低壓無功補償裝置如何合理選型:隨著經濟生力產水平的發展，電費已成為企業的主要生產成本（這里面包括由于不合理用電造成電能效率降低、設備故障率增加、設備壽命減短等因素造成的維護成本增加）。解決企業電力供需矛盾，除采用科學節能的新產品、新技術、新工藝外，改善電力環境、搞高電能使用效率、降低損耗也是緩解供電壓力的有效途徑。采用無功補償系統是企業改善供電質量不失為一條有效的途徑。做好無功補償工作，不但可起到擴大現有輸變電設備供電能力、改善電能質量、降低線路損耗、緩解供電能力不足的作用，而且還能取得良好的經濟效益，如延長供用電設備的使用壽命、降低用戶的電費支出等。

 

    1、無功補償目前存在的問題

 

    由于無功補償系統設備選型不合理、設備運行參數設置不正確造成的設備非正常工作，不僅沒有給企業帶來經濟效益反而由于無功過補償或欠補償造成不必要的罰款，甚至是影響其它設備的正常工作。無功補償系統非正常工作主要集中在以下幾個方面：

 

    1.1 容量不匹配

 

    一般控制器均配備有12組電力移相電容器，容量不匹配主要集中在電容器單體容量配置過大。由于每個單體電容器容量是固定的，當系統所需的電容量小于單組電容器小容量時，電容器組不投入工作時系統存在功率因素過低呈感性(久補)，而當電容器投入工作時又會因為所投的電容器容量過大造成系統過補呈容性(同樣導致功率因素過低)。如果投切控制不當，還會造成電容器不斷的投入、斷開、投入、斷開形成投切振蕩。

 

    1.2 負荷變動造成不匹配

 

    對于建站初期負荷較小，以后負荷逐漸增大的情況。由于無功補償系統設計上都有一定的冗余量，故此情況下擴容量不超過冗余量是不會引起無功補償異常。反倒是由于企業設備更新、改造后，原有設備功率因素提高后造成系統無功的需求減少，從而引起容量不匹配。如：某隧道燈具原使用線圈式整流器高壓納燈，后改為電子式整流器高壓納燈。

 

    影響大的還要數正負無功變化較大的場合。如企業某設備群無功分量較大，下班后設備群停止工作后系統無功分量就主要來自于變壓器等電源設備。此時系統所需的電容量若小于單組電容器小容量時，系統就容量出現過補或欠補。這也是企業變壓器輕載后功率因素不達標的因素之一。

 

    1.3 參數設置不當引起的異常

 

    由于移相電容無功補償系統的工作原理是通過增加容抗抵消系統感抗，從而實現系統無功的調節。但電容和電抗的組合必然會在某些頻率下產生共振，這種由電感L和電容C組成的，可以在一個或若干個頻率上發生諧振現象的電路，統稱為諧振電路(如圖1)。

 

    圖片關鍵詞

 

    圖1

 

    此時系統阻抗低，容抗和感抗相抵消后系統阻抗等于電阻。

 

    用公式表示為：

 

    Z =R+jXL?jXC=R

 

    其中，Z為阻抗，R為電阻，XL-XC=感抗-容抗=電抗。

 

    從公式中間可以清晰的看出：當感抗XL與容抗XC相等的時候，Z中間只包含實分量R，即純電阻。此時即為諧振。高電壓、大電流將會破壞電器設備。電路諧振時，電流或電壓將會增大。這是由于自由電子運動與宏觀物體運動一樣具有慣性，如果沒有外力作用，將保持靜止或勻速直線運動，在電感與電容并串聯電路中，當純電阻很小時，自由電子在電場力作用下，應產生勻加速運動，但因電子運動速度是恒定的，就使同向運動電子的數量勻加速增大，因此要避免電力系統產生諧振，功率因素的設置就不能設置為1，介于變壓器、發電機等均為感性設備避免出現“空載諧振”功率因素應偏感性為好。

 

