補(bǔ)償裝置基本知識

1、無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少電網(wǎng)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多筋7無功補(bǔ)償?shù)囊饬x： 補(bǔ)償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。 減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cos=0.8增加到cos=0.95時(shí)，裝IKvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量 0.52KW;反之，增加0.52KW 對原有設(shè)備 而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，對新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補(bǔ)償， 便可以減少設(shè)計(jì)容量，從而減少投資。 降低線損，由公式 A P %=c

2、os。/cosM00%得出其中cos為補(bǔ)償后的功率因 數(shù)，cos。為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則： TOC o 1-5 h z coscos仇所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計(jì)容量、減少投資，增 加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢在必行。電網(wǎng)中常用的無功補(bǔ)償方式包括：集中補(bǔ)償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組；分組補(bǔ)償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器；單臺電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償：在單臺電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián) 電容器等。加裝無功補(bǔ)償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖

3、掘設(shè)備輸送 功率的潛力。確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：在輕負(fù)荷時(shí)要避免過補(bǔ)償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經(jīng)濟(jì)的。功率因數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數(shù) 提高到0.95就是合理補(bǔ)償。無功就地補(bǔ)償容量可以根據(jù)以下 經(jīng)驗(yàn)公式確定:Qw UI式中：Q-無功補(bǔ)償容量 (kvar);U-電動(dòng)機(jī)的額定電壓(V);電動(dòng)機(jī)空載電流(A);但是無功就地補(bǔ)償也有其缺點(diǎn) ：不能全面取代高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償；眾所周之，無功補(bǔ)償按其安裝位置和接線方法 可分為：高壓集中補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償。其中就地補(bǔ)償區(qū)域最大，效果也好。 但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式

4、要大，電容器利用率也低。高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬^小，利用率也高，且能補(bǔ)償變壓器自身的無功損耗。為此， 這三種補(bǔ)償方式各有應(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實(shí)際確定使用場合，各司其職分類投切延時(shí)投切方式即俗稱的靜態(tài)”補(bǔ)償方式。延時(shí)投切的目的在于防止過于頻繁的動(dòng)作使電 容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險(xiǎn)的。延時(shí)投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復(fù)合開關(guān)或 者同步開關(guān)（又名選相開關(guān)）。投切電容器專用接觸器有一組輔助接點(diǎn)串聯(lián)電阻后與主接點(diǎn)并聯(lián)。在投入過程中輔助 接點(diǎn)先閉合，與輔助接點(diǎn)串聯(lián)的電阻使電容器預(yù)充電，然后主接點(diǎn)再閉合， 于是就限制

5、了電容器投入時(shí)的涌流。 TOC o 1-5 h z 復(fù)合開關(guān) 就是將晶閘管與繼電器接點(diǎn)并聯(lián)使用，但是復(fù)合開關(guān)既使用晶閘管又使用繼 電器，于是結(jié)構(gòu)就變得比較復(fù)雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對過流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合開關(guān)故障多半是由晶閘管損壞所引起的同步開關(guān)是近年來最新發(fā)展的技術(shù)，顧名思義，就是使機(jī)械開關(guān)的接點(diǎn)準(zhǔn)確地在需要 的時(shí)刻閉合或斷開。對于控制電容器的同步開關(guān)就是要在接點(diǎn)兩端電壓為零的時(shí)刻閉合，從而實(shí)現(xiàn)電容器的無涌流投入，在電流為零的時(shí)刻斷開，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)接點(diǎn)的無電弧分?jǐn)?。由于同步開關(guān)省略了晶閘管，因此不僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關(guān)是傳統(tǒng)機(jī)

