低压无功补偿装置如何合理选型:随着经济生力产水平的发展，电费已成为企业的主要生产成本（这里面包括由于不合理用电造成电能效率降低、设备故障率增加、设备寿命减短等因素造成的维护成本增加）。解决企业电力供需矛盾，除采用科学节能的新产品、新技术、新工艺外，改善电力环境、搞高电能使用效率、降低损耗也是缓解供电压力的有效途径。采用无功补偿系统是企业改善供电质量不失为一条有效的途径。做好无功补偿工作，不但可起到扩大现有输变电设备供电能力、改善电能质量、降低线路损耗、缓解供电能力不足的作用，而且还能取得良好的经济效益，如延长供用电设备的使用寿命、降低用户的电费支出等。

 

    1、无功补偿目前存在的问题

 

    由于无功补偿系统设备选型不合理、设备运行参数设置不正确造成的设备非正常工作，不仅没有给企业带来经济效益反而由于无功过补偿或欠补偿造成不必要的罚款，甚至是影响其它设备的正常工作。无功补偿系统非正常工作主要集中在以下几个方面：

 

    1.1 容量不匹配

 

    一般控制器均配备有12组电力移相电容器，容量不匹配主要集中在电容器单体容量配置过大。由于每个单体电容器容量是固定的，当系统所需的电容量小于单组电容器小容量时，电容器组不投入工作时系统存在功率因素过低呈感性(久补)，而当电容器投入工作时又会因为所投的电容器容量过大造成系统过补呈容性(同样导致功率因素过低)。如果投切控制不当，还会造成电容器不断的投入、断开、投入、断开形成投切振荡。

 

    1.2 负荷变动造成不匹配

 

    对于建站初期负荷较小，以后负荷逐渐增大的情况。由于无功补偿系统设计上都有一定的冗余量，故此情况下扩容量不超过冗余量是不会引起无功补偿异常。反倒是由于企业设备更新、改造后，原有设备功率因素提高后造成系统无功的需求减少，从而引起容量不匹配。如：某隧道灯具原使用线圈式整流器高压纳灯，后改为电子式整流器高压纳灯。

 

    影响大的还要数正负无功变化较大的场合。如企业某设备群无功分量较大，下班后设备群停止工作后系统无功分量就主要来自于变压器等电源设备。此时系统所需的电容量若小于单组电容器小容量时，系统就容量出现过补或欠补。这也是企业变压器轻载后功率因素不达标的因素之一。

 

    1.3 参数设置不当引起的异常

 

    由于移相电容无功补偿系统的工作原理是通过增加容抗抵消系统感抗，从而实现系统无功的调节。但电容和电抗的组合必然会在某些频率下产生共振，这种由电感L和电容C组成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路(如图1)。

 

    图片关键词

 

    图1

 

    此时系统阻抗低，容抗和感抗相抵消后系统阻抗等于电阻。

 

    用公式表示为：

 

    Z =R+jXL?jXC=R

 

    其中，Z为阻抗，R为电阻，XL-XC=感抗-容抗=电抗。

 

    从公式中间可以清晰的看出：当感抗XL与容抗XC相等的时候，Z中间只包含实分量R，即纯电阻。此时即为谐振。高电压、大电流将会破坏电器设备。电路谐振时，电流或电压将会增大。这是由于自由电子运动与宏观物体运动一样具有惯性，如果没有外力作用，将保持静止或匀速直线运动，在电感与电容并串联电路中，当纯电阻很小时，自由电子在电场力作用下，应产生匀加速运动，但因电子运动速度是恒定的，就使同向运动电子的数量匀加速增大，因此要避免电力系统产生谐振，功率因素的设置就不能设置为1，介于变压器、发电机等均为感性设备避免出现“空载谐振”功率因素应偏感性为好。

 

    此外由于电容补偿具有抬升电压的作用，而发电机的出厂功率因素一般为0.8，此时若无功补偿系统将功率因素设置过高，即可将发电机电压抬升。如某发电机输出电压为400V(考滤输出压降，一般变压器、发电机均将输出调节至400V)，此时若无功系统投入工作后，容抗与感抗抵消后电源的阻抗变小后电源电压降减少，故而系统输出电压得以提升。柴油发电机，容量小，其无功功率小，变化大，很难实现补偿的适配切换;一旦出现过补偿，发电机输出电压上飘过压，发电机将会过高保护而停机。

 

    E=I(Z内+Z外) U外=E-U内=IZ内-IZ外 Z =R+jXL?jXC=R

 

    [无功补偿]低压非对称无功补偿解决方案 (2)

 

    1.4 谐波的影响

 