    此外由于電容補償具有抬升電壓的作用，而發電機的出廠功率因素一般為0.8，此時若無功補償系統將功率因素設置過高，即可將發電機電壓抬升。如某發電機輸出電壓為400V(考濾輸出壓降，一般變壓器、發電機均將輸出調節至400V)，此時若無功系統投入工作后，容抗與感抗抵消后電源的阻抗變小后電源電壓降減少，故而系統輸出電壓得以提升。柴油發電機，容量小，其無功功率小，變化大，很難實現補償的適配切換;一旦出現過補償，發電機輸出電壓上飄過壓，發電機將會過高保護而停機。

 

    E=I(Z內+Z外) U外=E-U內=IZ內-IZ外 Z =R+jXL?jXC=R

 

    [無功補償]低壓非對稱無功補償解決方案 (2)

 

    1.4 諧波的影響

 

    由于在 R 、 L 、 C 的串聯電路中，電壓與電流的相位差。 一般情況下 X L -X C ≠ 0 ，即 u 、 i 不同相，但適當調節 L 、 C 或 f ，可使 X L =X C ， X L -X C =0 時，這時 u 與 i 同相，電路呈現電阻性， cos Φ =1 ，電路的這種現象稱串聯諧振現象。

 

    見公式：

 

    XL=2 π fL　　圖片關鍵詞

 

    可見當L與C的值固定時，影響感抗與容抗的值就只有頻率F。我國電網中的頻率是固定的(F=50HZ)，由于半導體晶閘管的開關操作和二極管、半導體晶閘管的非線性特性，電力系統的某些設備如功率轉換器，就會有比較大的背離正弦曲線波形。三相整流負載，由于負載的對稱性故出現的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7、11、13、17、19等，變頻器主要產生5、7次諧波。例如熒光燈的電子控制調節器產生大強度的3 次諧波( 150 赫茲)。當電網參數配合不利時，在一定的諧波頻率下，就可形成諧波振蕩，產生過電壓或過電流，危及電力系統的安全運行，如不加以治理極易引發輸配電事故的發生。諧波也是影響電容壽命的一大因素。

 

    2、傳統補償方式(靜態補償 )

 

    其是一種根據指令，按一定步長或其倍數連續對無功負荷進行的補償。用并聯電容器改善供配電系統及連續運行的異步電動機、其它感性負荷功率因數的各類無功功率補償裝置。這種補償投切依靠于接觸器的動作，當電網的負荷呈感性時，如使用大量電動機、電焊機等負載，這時電網的電流滯帶后電壓一個角度。當負荷呈容性時，如過量的補償裝置的控制器，這是電網的電流超前于電壓的一個角度，即功率因數超前或滯后是指電流與電壓的相位關系。通過補償裝置的控制器檢測供電系統的物理量，來決定電容器的投切，這個物理量可以是功率因數或無功電流或無功功率。

 

    2.1 梯形的電容配置

 

    靜態補償裝置的補償容量是固定步長或其倍數不能隨負荷而變化，只能分級補償固定的無功功率(其補償精度決定于電容器組中單臺電容器的電容量), 而不能實現連續、線性的補償。“欠補”和“過補”交替發生，計費方式又為“反轉正計”，使得變電所平均功率因數補償精度差，不適合在無功負荷變化快的場合。在負荷變動大的場所用固定補償方案解決不了功率因數問題，不能隨負荷的無功波動隨機的調節補償的容性無功，所以不具備抑制諧波和電壓波動。要解決功率因數問題，抑制諧波和電壓波動，必須放棄固定補償方案。

 

    2.2 采用電磁式接觸器

 

    該接觸器是在普通交流接觸器的主觸點上加裝了一套限流阻抗，在電容器投切不頻繁時，起到了一定的作用。由于其采用電磁式接觸器作為投切開關，靜態無功補償系統因受電流浪涌沖擊，接觸器動作頻繁有觸點易損壞，電容器為階梯型投切，有合閘涌流和過補償的可能，容易發生投切振蕩。采用專用接觸器進行電容器投切的無功補償裝置，只適用于在負荷基本平穩、且三相電壓基本平衡的理想工作環境下使用。

