淺談低壓無功補償在工廠中的實用方案

伍振藍

摘要：在現代工業領域中，很多工廠里絕大部分的用電設備都是電動機，而供電系統中類似于電動機這樣的感性負載過多，將會導致供電系統的功率因數降低，從而影響到供電的可靠性、穩定性及經濟性。合理的選用低壓無功補償裝置及補償方案，可以很好的解決此類問題。

關鍵詞：工業;功率因數;低壓;補償方案

前言

隨著我國人力成本的不斷提高，現代工廠在生產過程中，很大程度上都是依賴電力能源，而電動機的應用，在各行各業中都是必不可少的。我們都知道，電動機屬于感性負載，它把電能轉化為機械能的過程中，不僅要消耗有功功率，也要從電網中吸收一定的無功功率，用來維持旋轉磁場。

根據實際應用發現，合理的選擇補償方案，可以提高系統的功率因數，減少供電系統的損耗，節約能源。另外，提高供電系統的功率因數還可以減少供電公司對生產企業力調電費的罰款，甚至可以得到考核獎勵。而不合理的補償方案，不僅起不到補償效果，還可能會損壞補償電容及其附件，增加企業經濟負擔。

本文主要對當前企業常用的低壓無功補償控制系統中，關于補償容量、投切震蕩以及電容器的幾種搭配方案來進行簡單探討。

一、補償容量的計算

在實際生產過程中，一個生產企業的運行負載是在不斷波動的，因此系統所需的無功量也在不斷變化。而在設計過程中，必須要滿足系統在滿負荷運行的情況下所需的補償容量。

隨著時代的進步，新一代高效節能電機的自然功率因數也在不斷提高，例如YE3系列超高效率電機，其功率因數最高可達到0.91.因此，一般以電動機為主要負載的現代生產企業，正常情況下滿載運行時，系統中所需的補償容量大概只占變壓器總容量的20%左右。但是，現代低壓補償電容器一般都采用自愈式低壓并聯補償電容，由于存在自愈過程，它的容量也會不斷衰減，因此要考慮到長期運行后的電容損失。所以通常大部分企業的補償經驗系數都取值0.3，即以變壓器總容量的30%左右來選擇補償容量為宜。

二、補償方案的選擇

2.1、常用補償控制器的投切邏輯

首先，我們要簡單了解一下常用的補償控制器的工作原理，通常來說，控制器都不具備自動識別電容器容量的能力，它都是根據預先設定好的邏輯程序來發送投切信號。一般有三種邏輯控制：

I、先投后切，這種模式的缺點是導致先投入的電容器長時間工作，不利于電容器的使用壽命。

II、先投先切，這種模式會循環投切各回路，實現每個電容器的均衡投切，有利于電容器的使用壽命。

III、智能投切，需要用戶錄入的各回路電容容量，控制器會計算出系統中的無功需量，對各回路進行篩選投切，只有比較高端的控制器才可以實現此功能。

2.2、投切震蕩

投切震蕩指的是電容容量選擇不合理，或投切門限之間的數值設置不合理，導致投入電容時過補償，切除電容時欠補償，因此控制器會頻繁發出投切信號，影響到交流接觸器、電抗器與電容器的壽命。

在無功功率自動補償的過程中，投切震蕩是造成設備損壞的重要因素。

2.3、如何避免投切震蕩

I、加大投切門限之間的數值，要確保在投切某一組電容時，不會立刻引起過補償或欠補償。另外，還要適當的增加投切延時時長，最后設置在15秒以上，以避免類似于電焊機、空壓機，電磁閥等短時負載的影響。通過這兩項設置，在功率因數精度要求不高的情況下，可以很好的避免投切震蕩。

II、合理的搭配電容器容量也可以避免投切震蕩。有些企業為了整齊美觀，補償柜往往都是選用統一容量的電容器，這就會造成控制器無論以哪種邏輯方式運行，都無法篩選出合適的容量。根據使用經驗，如果采用不同容量大小的電容器進行組合搭配，不僅可以提高功率因數的精度，還可以有效避免出現投切震蕩。

2.4、補償方案對比

方案一：采用先投后切的邏輯控制時，電容器容量適合由大到小的順序排列，通常情況下，前幾組較大容量的電容器會形成固定投入的狀態，而后幾組較小容量的電容器在系統變化時，可以起到功率因數微調的作用。這種方案的優勢是可以快速補償至目標功率因數，且正常運行時的投切頻率很低。而該方案的缺陷是，電容器組投切不均衡，有的長期工作，有的長期不工作，會影響電容器的使用壽命。

方案二：采用先投先切的邏輯控制時，電容器容量適合由小到大的順序排列，這種方案的優勢是每組電容器都會均衡投切，可以更好的延長使用壽命。但是其投切的頻率較方案一要偏高。

方案三：采用智能投切的邏輯控制時，則對電容容量大小的排列順序沒有要求，用戶只需要將每組電容器的容量錄入到控制內相對應的回路，在運行過程中，控制器會根據采樣參數，自動計算無功需量，然后選擇性的投切電容，并且還會統計每組電容器的運行時長，自動進行均衡投切。相對于前兩個方案而言，其投入稍微偏高一點，且需要人工進行參數設置。但從長遠來看，這種邏輯控制更加經濟可靠。

三、串聯電抗器的選擇

3.1串聯電抗器的作用

電容器在投入的瞬間，會產生額定電流5倍以上的合閘涌流，會對電容器及斷路器造成危害，增加串聯電抗器可以有效限制涌流，起到抑流作用。另外，一個企業的電力系統中或多或少都存在一定諧波污染源，如變頻器、整流器等，合理選用串聯電抗器雖然不能完全濾除諧波，但是可以有效防止諧波侵入電容器，造成電容器損壞，不會引起諧波放大。

3.2、串聯電抗器的選擇

通常來說，串聯電抗器的型號是根據用戶的需要來進行搭配的，在選擇串聯電抗器的時候，主要參數有額定電壓、電抗率及電抗容量：

I、額定電壓：低壓常用450V以上。

II、電抗率：根據使用經驗，電力系統中5次以上諧波較多的選用7%（諧振頻率189）為宜，3次以上諧波較多的選用14%（諧振頻率134）為宜。

III、電抗容量：電抗器的容量速算就是用配套電容器容量乘以電抗率，例如30Kvar的電容器，配套7%電抗率，那么氣電抗器的容量就是30×7%=2.1Kvar。

四、結束語

經過以上的分析總結，我們可以清晰的知道，在現代工廠低壓無功補償系統實用中，首先要根據自身的負載特性，選擇合適的容量，然后再根據不同的邏輯控制方式，來搭配不同的電容器組合順序，才可以起到好的補償作用。

而對于無功補償系統來說，如果電容器的選用不合理，或者搭配不合理，不僅起不到較好的補償效果，反而會引起投切震蕩，非常容易損壞電容器、控制器及接觸器等元件，從而增加企業的經濟負擔。

參考文獻：

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（作者單位：廣西銀億新材料有限公司）