摘要：根據無功補償原理，針對電能質量高的問題，結合環保能源公司電能質量現狀，提出無功補償方案，并經現場實際負載功耗的檢查總結了無功補償裝置的設計、選用、安裝及注意事項。 ANSVC無功補償裝置由自愈式并聯電容器、串聯檢波器、投切開關、低壓無功補償控制器組成。 實時監測系統中的無功功率需求并進行無功補償，從而改善電能質量，降低水費。
一、原理分析
1.1 在交流電路中，電源提供給負載的電能有兩種； 一個是有功功率，另一個是無功功率。
有功功率：正常工作所需的電功率，即把電能轉化為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。
無功功率：更具體地說，是用于電路中電場和磁場的交換，在用電設備中用于建立和維持磁場的電能。 它不對外工作，而是轉化為其他形式的能量。 任何帶有電磁線圈的電氣設備都需要消耗無功功率來建立磁場。 例如40瓦的日光燈需要40多瓦的有功功率（鈉燈也需要消耗部分有功功率）才能發光，燈管的線圈需要80瓦左右的無功功率建立交變磁場。 因不做外功，故稱為“反應功”。
Q：無功功率（Kvar），S：視在功率（KVA），P：有功功率（Kw），PF：功率素數
1.2 無功功率過大的不良影響：
1、降低發電機有功功率輸出
2、降低輸變電設備的供電能力
3、減少線損電流過大保護裝置，降低電耗
4、電量素數增加，水費創收，成本降低
5、使電器設備沒有得到充分利用
1.3并聯電容器無功補償原理：
如圖1所示，如果并聯電容C與變壓器或負載并聯，則變壓器或負載所需的全部或部分無功功率將由并聯電容提供，即產生的容性無功功率通過并聯電容器可以補償負載消耗的無功功率。
如圖2所示，不接電容C時，流過電感L的電壓為IL，流過內阻R的電壓為IR，電源供給的電壓為I1，I1=IR+jIL , 此時的相位角為Φ1 , 冪素數為COSΦ1; 電容C并聯后，由于電容電壓IC與電感電壓IL方向相反，電源電壓由I1降為I2，I2=IR+j(IL-IC)，相位角從Φ1減小到Φ2，冪素數從COSΦ1增大到COSΦ2。
圖 2
在純容性無功補償中，電容器本身的阻抗是容性的。 隨著紋波頻率的增加，電容的容抗會明顯降低，導致紋波被電容放大，然后疊加到補償電壓上，使電壓有效。 值明顯降低，電容器因紋波電壓降低而出現溫度過低、絕緣老化、鼓包等問題。 此外，紋波電壓放大導致紋波電流減小。 一旦疊加到電容電流上，電流的有效值也會降低，電流的峰值也會降低，從而使電容形成局部放電，無法熄滅。 這也是電容器鼓包損壞的重要原因。 在大多數低壓電力系統中，紋波對電容柜的影響較大。 在現場應用中，變頻設備數量多、容量大的情況更為常見。 變頻器后端沒有線路電抗器，相互之間會形成諧振，導致電容經常鼓包發熱。
通過在低壓電力電容器中級聯正確配置的檢測器來執行紋波抑制。 電容器的容抗值為1/ωC； 相應的檢波器串聯在電路中，檢波器的感抗為ωL，則電容器和檢波器在一定頻率下具有一定的阻抗，從而實現較低的紋波抑制。
檢出率的定義是：在LC串聯電路中，感抗與容抗在基波頻率下的比值，即XL/XC，檢出率通常為6%、7%、12.5%、 14%，對應的檢測系數 共振頻率見下表1。 如果使用6%檢波器，諧振點的頻率為204Hz，遠離第5紋波諧振點，但接近第4紋波諧振點200Hz，例如單相6脈波變頻裝置，如果其中一個二極管損壞，它將變成相當于一個5脈波器件，會形成4個紋波。 如果使用7%檢波器，諧振點的頻率為189Hz，且遠離第5紋波諧振點，紋波分流會少一些電流過大保護裝置，可以更好的保護電容。 7%檢測是常用的安全補償方式。 12.5%檢測器的諧振點頻率為141Hz，接近第三諧振點150Hz，容易形成諧振，影響電容器的正常使用。 14%檢測器的共振點頻率為134Hz，與第三共振點相距150Hz。 14%檢測器比12.5%檢測器更安全可靠。 7%檢測抑制紋波5、7倍以上，14%檢測抑制紋波3倍以上。