 

    2.3 全相補償方式

 

    電容器組三相角形聯結便于自動濾除三次諧波,一體化封裝則便于安裝。對無功控制器要求也較低，電壓、電流采樣只要采集一組數據即可，而無須對三相電壓、電流都進行采樣。采用三角形聯較星形連接其提供的無功將比星形聯接大三倍，故可采用較小的電容。但在單相設備較多的場合，各相之間的無功功率是不一樣的。采用全相補償容易造成三相補償不平衡，造成部分相序過補或欠補，這種情況在某車間線路缺相的情況也是可以發生的，在缺相時三相負荷的有功及無功平衡均會被打破。

 

    2.4 諧波治理

 

    為將共振點調整到沒有諧波的頻率，一般都裝有串聯電抗器，它的作用主要有限制合閘涌流，使其不超過20倍;抑制供電系統的高次諧波，用來保護電容器及防止產生諧振。標準抗諧振型(串有6%或12%電抗器)：主要適用于含有少量諧波，負荷變化較快的系統中，一般情況下，在這種系統中。然而，串聯電抗與電容器不能隨意組合，若不考慮電容裝置接入處電網的實際情況，采用“一刀切”的配置方式(如電容器一律配用電抗率為5%～6%的串抗)，往往適得其反，招致某次諧波的嚴重放大甚至發生諧振，危及裝置與系統的安全。

 

    3、非對稱復合補償

 

    3.1 控制器采樣選擇

 

    無功功率補償控制器有三種采樣方式，功率因數型、無功功率型、無功電流型。功率因素方式由于其實現成本低，廣泛應用于企業各類傳統的補償方式中。其在運行中既要保證線路系統穩定、無振蕩現象出現，又要兼顧補償效果。舉例說明：設定投入門限;cosΦ=0.95(滯后)此時線路重載荷，即使此時的無功損耗已很大，再投電容器組也不會出現過補償，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不會再有補償指令，也就不會有電容器組投入，所以這種控制方式建議不作為推薦的方式。

 

    無功功率(無功電流)型的控制器較完善的解決了功率因數型的缺陷。一個設計良好的無功型控制器是智能化的，有很強的適應能力，能兼顧線路的穩定性及檢測及補償效果，并能對補償裝置進行完善的保護及檢測，這類控制器一般都具有自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據負載自動調節切換時間、諧波過壓報警及保護、線路諧振報警、過電壓保護、線路低電流報警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及頻率。 由以上功能就可以看出其控制功能的完備，由于是無功型的控制器，也就將補償裝置的效果發揮得淋漓盡致。如線路在重負荷時，那怕cosΦ已達到0.99(滯后)，只要再投一組電容器不發生過補，也還會再投入一組電容器，使補償效果達到佳的狀態。

 

    3.2 可調容電容器組的實現

 

    無功補償其實質就是調節電容器的無功輸出，通常使用的方法就是通過增加減少電容器的數量而實現電容器組無功輸出的變化。然后這種通過調整電容量器數量的控制方式，前面我們已經講到它存在著只能分級補償固定的無功功率，容易發生過補或欠補。

 

    Q=U(XL?jXC)  圖片關鍵詞

 

