低压无功功率补偿装置的选择要点

低压无功功率补偿装置的选择要点　低压无功功率补偿装置的选择要点　东源电业公司　吕美忠　摘要：无功功率补偿装备在电力供电系统　入，并继续监测ｃ０ｓ　如还不满足要求，控制器则　中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供　电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改　善供电环境。合理的选择补偿装备，可以做到最　大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。　关键词：无功功率补偿装备分类补偿控　制器　．　无功功率补偿装备在电力供电系统中所承　担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压　器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电　环境。所以无功功率补偿装备在电力供电系统　中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理　的选择补偿装备，可以做到最大限度的减少网络　的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用　不当，可能造成供电系统电压波动，谐波增大等　诸多因素。　ｌ　无功功率补偿装置的分类　１．１　延时投切方式　延时投切方式即人们熟称的“静态”补偿方　式。这种投切依靠于传统的接触器的动作，当然　用于投切电容的接触器是专用的，它具有抑制电　容的涌流作用。延时投切的目的在于防止接触器　过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的　是防备电容不停的投切导致供电系统振荡，这是　很危险的。当电网的负荷呈感性时，如电动机、　电焊机等负载，这时电网的电流滞后电压一个角　度，当负荷呈客性时，如过量的补偿装置的控制　器，这是电网的电流超前于电压的一个角度，即　功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关　系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物　理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是　功率因数或无功电流或无功功率。　下面就功率因数型举例说明。当这个物理　量满足要求时，如ｃ０西超前且＞０．９８，滞后且＞　０．９５，在这个范围内，此时控制器没有控制信号　发出，这时已投入的电容器组不退出，没投入的　电容器组也不投入。当检测到ｃ０ｓ　不满足要求　时，如ｃ０西滞后且＜０．９５，那么将一组电容器投　延时一段时间（延时时间可整定），再投入一组　电容器，直到全部投入为止。当检测到超前信号　如ｃ０ｓ　＜０．９８，即呈客性载荷时，那么控制器就　逐一切除电容器组。要遵循的原则就是：先投入　的那组电容器组在切除时就要先切除。如果把　延时时间整定为３００ｓ，而这套补偿装置有十路　电容器组，那么全部投入的时阿就为３０分钟，切　除也这样。在这段时间内无功损失补偿只能是　逐步到位。如果将延时时间整定的很短。或没有　设定延时时间，就可能会出现这样的情况。当控　制器监测到ｃ０ｓ　＜０．９５，迅速将电容器组逐一　投入，而在投入期间，此时电网可能已是客性负　载即过补偿了，控制器则控制电容器组逐一切　除，周而复始，形成震荡，导致系统崩溃。是否能　形成振荡与负载的性质有密切关系，所以说这　个参数需要根据现场情况整定，要在保证系统　安全的情况下，再考虑补偿效果。　１．２　瞬时投切方式　瞬时投切方式即人彳『１熟称的“动态”补偿方　式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合　的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器　一般能在半个周波至１个周波内完成采样、计算，　在２个周期到来时，控制器已经发出了控制信　号。通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大　约２ｏ一３０毫秒内就完成一个全部动作，这种控制　方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补　偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前　景。现在很多开关厂都试图生产、制造这类装置，　且有的生产厂已经生产出很不错的装置。但目前　与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产　品结构上还有一定的差距。　动态补偿的线路方式　１．２．１　ＬＣ串接法原理如图１所示　这种方式采用电感与电容的串联接法，调　节电抗以达到补偿无功损耗的目的。从原理上　分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做　到无差调节，使无功损耗降为零。从元件的选择　维普资讯 http://www.cqvip.com

＜云南煤炭）２００６年第一期　涌流投切。当控制指令撤销时，触发脉冲随即消　失，晶闸管零电流自然关断。关断后的电容器电　压为线路电压交流峰值，必须由放电电阻尽快　放电，以备电容器再次投入。　元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向　晶闸管，也可选适合容性负载的固态接触器，这　样可以省去过零触发的脉冲电路，从而简化线　路，元件的耐压及电流要合理选择，散热器及冷　工　却方式也要考虑周全。　图１　１．３　混合投切方式　上来说，根据补偿量选择１组电容器即可，不需　实际上就是静态与动态补偿的混合，一部　要再分成多路。既然有这么多的优点，应该是非　分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容　常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感　器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程　量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积　度上可以做到优势互补，但就其控制技术，目前　也相对较大，价格也要高一些，再加上一些技术　还未见到完善的控制软件，该方式用于通常的　的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用　网络如工矿、小区、域网改造，比起单一的投切　或使用者不多。　方式拓宽了应用范围，节能效果更好。补偿装置　１．２．２　采用电力半导体器件作为电容器组的　选择非等客电容器组，这种方式补偿效果更加　投切开关，较常采用的接线方式如图２。图中ＢＫ　细致，更为理想。还可采用分相补偿方式，可以　为半导体器件，Ｃ１为电容器组。这种接线方式采　解决由于线路三相不平造成的损失。　用２组开关，另一相直接接电网省去一组开关，　１．４　在无功功率补偿装置的应用方面，选择那　有很多优越性　一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对　所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变　化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态　补偿，节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路　应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。　对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方　式，尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的　场合是不能采用动态补偿的。一般电焊工作时　图２　间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以　作为补偿装置所采用的半导体器件一般都　上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按４Ｏ毫　采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很　秒考虑则从４ｏ毫秒到５秒钟之内是一个相对的　经济。其不足之处是元件本身不能快速关断，在　稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程。如果　意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当　线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能　解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是　量又有较大的变化，我们把它称为瞬变或闪变，　较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控　采用动态补偿就要出问题并可能引发事故。　制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项　２　无功功率补偿控制器　就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确　无功功率补偿控制器有三种采样方式，功　的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才　率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一　能达到最佳的补偿效果。　种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控　当控制器采集到需要补偿的信号发出一个　制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系　指令（投入一组或多组电容器的指令），此时由触　统，采样、运算发出投切信号，参数设定、测量、　发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电容器组也就　元件保护等功能均由补偿控制器完成。十几年　并入线路运行。需要强调的是晶闸管导通的条　来经历了由分立元件一集成线路一单片机一　件必须满足其所在相的电容器的端电压为零，以　ＤｓＰ芯片一个快速发展的过程，其功能也愈加完　避免涌流造成元件的损坏，半导体器件应该是无　善。就国内的总体状况，由于市场的需求量很　４５　维普资讯 http://www.cqvip.com