    由于在 R 、 L 、 C 的串联电路中，电压与电流的相位差。 一般情况下 X L -X C ≠ 0 ，即 u 、 i 不同相，但适当调节 L 、 C 或 f ，可使 X L =X C ， X L -X C =0 时，这时 u 与 i 同相，电路呈现电阻性， cos Φ =1 ，电路的这种现象称串联谐振现象。

 

    见公式：

 

    XL=2 π fL　　图片关键词

 

    可见当L与C的值固定时，影响感抗与容抗的值就只有频率F。我国电网中的频率是固定的(F=50HZ)，由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器，就会有比较大的背离正弦曲线波形。三相整流负载，由于负载的对称性故出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的3 次谐波( 150 赫兹)。当电网参数配合不利时，在一定的谐波频率下，就可形成谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电力系统的安全运行，如不加以治理极易引发输配电事故的发生。谐波也是影响电容寿命的一大因素。

 

    2、传统补偿方式(静态补偿 )

 

    其是一种根据指令，按一定步长或其倍数连续对无功负荷进行的补偿。用并联电容器改善供配电系统及连续运行的异步电动机、其它感性负荷功率因数的各类无功功率补偿装置。这种补偿投切依靠于接触器的动作，当电网的负荷呈感性时，如使用大量电动机、电焊机等负载，这时电网的电流滞带后电压一个角度。当负荷呈容性时，如过量的补偿装置的控制器，这是电网的电流超前于电压的一个角度，即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。

 

    2.1 梯形的电容配置

 

    静态补偿装置的补偿容量是固定步长或其倍数不能随负荷而变化，只能分级补偿固定的无功功率(其补偿精度决定于电容器组中单台电容器的电容量), 而不能实现连续、线性的补偿。“欠补”和“过补”交替发生，计费方式又为“反转正计”，使得变电所平均功率因数补偿精度差，不适合在无功负荷变化快的场合。在负荷变动大的场所用固定补偿方案解决不了功率因数问题，不能随负荷的无功波动随机的调节补偿的容性无功，所以不具备抑制谐波和电压波动。要解决功率因数问题，抑制谐波和电压波动，必须放弃固定补偿方案。

 

    2.2 采用电磁式接触器

 

    该接触器是在普通交流接触器的主触点上加装了一套限流阻抗，在电容器投切不频繁时，起到了一定的作用。由于其采用电磁式接触器作为投切开关，静态无功补偿系统因受电流浪涌冲击，接触器动作频繁有触点易损坏，电容器为阶梯型投切，有合闸涌流和过补偿的可能，容易发生投切振荡。采用专用接触器进行电容器投切的无功补偿装置，只适用于在负荷基本平稳、且三相电压基本平衡的理想工作环境下使用。

 

    2.3 全相补偿方式

 

    电容器组三相角形联结便于自动滤除三次谐波,一体化封装则便于安装。对无功控制器要求也较低，电压、电流采样只要采集一组数据即可，而无须对三相电压、电流都进行采样。采用三角形联较星形连接其提供的无功将比星形联接大三倍，故可采用较小的电容。但在单相设备较多的场合，各相之间的无功功率是不一样的。采用全相补偿容易造成三相补偿不平衡，造成部分相序过补或欠补，这种情况在某车间线路缺相的情况也是可以发生的，在缺相时三相负荷的有功及无功平衡均会被打破。

 

    2.4 谐波治理

 

    为将共振点调整到没有谐波的频率，一般都装有串联电抗器，它的作用主要有限制合闸涌流，使其不超过20倍;抑制供电系统的高次谐波，用来保护电容器及防止产生谐振。标准抗谐振型(串有6%或12%电抗器)：主要适用于含有少量谐波，负荷变化较快的系统中，一般情况下，在这种系统中。然而，串联电抗与电容器不能随意组合，若不考虑电容装置接入处电网的实际情况，采用“一刀切”的配置方式(如电容器一律配用电抗率为5%～6%的串抗)，往往适得其反，招致某次谐波的严重放大甚至发生谐振，危及装置与系统的安全。

 

    3、非对称复合补偿

 

    3.1 控制器采样选择

 

    无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。功率因素方式由于其实现成本低，广泛应用于企业各类传统的补偿方式中。其在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果。举例说明：设定投入门限;cosΦ=0.95(滞后)此时线路重载荷，即使此时的无功损耗已很大，再投电容器组也不会出现过补偿，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器组投入，所以这种控制方式建议不作为推荐的方式。

 

    无功功率(无功电流)型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无功型控制器是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测，这类控制器一般都具有自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器功率、显示cosΦ、U、I、S、P、Q及频率。 由以上功能就可以看出其控制功能的完备，由于是无功型的控制器，也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时，那怕cosΦ已达到0.99(滞后)，只要再投一组电容器不发生过补，也还会再投入一组电容器，使补偿效果达到佳的状态。