    根據無功功率的計算公式，我們可以知道要想改變電容器的無功輸出，可以通過改變市電頻率、市電電壓及增加感性無功等方式實現。然后國家規定我國市電頻率為50HZ，市電壓為220V/380V，因此改變市電頻率是不可行。但可以通過可以通過轉換電容器組“Y-△”結線方式從而實現電容器工作電壓在220V/380V之間轉換，從而實現功率1X/3X之間的轉換?？梢姶朔N方式仍然改變不了分級補償的缺點，僅是縮小電容組的梯度。若通過采用電感與電容的串聯接法，通過調節電抗以達到調節無功輸出的目的，從原理上分析，這種方式響應速度快，閉環使用時，可做到無差調節。從理論上講此補償量可只選擇1組電容器即可，但是要求選用的調節電感變化范圍要求較大，要在很大的動態范圍內調節，所以體積也相對較大。故在實際運用中以電容組補償先固定步長或其倍數進行補償作為粗調，再通過小容量的電容組串接可調式電感器作為細調。效果一樣，可避免可調式電感體積過大的情況，也減少了可調線圈本身的線損。

 

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    此外還可通過對電容量按十進制的方式分級組合，通過確定單位數量其在個位、十位、百位、千位甚至是萬位的相應數字，各級別容量分別投切的方式來實現電容器容量的調節。如分別在若干個等級內設置單位為1、2、2、5的電容量器，這樣0-9單位內的任一數值就可以通過上述三位數值的組合實現。如：3=1+2;9=5+2+2。我們可以根據數據所需無功變化范圍設定相應的組，如某企業電力系統無功補償系統投切范圍所需電容容量為1-10000，我們就可以在個位、十位、百位、千位上各設置一組相應級別單位數量的1、2、2、5的電容器。如：我們所需容量為9561，這樣個位將有1，十位有5、1，百位有5、千位有5、2、2投入工作。這里我們要說明的是，個、十、百、千相應的單位數量可以是uF、F、KF等，如9561KF，即代表個位上的電容量分別為1KF、2KF、2KF、3kF、5KF;十位上的電容量分別為10KF、20KF、20KF、30kF、50KF;而百位上的容量即100KF、200KF、200KF、300kF、500KF;以此類推。

 

    3.3 分相補償

 

    在有些電網中存在三相不平衡的情況，尤其以電焊機車間明顯，若三相一起補償勢必會在某相造成欠補償、在某相造成過補償。為解決這一問題，需采取三相分相補償的方式。采用“Y-△”結線方式;共補與分補相結合，依據“填平補齊”原則，緩和三相不平衡，既經濟又合理。共補時將電容器組成組采用△形接法投入，而分相補償時則采用Y形接法單個投入。

 

    3.4 一體化復合開關的使用

 

    用接觸器投切無功補償電容器，會產生很大的沖擊電流，不僅會對電網造成干擾，而且影響電容器使用壽命。近些年，國內外廣泛采用的晶閘管投切電容器(TSC)無功補償裝置，很好地解決了接觸器投切電容器裝置的問題，其無觸點，能實現快速投切，不會產生拉弧現象，能抑制涌流，但TSC裝置明顯的缺點是晶閘管元件有較大電壓降，不僅存在一定的功率損耗，也需要采用風扇和散熱器來解決裝置的通風與散熱問題，而風扇停運會影響裝置的正常運行，因此風扇這種旋轉設備的使用，降低了TSC無功補償裝置的可靠性。

 

    用晶閘管的易控和無觸點特性，使反向并聯晶閘管工作在電容器投切瞬間的暫態過程中，起到抑制涌流、過壓和拉弧現象，并能實現快速投切。利用交流接觸器在可靠閉合時，其主觸點接觸電阻小、導通容量大、壓降小、功耗小、工作安全可靠等特性，使其工作在電容器投入后和切除前的穩態過程中，起到電容器向電網提供無功能量的主通道作用。

 

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    4、結束語

 

    綜上所述，采用無功補償可以提高功率因數，是一項投資少，收效快的節能措施。采用補償電容器進行合理的補償一定能取得顯著的經濟效益，但要使低壓無功補償裝置真正實現節能降耗、延長供用電設備使用壽命、提高經濟效益的目的，就必須真正做到合理選型，以確保無功補償設備滿足具體的使用要求。作為無功補償裝置的使用者和制造者，在關注設備成本的同時，還應該充分考慮裝置的性能優劣，從而獲得大的綜合經濟效益。

 

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