淺談低壓無功補償裝置在電網中的應用

梁永春

(大連市產品質量監督檢驗所，遼寧 大連 116021)

1 使用低壓無功補償裝置的原因

在10kV及以下配電網中，供電線路上“T”接有幾臺或者十幾臺容量大小不等的配電變壓器，甚至有的多達二、三十臺，人們形象的比喻為“線路上掛了很多燈籠”。由于用戶分散，變壓器容量小，其負荷的時段性和季節性很強，據10kV實時數據采集或電能表數據顯示，有時甚至會出現無功大于有功的現象，這樣勢必造成10kV線路出線端功率因數cosФ值達不到有關規定，線損也大大增加。

(1)無功補償裝置可以提高電壓質量。

無功功率流過線路，將在線路上產生電壓降，降低電網電壓水平。線路電壓損耗的計算公式為:

其中:P—有功功率;Q—無功功率;U—電壓;R—電阻;X—電抗。

無功功率Q越大，線路電壓損耗越大。若無功補償容量為QC，補償后流過線路的無功功率有Q減少到(Q－QC)，線路電壓損耗也隨之減少。

(2)降低線路無功電流及有功電流造成的線損

線路有功功率損耗計算公式為:

①流過線路的電流I包括有功分量和無功分量，不但無功電流會造成線損，而且有功電流的增加也會造成線路有功功率損耗的增加;

②通過無功補償，減少了無功功率在電網中的流動，可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗;

③負荷有功功率等于電壓與有功電流的乘積，若負荷有功功率不變，當電壓降低時，負荷電流中的有功分量將相應增加，從而增加了有功損耗。通過無功補償，提升了電壓，便能減少這部分損耗。

(3)提高電氣設備的利用效率，增強電網傳輸能力。

變壓器及線路輸送的視在功率為:

S=P+jQ

通過無功補償，減少了輸送的無功功率，提高了功率因數，便能增加線路及變壓器的有功功率輸送容量。

例如，當功率因數由 cosФ=0.8增加到 cosФ=0.95時，裝1kvar電容器可節省設備容量0.52kW。對原有設備而言，相當于多輸送0.52kW有功功率。因此，對新建、改建工程，若充分考慮無功補償，可減少設計容量，從而減少投資。

2 低壓無功補償裝置概述

低壓無功補償裝置的傳統模式主要有以下3種形式:裝于低壓電動機的單臺就地補償、裝于配電變壓器低壓側的低壓綜合配電箱、裝于企業配電房或車間以及高層建筑配電間的低壓無功功率補償柜。

目前低壓無功補償裝置的技術改進和新技術應用有了很大提高，歸納起來主要有以下幾個方面:

(1)采用智能型自動控制器，根據無功功率確定補償容量而克服了根據功率因數補償的一些缺點。

(2)由三相共補到分相補償，以求到達更理想的補償效果。

(3)由單一的無功補償發展為同時具有濾波及抑制諧波功能的補償裝置。

(4)從采用交流接觸器進行投切，到選用晶閘管開關電路進行投切，以及發展為等電壓投、零電流切的最佳投切模式。

(5)將低壓無功補償的功能納入配電綜合測試儀、箱式變電站、變臺多功能箱、落地式封閉變臺等設備的低壓部分。

3 低壓無功補償裝置的應用

在配變低壓側直接進行無功補償，可有效提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟價值，且低壓無功補償裝置接線簡單、運行維護工作量小，因此在低壓側進行無功功率補償是目前無功補償中常用的手段之一。基于控制條件，從低壓無功補償裝置的三大部件出發，選擇裝置的原則如下:

(1)投切開關電器。

投切開關式低壓無功功率補償裝置中最容易損壞的關鍵元器件，投切開關目前有三代產品，分別是交流接觸器、晶閘管和復合開關。其中，選用復合開關是以后發展的主要趨勢，DPFK型智能低壓復合開關具有過零投切功能、電壓故障缺相保護、電源電壓缺相保護、自診斷故障保護、空載保護、停電保護、無諧波注入、功耗小等特點，要保證復合開關長期、可靠地運行。

(2)無功補償控制器。

無功功率補償控制器，即無功補償裝置的指揮系統，它首先要對電網的電壓、電流量進行采集，通過中央處理器的快速運算控制投切開關的動作，從而控制電容器組的投切。

無功補償控制器的種類很多。為了保證無功補償控制器正常地進行控制、測量、存儲、通信和保護，必須注意以下幾點:①裝置時鐘必須正確;②采樣TV變比的正確性;③通信波特率的正確性;④投切條件的限制值設置的正確性;⑤保護條件的限制設置的正確性。

(3)補償電容器

補償裝置要長期、可靠運行，必須選用質量好的電容器，電容器接入電力系統中使用，總在滿載荷下運行，僅在電壓或頻率波動時，載荷才有變動。在選擇電容器時，必須在其正常運行中注意以下幾點:①采用的投切開關的額定電流必須與電容器的額定電流相匹配;②電容器與投切開關的連接線必須滿足額定電流的需要;③固定在電容器上的連接線必須可靠牢固地鏈接。

4 總結

在無功補償裝置的設計和試用下，存在的問題主要集中在兩個方面:一是投切開關的選擇;二是控制方式的確定。在投切開關的選擇上，由于電容器上殘壓的存在，電容器投入時會產生巨大的沖擊電流，以往采用的交流接觸器由于無法選擇投切角度從而不能解決該問題，后來出現了晶閘管單一構成的投切電路雖然有效地解決了這個問題，但需要設計復雜的過零檢測和邏輯觸發電路，影響了其可靠性。在控制方式上，現在廣泛應用的已功率因數作為投切判據的控制方式，存在輕載時容易產生投切振蕩而重載式又達不到充分補償的問題。而且在以功率因數作為投切判據的控制方式下，由于電容器需采用等分方式，要想達到較高的補償精度，就需要增加電容器和投切開關的數量，這就增加了裝置的成本，同時電容器采用試投切的方式，降低了裝置的響應速度。通過理論分析，其控制合理性，硬件結構簡單化，能夠實現無功的快速動態補償，且成本較低，在配電電網下將具有廣闊的應用前景。