6、械開關(guān) 與現(xiàn)代電子技術(shù) 完美結(jié)合的產(chǎn)物，使機(jī)械開關(guān)在具有獨(dú)特技術(shù)性能的同時(shí)，其高可靠性以及低損耗的特點(diǎn)得以充分顯示出來。當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時(shí)，如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載，這時(shí)電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個(gè) 角度，當(dāng)負(fù)荷呈容性時(shí)，如過補(bǔ)償狀態(tài)，這時(shí)電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個(gè)角度，功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過補(bǔ)償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量，來決定電容器的投切，這個(gè)物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率。下面就功率因數(shù)型舉例說明。當(dāng)這個(gè)物理量滿足要求時(shí)，如 cos超前且0.98 ,滯后 且0.95 ,在這個(gè)范圍內(nèi)，此時(shí)控制器沒有控制信號發(fā)出，這時(shí)已投入的電容器組不退出， 沒投入的電

7、容器組也不投入。當(dāng)檢測到cos不滿足要求時(shí)，如 cos滯后且0.95 ,那么將一組電容器投入，并繼續(xù)監(jiān)測cos如還不滿足要求，控制器則延時(shí)一段時(shí)間（延時(shí)時(shí)間可整定），再投入一組電容器，直到全部投入為止。當(dāng)檢測到超前信號如cos0.98,即呈容性載荷時(shí)，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時(shí)就要先切除。如果把延時(shí)時(shí)間整定為300s ,而這套補(bǔ)償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時(shí)間就為 50分鐘，切除也這樣。在這段時(shí)間內(nèi)無功損失補(bǔ)只能是逐步到位。如 果將延時(shí)時(shí)間整定的很短，或沒有設(shè)定延時(shí)時(shí)間， 就可能會出現(xiàn)這樣的情況。當(dāng)控制器監(jiān)測到cos0.95,迅速將電容

8、器組逐一投入，而在投入期間，此時(shí)電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即 過補(bǔ)償了，控制器則控制電容器組逐一切除，周而復(fù)始，形成震蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負(fù)載的性質(zhì)有密切關(guān)系，所以說這個(gè)參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場情況整定，要在保證系統(tǒng)安全的情況下，再考慮補(bǔ)償效果。I器件交流接觸器控制投入型補(bǔ)償裝置。由于電容器是電壓不能瞬變的器件，因此電容 器投入時(shí)會形成很大的涌流，涌流最大時(shí)可能超過100倍電容器額定電流。涌流會對電網(wǎng)產(chǎn)生不利的干擾，也會降低電容器的使用壽命。為了降低涌流，大部分補(bǔ)償裝置使用電容器投切專用接觸器，這種接觸器有1組串聯(lián)限流電阻與主觸頭并聯(lián)的輔助觸頭，在接觸器吸合的過程中，輔助觸頭首先接通， 使電容

9、器通過限流電阻接入電路進(jìn)行預(yù)充電，然后主觸頭接通將電容器正常接入電路， 通過這種方式可以將涌流限制在電容器額定電流的20倍以下。此類補(bǔ)償裝置價(jià)格低廉，可靠性較高，應(yīng)用最為普遍。由于交流接觸器的觸頭壽命有 限，不適合頻繁投切，因此這類補(bǔ)償裝置不適用頻繁變化的負(fù)荷情況。晶閘管控制投入型補(bǔ)償裝置。這類補(bǔ)償裝置就是SVC分類中的TSC子類。由于晶閘管很容易受涌流的沖擊而損壞，因此晶閘管必須過零觸發(fā)， 就是當(dāng)晶閘管兩端電壓為零的瞬間發(fā)出觸發(fā)信號。 過零觸發(fā)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無涌流投入電容器，另外由于晶閘管的觸發(fā)次數(shù)沒有限制，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 （響應(yīng)時(shí)間在毫秒級），因此適用于電容器的頻繁投切，非 常適用于頻繁

