浅谈低压无功补偿装置在电网中的应用

梁永春

(大连市产品质量监督检验所，辽宁 大连 116021)

1 使用低压无功补偿装置的原因

在10kV及以下配电网中，供电线路上“T”接有几台或者十几台容量大小不等的配电变压器，甚至有的多达二、三十台，人们形象的比喻为“线路上挂了很多灯笼”。由于用户分散，变压器容量小，其负荷的时段性和季节性很强，据10kV实时数据采集或电能表数据显示，有时甚至会出现无功大于有功的现象，这样势必造成10kV线路出线端功率因数cosФ值达不到有关规定，线损也大大增加。

(1)无功补偿装置可以提高电压质量。

无功功率流过线路，将在线路上产生电压降，降低电网电压水平。线路电压损耗的计算公式为:

其中:P—有功功率;Q—无功功率;U—电压;R—电阻;X—电抗。

无功功率Q越大，线路电压损耗越大。若无功补偿容量为QC，补偿后流过线路的无功功率有Q减少到(Q－QC)，线路电压损耗也随之减少。

(2)降低线路无功电流及有功电流造成的线损

线路有功功率损耗计算公式为:

①流过线路的电流I包括有功分量和无功分量，不但无功电流会造成线损，而且有功电流的增加也会造成线路有功功率损耗的增加;

②通过无功补偿，减少了无功功率在电网中的流动，可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗;

③负荷有功功率等于电压与有功电流的乘积，若负荷有功功率不变，当电压降低时，负荷电流中的有功分量将相应增加，从而增加了有功损耗。通过无功补偿，提升了电压，便能减少这部分损耗。

(3)提高电气设备的利用效率，增强电网传输能力。

变压器及线路输送的视在功率为:

S=P+jQ

通过无功补偿，减少了输送的无功功率，提高了功率因数，便能增加线路及变压器的有功功率输送容量。

例如，当功率因数由 cosФ=0.8增加到 cosФ=0.95时，装1kvar电容器可节省设备容量0.52kW。对原有设备而言，相当于多输送0.52kW有功功率。因此，对新建、改建工程，若充分考虑无功补偿，可减少设计容量，从而减少投资。

2 低压无功补偿装置概述

低压无功补偿装置的传统模式主要有以下3种形式:装于低压电动机的单台就地补偿、装于配电变压器低压侧的低压综合配电箱、装于企业配电房或车间以及高层建筑配电间的低压无功功率补偿柜。

目前低压无功补偿装置的技术改进和新技术应用有了很大提高，归纳起来主要有以下几个方面:

(1)采用智能型自动控制器，根据无功功率确定补偿容量而克服了根据功率因数补偿的一些缺点。

(2)由三相共补到分相补偿，以求到达更理想的补偿效果。

(3)由单一的无功补偿发展为同时具有滤波及抑制谐波功能的补偿装置。

(4)从采用交流接触器进行投切，到选用晶闸管开关电路进行投切，以及发展为等电压投、零电流切的最佳投切模式。

(5)将低压无功补偿的功能纳入配电综合测试仪、箱式变电站、变台多功能箱、落地式封闭变台等设备的低压部分。

3 低压无功补偿装置的应用

在配变低压侧直接进行无功补偿，可有效提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济价值，且低压无功补偿装置接线简单、运行维护工作量小，因此在低压侧进行无功功率补偿是目前无功补偿中常用的手段之一。基于控制条件，从低压无功补偿装置的三大部件出发，选择装置的原则如下:

(1)投切开关电器。

投切开关式低压无功功率补偿装置中最容易损坏的关键元器件，投切开关目前有三代产品，分别是交流接触器、晶闸管和复合开关。其中，选用复合开关是以后发展的主要趋势，DPFK型智能低压复合开关具有过零投切功能、电压故障缺相保护、电源电压缺相保护、自诊断故障保护、空载保护、停电保护、无谐波注入、功耗小等特点，要保证复合开关长期、可靠地运行。

(2)无功补偿控制器。

无功功率补偿控制器，即无功补偿装置的指挥系统，它首先要对电网的电压、电流量进行采集，通过中央处理器的快速运算控制投切开关的动作，从而控制电容器组的投切。

无功补偿控制器的种类很多。为了保证无功补偿控制器正常地进行控制、测量、存储、通信和保护，必须注意以下几点:①装置时钟必须正确;②采样TV变比的正确性;③通信波特率的正确性;④投切条件的限制值设置的正确性;⑤保护条件的限制设置的正确性。

(3)补偿电容器

补偿装置要长期、可靠运行，必须选用质量好的电容器，电容器接入电力系统中使用，总在满载荷下运行，仅在电压或频率波动时，载荷才有变动。在选择电容器时，必须在其正常运行中注意以下几点:①采用的投切开关的额定电流必须与电容器的额定电流相匹配;②电容器与投切开关的连接线必须满足额定电流的需要;③固定在电容器上的连接线必须可靠牢固地链接。

4 总结

在无功补偿装置的设计和试用下，存在的问题主要集中在两个方面:一是投切开关的选择;二是控制方式的确定。在投切开关的选择上，由于电容器上残压的存在，电容器投入时会产生巨大的冲击电流，以往采用的交流接触器由于无法选择投切角度从而不能解决该问题，后来出现了晶闸管单一构成的投切电路虽然有效地解决了这个问题，但需要设计复杂的过零检测和逻辑触发电路，影响了其可靠性。在控制方式上，现在广泛应用的已功率因数作为投切判据的控制方式，存在轻载时容易产生投切振荡而重载式又达不到充分补偿的问题。而且在以功率因数作为投切判据的控制方式下，由于电容器需采用等分方式，要想达到较高的补偿精度，就需要增加电容器和投切开关的数量，这就增加了装置的成本，同时电容器采用试投切的方式，降低了装置的响应速度。通过理论分析，其控制合理性，硬件结构简单化，能够实现无功的快速动态补偿，且成本较低，在配电电网下将具有广阔的应用前景。