 

    3.2 可调容电容器组的实现

 

    无功补偿其实质就是调节电容器的无功输出，通常使用的方法就是通过增加减少电容器的数量而实现电容器组无功输出的变化。然后这种通过调整电容量器数量的控制方式，前面我们已经讲到它存在着只能分级补偿固定的无功功率，容易发生过补或欠补。

 

    Q=U(XL?jXC)  图片关键词

 

    根据无功功率的计算公式，我们可以知道要想改变电容器的无功输出，可以通过改变市电频率、市电电压及增加感性无功等方式实现。然后国家规定我国市电频率为50HZ，市电压为220V/380V，因此改变市电频率是不可行。但可以通过可以通过转换电容器组“Y-△”结线方式从而实现电容器工作电压在220V/380V之间转换，从而实现功率1X/3X之间的转换。可见此种方式仍然改变不了分级补偿的缺点，仅是缩小电容组的梯度。若通过采用电感与电容的串联接法，通过调节电抗以达到调节无功输出的目的，从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节。从理论上讲此补偿量可只选择1组电容器即可，但是要求选用的调节电感变化范围要求较大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大。故在实际运用中以电容组补偿先固定步长或其倍数进行补偿作为粗调，再通过小容量的电容组串接可调式电感器作为细调。效果一样，可避免可调式电感体积过大的情况，也减少了可调线圈本身的线损。

 

    图片关键词

 

    此外还可通过对电容量按十进制的方式分级组合，通过确定单位数量其在个位、十位、百位、千位甚至是万位的相应数字，各级别容量分别投切的方式来实现电容器容量的调节。如分别在若干个等级内设置单位为1、2、2、5的电容量器，这样0-9单位内的任一数值就可以通过上述三位数值的组合实现。如：3=1+2;9=5+2+2。我们可以根据数据所需无功变化范围设定相应的组，如某企业电力系统无功补偿系统投切范围所需电容容量为1-10000，我们就可以在个位、十位、百位、千位上各设置一组相应级别单位数量的1、2、2、5的电容器。如：我们所需容量为9561，这样个位将有1，十位有5、1，百位有5、千位有5、2、2投入工作。这里我们要说明的是，个、十、百、千相应的单位数量可以是uF、F、KF等，如9561KF，即代表个位上的电容量分别为1KF、2KF、2KF、3kF、5KF;十位上的电容量分别为10KF、20KF、20KF、30kF、50KF;而百位上的容量即100KF、200KF、200KF、300kF、500KF;以此类推。

 

    3.3 分相补偿

 

    在有些电网中存在三相不平衡的情况，尤其以电焊机车间明显，若三相一起补偿势必会在某相造成欠补偿、在某相造成过补偿。为解决这一问题，需采取三相分相补偿的方式。采用“Y-△”结线方式;共补与分补相结合，依据“填平补齐”原则，缓和三相不平衡，既经济又合理。共补时将电容器组成组采用△形接法投入，而分相补偿时则采用Y形接法单个投入。

 

    3.4 一体化复合开关的使用

 

    用接触器投切无功补偿电容器，会产生很大的冲击电流，不仅会对电网造成干扰，而且影响电容器使用寿命。近些年，国内外广泛采用的晶闸管投切电容器(TSC)无功补偿装置，很好地解决了接触器投切电容器装置的问题，其无触点，能实现快速投切，不会产生拉弧现象，能抑制涌流，但TSC装置明显的缺点是晶闸管元件有较大电压降，不仅存在一定的功率损耗，也需要采用风扇和散热器来解决装置的通风与散热问题，而风扇停运会影响装置的正常运行，因此风扇这种旋转设备的使用，降低了TSC无功补偿装置的可靠性。

 

    用晶闸管的易控和无触点特性，使反向并联晶闸管工作在电容器投切瞬间的暂态过程中，起到抑制涌流、过压和拉弧现象，并能实现快速投切。利用交流接触器在可靠闭合时，其主触点接触电阻小、导通容量大、压降小、功耗小、工作安全可靠等特性，使其工作在电容器投入后和切除前的稳态过程中，起到电容器向电网提供无功能量的主通道作用。

 

    图片关键词

 

    4、结束语

 

    综上所述，采用无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的节能措施。采用补偿电容器进行合理的补偿一定能取得显著的经济效益，但要使低压无功补偿装置真正实现节能降耗、延长供用电设备使用寿命、提高经济效益的目的，就必须真正做到合理选型，以确保无功补偿设备满足具体的使用要求。作为无功补偿装置的使用者和制造者，在关注设备成本的同时，还应该充分考虑装置的性能优劣，从而获得大的综合经济效益。

 

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