無功功率補償柜動態響應檢測方法介紹與分析

張業真

（福建省產品質量檢驗研究院，福州 350002）

隨著大機組、超高壓電網、感性設備多元化的形成，需要線路中提供更多的無功功率，不僅降低供電變壓器及輸送線路的損耗，也降低了供電效率。無功功率補償裝置作為電力系統中所消耗，一種新型補償裝置，主要利用電容器進行補償。不僅可以提高功率因數還可以對電力系統設備中的無功功率進行有效、正確地補償。并能有效的提升電壓，保證電壓的穩定性。

1 標準試驗方法分析

在標準GB/T15576.-2008中7.14條規定動態響應時間檢測方法：首先將裝置放在自動工作狀態，給裝置施加額定電壓，在主電路中投入大于設定值的感性負荷，檢測感性負荷電壓的變化，并記錄該時刻為T1，同時檢測電容器投入的電流變化，記錄補償電容器輸出電流發生變化的時刻T2，則T2-T1為裝置的動態響應時間T。試驗做3次取最大時間T值[1]。

從標準中，可以發現標準并沒有規定相應的參數設定以及電路原理圖。而隨著現在更多型式的電容補償裝置的生產，以及無功功率控制器的多元化，在檢測此項目時，會遇到無法補償，電容器無法投入等問題。本文就根據此檢測項目，利用波形進行有效的分析補償方法與補償時間過程，以及在發生無法補償時。

2 試驗方法介紹

2.1 電路工作原理

無功功率補償是針對感性負載而言的，因為純感性負載只消耗無功[2]。由于電網中的負載大多都是消耗無功的（如變壓器、電動機、白熾燈等），為了降低由感性負載造成電網的無功功率損失帶來的電網不穩定。因此需要對電力系統進行無功補償保證電網安全穩定運行。

試驗電路圖如圖1所示。圖中S是試驗用電源，D是被測產品連接點。在試驗之前，可以用B整定用臨時連接線拍攝一組感性試驗電流。前接阻抗 Z1短接，不投入。后接阻抗Z2也就是負載阻抗，把電阻短接，投入一部分電感。拍攝出來的預期電流為45A。

圖1 試驗電路圖

當預期電流拍攝完成后，可以在D被測產品點接入檢測的產品，如圖2所示是實際產品原理圖。在配電回路出線端接入負載，投入電流為預期拍攝的電流45A。其中，圖1中CJ是試驗時外接負載端的接觸器，把接觸器的控制電源接入SP程控器。利用操作控制臺進行就近操作。不僅可以控制整個電路的通電時間，還可以保證設備與人員安全。

圖2 實際產品原理圖

2.2 產品預期整定

電容器投入方式為自動投入，控制器設置投入延時時間為2s，切除延時時間為2s，功率因數下限值為 cosφ=0.90，上限值為 cosφ=0.95。cosΦ超前且＞0.95，滯后且＞0.90，在這個范圍內，此時控制器沒有控制信號發出，這時已投入的電容器組不退出，沒投入的電容器組也不投入。當檢測到cosΦ不滿足要求時，如 cosΦ滯后且＜0.95，那么將一組電容器投入，并繼續監測cosΦ如還不滿足要求，控制器則延時一段時間（延時時間可整定），再投入一組電容器，直到全部投入為止。當檢測到超前信號如cosΦ＜0.95，即呈容性載荷時，那么控制器就逐一切除電容器組。

3 試驗數據分析

試驗以一臺名稱為綜合配電箱，額定容量為315kvar，補償容量為 140kvar，單相補償電容容量為6.6kvar，三相補償電容容量為20kvar。投入預期拍攝的電流，測試它的動態響應時間波形，如圖 3所示，是在采集三相波形的基礎上，剪切一相Ia來分析。從圖中第二通道Ia可以看出，根據標準GB/T15576-2008規定。其中，T1是感性負荷電壓的變化時刻，T2是補償電容器輸出電流發生變化的時刻，那么T2～T1就是裝置的動態響應時間T。測得T時刻時間為：631ms。這段時間也是預期投入的感性電流，測得額定電流為：43.8A。那么這段時間就是無功補償裝置控制器從線路中出現感性電流消耗無功到電容器開始準備補償。T這段響應時間可以根據無功補償控制器中的延時投入功能進行相應的設置。

圖3 動態響應單相波形

T0這段時間是電容器投入的電流時間為1955ms，測得電流為23A。當檢測到線路已經對無功進行有效相應的補償后，用SP手動切除CJ控制電源，此時測得這段時間為T0。T3是當 SP切斷負載端的感性負載，由于無功補償裝置進線端與感性負載端是并聯關系，因此，在SP切斷負載端時，無功補償裝置主回路還是有電。電容與電感電流關系如圖4所示。

圖4 a、b合成之后電流

無功功率補償裝置在試驗時，要注意試驗連接的相序要對應，不能錯相，錯相就無法補償。不僅是接入電源端和負載端的相序要準確，控制器中的控制回路相序也是要一一對應。如圖3是錯相情況下拍攝出來的波形。

從圖5中波形所示可以看到，當錯相之后，補償裝置在檢測到感性電流時，無法做出判斷，對線路進行有效地補償，只出現感性電流波形。

圖5 動態響應錯相波形

4 結論

本文主要根據GB/T15576.-2008中7.14條動態響應時間檢測項目，分析介紹了此項目的檢測方法。通過實際試驗，利用拍攝出來的波形來確定動態響應時間。并分析了實際試驗中應該注意的問題，以及對時間T的測量方式提供一個簡易的方法。

[1] 標準GB/T 15576-2008 低壓成套無功功率補償裝置[S].2008.

[2] 馬小建,魏金成.電力系統無功電壓控制在多Agent系統中的應用研究[J].電工電氣,2012(2)：29-32.