低压无功功率补偿装置的选择要点　大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差　已达到ｏ．９９（滞后），只要再投一组电容器不发　异很大，很多产品名不符实，在选用时需认真对　生过补，也还会再投入一组电容器，使补偿效果　待。在选用时需要注意的另一个问题就是国内　达到最佳的状态。采用ＤＳＰ芯片的控制器，运算　生产的控制嚣其名称均为“×××无功功率补偿　速度大幅度提高，使得富里叶变换得到实现。当　控制器”，名称里出现的“无功功率”的含义不是　然，不是所有的无功型控制嚣都有这么完备的　这台控制器的采样物理量。采样物理量取决于　功能。　产品的型号，而不是产品的名称。　２．３　用于动态补偿的控制器　２．１　功率因数型控制器　对于这种控制器要求就更高了，一般是与　功率因数用ｃｏｓ￣表示，它表示有功功率在　触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗　线路中所占的比例。当ｃｏｓ￣＝１时，线路中没有　干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的　无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这　完成动态补偿功能。由于这类控制器也都基于　类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传　无功型，所以它具备静态无功型的特点。　统的方式，采样、控制也都较容易实现。　目前，国内用于动态补偿的控制嚣，与国外　２．１．１　“延时”整定，投切的延时时间，应在　同类产品相比有较大的差距，一是在动态响应　１０ｓ一１２０ｓ范围内调节“灵敏度”整定，电流灵敏　时间上较慢。动态响应时间重复性不好。二是补　度。不大于０—２Ａ。　偿功率不能一步到位，这些是要重点解决的问　２．１．２　投入及切除门限整定，其功率因数应能　题。另外，相应的国家标准也尚未见到，这方面　在Ｏ．８５（滞后）一０．９５（超前）范围内整定。　落后于发展。　２．１．３过压保护设量　３滤波补偿系统　２．１．４　显示设置、循环投切等功能　由于现代半导体器件应用愈来愈普遍，功　这种采样方式在运行中既要保证线路系统　率也更大，但它的负面影响就是产生很大的非　稳定、无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果，这是　正弦电流。使电网的谐波电压升高，畸变率增　一对矛盾，只能在现场视具体情况将参数整定在　大，电网供电质量变坏。　较好的状态下工作。即使调整的较好，也无法弥　如果供电线路上有较大的谐波电压，尤其５　补这种方式本身的缺陷，尤其是在线路重负荷　次以上，这些谐波将补偿偿装置放大。电容器组　时。举例说明：设定投入门限；ｃｏｓ￣＝０．９５（滞后）　与线路串联谐振，使线路上的电压、电流畸变率　此时线路重栽荷，即使此时的无功损耗已很大，　增大，还有可能造成设备损坏，这种情况下补偿　再投电容器组也不会出现过补偿，但ｃｏｓ　只要　装置是不可使用的。最好的解决方法就是在电　不小于０．９５，控制器就不会再有补偿指令，也就　容器组串接电抗器采组成谐波滤波嚣。滤波器　不会有电容器组投入，所以这种控制方式建议不　的设计要使在工频情况下呈容性。以对线路进　做为推荐的方式。　行无功补偿，对于谐波则为感性负载，以吸收部　２．２无功功率（无功电流）型控制器　分谐波电流，改善线路的畸变率。增加电抗器　无功功率（无功电流）型的控制器较完善的　后，要考虑电容端电压升高的问题。　解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无　滤波补偿装置即补偿了无功损耗又改善了　功型控制嚣是智能化的，有很强的适应能力，能　线路质量，虽然成本提高较多，但对于谐波成分较　兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果，并能对补　大的线路还是应尽量考虑采用，不能认为装置一　偿装置进行完善的保护及检测，这类控制嚣一般　时不出问题就认为没有问题存在。很多情况下，采　都具有以下功能：　用五次、七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无　四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电　功功率的同时，对系统中的谐波进行消除。　容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐　总之，选择低压无功补偿装置，还要根据系统　波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、　具体情况，作多方研究，做到经济实用安全可靠。　线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电　容器功率、显示ｃ０ｓ　、Ｕ、Ｉ、Ｓ、Ｐ、Ｑ及频率。　．　参考文献　由以上功能就可以看出其控制功能的完备．　１、《电力系统继电保护原理与运行＞　由于是无功型的控制器，也就将补偿装置的效果　２、（供配电设计手册＞　发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时，那怕ｃｏｓ￣　３、＜电网技术＞杂志