论

古书院矿DWK3-110C12高压电容无功补偿控制器系统的安装调试工作得到晋煤集团公司领导和古书院矿领导的重视和大力支持，在厂家技术人员和古矿技术人员的齐心协力和艰苦努力下，现全部完成了古矿西风井无功补偿系统的安装和调试，在安装和调试过程中发现问题、解决问题，使系统性能更稳定、功能实现更加完善。

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参考文献

［1］DWK3-110C12高压电容无功补偿控制器使用说明书[Z].陕西中冠电控有限公司.

［2］电力系统稳态分析[M].中国电力出版社.

［责任编辑：刘展］