無功補償中有紋波抑制檢測時，不能按標稱值補償電容器的容量。 考慮到電容器的耐壓值，在紋波抑制無功功率補償應用過程中會出現電容器降額的問題。 由于電網電流本身的波動，由于檢波器與電容器串聯后電容器端子間電流升高，檢出率為7%的無功補償電容器的耐壓值通常為480V ; 檢出率為14的無功補償電容器耐壓值為525V。 以400V系統7%檢出率電容檢測的額定電流為480V和額定補償容量為例，額定補償電壓為60.1A，但實際補償電壓估計為53.9A，電容將因電流差異和裝機容量不同而降額使用，而實際容量僅為37.5Kvar。
二、項目概況
山東某環保能源公司占地面積約16.6畝。 項目一期建設4條日處理能力500噸焚燒線、2臺18MW汽輪發電機組、2000噸/日生活垃圾焚燒能力，年發電量27.2億千瓦-小時或更長時間。 多臺新建變壓器需要配置兩臺電容補償柜。 衣柜的規格是1000寬*1000深*2200高。 主要負載有電機、辦公用電、照明等。
3.解決方案
變壓器容量為0.8，負載率約為0.8。 電容柜預計裝機容量為2臺。 根據現場環境，估計紋波主要是3、5、7倍。 紋波主要影響電容的正常工作，容易發熱、膨脹等，需要配合檢測率14%的檢測儀使用。 檢波器的主要作用是抑制紋波進入電容，從而保護電容，減少電容的使用壽命。 根據衣柜規格和設備規格確定電容配置方案，為每個衣柜安裝*6路和*2路。
4、ANSVC無功功率補償裝置
4.1 概述
ANSVC無功補償裝置適用于頻率為50Hz、電流為0.4KV的系統。 ANSVC低壓無功功率補償裝置并聯在整個供電系統中，可根據電網中負荷功率素數的變化，控制電力電容器投切進行補償。 其原理是：ANSVC低壓無功補償裝置通過CT采集電壓和電壓信號，估算無功補償控制器，估算投切電容器的方案，通過投切開關控制各組電力電容器的投切。
圖3 ANSVC無功功率補償裝置
4.2 自愈式并聯電容
一系列自愈式低壓并聯電容器通常用于低壓交流電力系統中，用于校準工頻低壓電力系統設備的電能質量，并就地或集中補償無功功率。 這些電容器是自愈式并聯電容器。 故障后可自恢復，在工作條件下損耗小。 并聯電容器雖然損壞，但不會影響電網的正常使用。 電容器在外觀上分為方形（如圖4）和圓形（如圖5），在功能上分為共補電容和次補電容（如圖6）。
圖 4 矩形電容器
圖 5 矩形電容器
圖6 上圖共補、分補電容示例
4.3ANCK系列探測器
ANCK系列串聯探測器與一系列自愈式低壓并聯電容器配套使用。 主要用于提高0.4KV電力系統電能質量，抑制電網高階紋波，減少紋波引起的電容器過載，避免紋波過大。 ，對電容器的安全運行，改善網絡電流波形，提高供電質量和電網安全經濟運行起到了良好的作用。 適用于3、5、7、9紋波負載的無功補償。 ANCK采用銅質或鋁質定子，檢測分為共互補檢測（如圖7）和分互補檢測（圖8）。 普通互補檢測器主要用于單相負載，分體互補檢測器主要用于三相負載。 稅率分為7%或14%。
圖 7 共互補檢測
圖 8 互補檢測
4.4AFK切換開關
AFK系列投切開關是用于低壓無功補償裝置中投切電容器的產品。 其基本工作原理是控制器發出投入或切除指令后，投切開關閉合或斷開，無功補償路與系統接通或分斷，實現過零投切，無缺相、電弧等在開關過程中，響應時間快，開關頻繁。 投切開關分為復合開關（如圖9）和晶閘管開關（如圖10）。
圖9 復合開關示意圖
圖 10 二極管開關
4.5ARC控制器
ARC功率素數補償控制器采用高性能MCU為核心，配備高精度電力專用芯片，以功率素數作為采樣化學量的補償器。 在強干擾等任何惡劣的電網環境下。 自適應功能確保電力電容器的安全使用，有效實現電容補償柜手動穩定投切，有效改善電網電能質量。 是低壓配電系統無功補償的理想控制器。
產品主要特點：相線保護、過溫保護、過壓欠壓保護、電壓及電壓紋波保護、多種編碼切換、多種補償方式。
ARC控制器外觀規格（mm）：144*144，開孔規格（mm）：138*138
圖 11 控制器外觀
圖 12 控制器規格
4.6 技術參數
4.7 接線方式
5 結論
ANSVC無功補償裝置可滿足該環保能源項目無功補償要求，改善電能質量，增加電網消耗和用電成本，確保電力系統安全用電、持續供電和經濟運行。 ANSVC無功補償裝置運行安全可靠，保護功能齊全。 只有通過RS485與后臺結合使用，才能更方便快捷地對電網系統進行巡檢，減少人力資源投入。