10、變化的負(fù)荷情況。晶閘管導(dǎo)通電壓降約為1V左右，損耗很大（以額定容量100Kvar的補(bǔ)償裝置為例，每相額定電流約為145A ,則晶閘管額定導(dǎo)通損耗為145X1 X3=435W）,必須使用大面積的散熱片并使用通風(fēng)扇。晶閘管對電壓變化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作過電壓 及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導(dǎo)通而被涌流損壞,即使安裝避雷器也無濟(jì)于事，因?yàn)楸芾灼髦荒芟拗齐妷旱姆逯?，并不能降低電壓變化率。此類補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，可靠性差，損耗大，除了負(fù)荷頻繁變化的場合，在 其余場合幾乎沒有使用價(jià)值。復(fù)合開關(guān)控制投入型補(bǔ)償裝置。復(fù)合開關(guān)技術(shù)就是將晶閘管與繼電器接點(diǎn)并聯(lián)使 用，由晶閘管實(shí)現(xiàn)電壓過零投入與

11、電流過零切除，由繼電器接點(diǎn)來通過連續(xù)電流，這樣就避免了晶閘管的導(dǎo)通損耗問題，也避免了電容器投入時(shí)的涌流。但是復(fù)合開關(guān)技術(shù)既使用晶閘 管又使用繼電器，于是結(jié)構(gòu)就變得相當(dāng)復(fù)雜，并且由于晶閘管對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。同步開關(guān)（又名選相開關(guān)）投入型補(bǔ)償裝置。同步開關(guān)技術(shù)是近年來最新發(fā)展的技術(shù)， 顧名思義，就是使機(jī)械開關(guān)的接點(diǎn)準(zhǔn)確地在需要的時(shí)刻閉合或斷開。對于控制電容器的同步開關(guān)，就是要在開關(guān)接點(diǎn)兩端電壓為零的時(shí)刻閉合。同步開關(guān)技術(shù)中拒絕使用可控硅，因此仍然不適用于頻繁投切。但由于同步開關(guān)相比 復(fù)合開關(guān)和交流接觸器更節(jié)能、更安全可靠、更節(jié)約資源，且選相開關(guān)應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)，不僅能通過RS48

12、5通訊控制方式對多至 64路電容器進(jìn)行控制，還具備通訊功能，可將基 層單位的電測量信息實(shí)時(shí)發(fā)送到上級電網(wǎng)，為國家正在發(fā)展的智能化電網(wǎng)無縫對接等諸多因素，可以預(yù)見：采用單片機(jī)控制磁保持繼電器的LXK系列同步開關(guān)（或選相開關(guān)）必將替代復(fù) 合開關(guān)和交流接觸器成為無功補(bǔ)償電容器投切開關(guān)的主流。|瞬時(shí)瞬時(shí)投切方式即人們熟稱的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式，應(yīng)該說它是半導(dǎo)體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶，實(shí)際就是一套快速隨動(dòng)系統(tǒng)，控制器一般能在半個(gè)周波至1個(gè)周波內(nèi)完成采樣、計(jì)算，在2個(gè)周期到來時(shí)，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導(dǎo) 通，投切電容器組大約 20-30毫秒內(nèi)就完成一個(gè)全部動(dòng)作，這種控制方式是機(jī)械

13、動(dòng)作的接 觸器類無法實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景。很多開關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn)、制造這類裝置且有的生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯(cuò)的裝置。當(dāng)然與國外同類產(chǎn)品相比從性能上、元器件的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距。|線路LC串聯(lián)接法這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法，調(diào)節(jié)電抗以達(dá)到補(bǔ)償無功損耗的目的。從原理 上分析，這種方式響應(yīng)速度快，閉環(huán)使用時(shí)，可做到無差調(diào)節(jié)，使無功損耗降為零。從元件 的選擇上來說，根據(jù)補(bǔ)償量選擇1組電容器即可，不需要再分成多路。既然有這么多的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該是非常理想的補(bǔ)償裝置了。但由于要求選用的電感量值大，要在很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以體積也相對較大，價(jià)格也要高一些

