單相負荷為主的低壓供配電系統(tǒng)的無功補償

1、 單相負荷為主的低壓供配電系統(tǒng)的無功補償我們都知道，在供配電系統(tǒng)中，供電質(zhì)量的優(yōu)劣有三個評價因素：一、在電源點電壓和頻率接近于恒定；二、功率因數(shù)趨近于1；三、三相系統(tǒng)中，相電流與相電壓趨于平衡。其中，采納無功功率補償來實現(xiàn)功率因數(shù)趨近于1，可以大量削減線路中因輸送無功電流而產(chǎn)生的電能損耗，并有效地改善電壓調(diào)整，因此無功功率的補償始終以來都是供配電系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。在例如樓宇及住宅小區(qū)等民用建筑的低壓供配電系統(tǒng)中，由于存在有大量的單相負荷(如照明燈具、家用電器、辦公設(shè)備、計算機等)，且該類負荷使用的隨機性極高，使原本通過調(diào)配供電回路的負荷來實現(xiàn)的三相平衡在實際運行中已全無意義，導(dǎo)致了低壓供配

2、電系統(tǒng)三相負載階段性的嚴峻不平衡。這種不平衡不具備規(guī)律性，無法事先預(yù)知，也無法有效地改善。再加上每相負載的功率因數(shù)也不盡相同，便經(jīng)常使得每相回路中需要補償?shù)臒o功功率差異很大。長期以來，低壓供配電系統(tǒng)中的無功功率補償方式均為在用戶變壓器低壓側(cè)安裝低壓三相電力電容器組，在測得采樣相(多為B相)的功率因數(shù)后，便依據(jù)此值投切三相電容器組對三相負載的無功功率作集中補償。這種補償方式在以三相負荷為主的低壓供配電系統(tǒng)中表現(xiàn)優(yōu)異，但在如前所述的以單相負荷為主的低壓供配電系統(tǒng)中，則越來越表現(xiàn)出其先天不足的缺憾。我們知道，由于三相間無功負荷不平衡，且這種不平衡無法通過調(diào)配三相負載等手段來消退，所以若是采納低壓三相

3、電力電容器組按采樣相值對三相進行無功補償，則補償后三相功率因數(shù)不全都。采樣相補償效果好，而另外兩相則會常常消失欠補償或是過補償。欠補償使得安裝的電力電容器組不能完全發(fā)揮作用，線路中仍舊流過較大的無功電流而增加電能損耗；而過補償則將向電網(wǎng)輸送無功電流，眾所周知，這是電力系統(tǒng)中所禁止的。(在實踐中我們一般并不將功率因數(shù)補償值設(shè)為1，由于這在負載變換時，由于慣性會消失過補償。)實際上，以單相負荷為主的低壓供配電系統(tǒng)中存在的三相無功功率不平衡的狀況有可能嚴峻得多。我們可以做一個簡潔的估算：一臺500KVA的變壓器，額定電流為758A，變壓器低壓側(cè)母線出口斷路器額定電流選擇為800A。由于變壓器一般可允

4、許負載不超過25的相間不平衡電流，再考慮到一些電纜線路的電容泄露電流，故通常將變壓器低壓側(cè)母線出口斷路器的接地故障電流整定值整定為03Ie。由此在本例中允許流過中性線的電流值約為240A。假設(shè)一個特別的運行工況(忽視不計電纜線路的電容泄露電流)，變壓器的兩相滿載，另一相則可能會少負載528KVA，若設(shè)負荷功率因數(shù)均為0.8，系統(tǒng)采納三相低壓電力電容器組按采樣相值進行無功補償，則必定會有一相存在約32Kva的無功功率未補償，或反之會有兩相存在約32kva過補償?shù)臒o功功率通過變壓器反饋至電網(wǎng)。由這個數(shù)據(jù)可作出的對電網(wǎng)中無功功率過補償或欠補償?shù)臓顩r的普遍性及嚴峻性的推斷無疑是令人震動的，而且我們還可

5、以通過簡潔地證明得知，這種工況導(dǎo)致的結(jié)果尚不是最嚴峻的。而假如采納單相電容器組按每相測出的功率因數(shù)值對三相分別進行無功補償，則會完全避開上述狀況的發(fā)生，充分發(fā)揮電力電容器組對無功負荷的補償作用，改善電能質(zhì)量，削減系統(tǒng)中的電能損耗。因此，筆者建議在以單相負荷為主的低壓供配電系統(tǒng)中，無功功率的補償應(yīng)采納分相補償?shù)姆椒ā﹄娙萜黝~定容量的選擇也應(yīng)留意與變壓器容量相匹配。假如選擇大容量電容器組來補償小容量變壓器，則往往會難以精確補償；而若是采納小容量電容器組補償大容量變壓器，則將會導(dǎo)致電容器的投切頻繁。我們知道，電容器在接通時，經(jīng)振蕩而被充電到其穩(wěn)定值，頻率從幾百赫到幾千赫，消失極高的尖峰電流，而若是在電容器組中接入單個電容器，由于已接入電網(wǎng)的電容器此時成為附加能源，則將會產(chǎn)生更大的尖峰電流。這種尖峰電流對開關(guān)電器是極為不利的，因此，我們應(yīng)盡可能削減電容器的投切次數(shù)。由于現(xiàn)在電網(wǎng)中大量存在非線性負荷(如眾多的半導(dǎo)體功率元件等)，使得電網(wǎng)中的諧波含量經(jīng)常很高。而裝在電網(wǎng)上的電容器，從低壓側(cè)看來與變壓器的感抗及剩余的電網(wǎng)電感形成一個振蕩回路。當這一回路的固有頻率與電流諧波的頻率相互重合時，振蕩回路勵磁而產(chǎn)生很高的過電流，造成供電回路過載，甚至引起電容器的燒毀。因此需要在電容器接通回路中串聯(lián)一個電感，一則防止產(chǎn)生諧振，