14、，再加一些技術(shù)的原因，這項(xiàng)技術(shù)到還沒有被廣泛采用或使用者很少。采用電力半導(dǎo)體器件作為電容器組的投切開關(guān)，較常采用的接線方式如圖2。圖中BK為半導(dǎo)體器件，C1為電容器組。這種接線方式采用2組開關(guān)，另一相直接接電網(wǎng)省去一組開關(guān)，有很多優(yōu)越性。作為補(bǔ)償裝置所采用的半導(dǎo)體器件一般都采用晶閘管，其優(yōu)點(diǎn)是選材方便，電路成熟 又很經(jīng)濟(jì)。其不足之處是元件本身不能快速關(guān)斷，在意外情況下容易燒毀， 所以保護(hù)措施要完善。當(dāng)解決了保護(hù)問題，作為電容器組投切開關(guān)應(yīng)該是較理想的器件。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數(shù)。很重要的一項(xiàng)就是要求控制器要有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，準(zhǔn)確的投切功率，還要有較高的自識別能

15、力，這樣才能達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。當(dāng)控制器采集到需要補(bǔ)償?shù)男盘柊l(fā)出一個(gè)指令（投入一組或多組電容器的指令 ），此時(shí)由觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通， 相應(yīng)的電容器組也就并入線路運(yùn)行。需要強(qiáng)調(diào)的是晶閘管導(dǎo)通的條件必須滿足其所在相的電容器的端電壓為零，以避免涌流造成元件的損壞，半導(dǎo)體器件應(yīng)該是無涌流投切。 當(dāng)控制指令撤消時(shí)， 觸發(fā)脈沖隨即消失， 晶閘管零電流自然關(guān)斷。關(guān)斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值，必須由放電電阻盡快放電，以備電容器再次投入。元器件可以選單相晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管，也可選適合容性負(fù)載的固態(tài)接觸器，這樣可以省去過零觸發(fā)的脈沖電路，從而簡化線路，元件的耐壓及電流要合理選擇，散熱器及冷卻

16、方式也要考慮周全?；旌贤肚蟹绞綄?shí)際上就是靜態(tài)與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)幕旌?，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電 容器組使用電力半導(dǎo)體器件。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢互補(bǔ)，但就其控制技術(shù)， 還見到完善的控制軟件，該方式用于通常的網(wǎng)絡(luò)如工礦、小區(qū)、域網(wǎng)改造，比起單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍，節(jié)能效果更好。補(bǔ)償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補(bǔ)償效果更加細(xì)致，更為理想。還可采用分相補(bǔ)償方式，可以解決由于線路三相不平行造成的損失。無功發(fā)生器SVG利用PWM整流控制技術(shù)，通過對電網(wǎng)的電壓和電流實(shí)時(shí)采樣和高性能DSP計(jì)算出電網(wǎng)的無功功率，實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償。SVG的特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)對動(dòng)態(tài)連續(xù)無功補(bǔ)償，并可實(shí)現(xiàn)感

17、性無功和容性無功的補(bǔ)償，使電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定在 0.98以上。SVG不僅對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而且可對諧波電流實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。容器損壞頻繁。容器外熔斷器在投切電容器組及運(yùn)行中常發(fā)生熔斷。容器組經(jīng)常投入使用率低。針對以上問題，我們認(rèn)為有必要進(jìn)行專題研究，對無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行綜合整治，以達(dá) 到無功補(bǔ)償設(shè)備使用化運(yùn)行，提高電網(wǎng)電壓無功質(zhì)量和電能合格率。針對上述情況我們分析可能存在的原因如下：容器損壞主要原因由于在選擇電壓等級時(shí)沒有考慮諧波背景的影響，造成所選擇的電壓等級偏低，長期運(yùn)行電容器將容易損壞。2、電容器外熔斷器經(jīng)常發(fā)生熔斷，主要是合閘涌流對熔斷器的沖擊或者熔斷器額定電流的選擇偏小造成的，或是不同電抗率組別的電容器組投切順序不當(dāng)所致。電容器投入使用率低主要是由于在電容器容量選擇及分配不當(dāng)造成的。美國