浅谈低压无功补偿在工厂中的实用方案

伍振蓝

摘要：在现代工业领域中，很多工厂里绝大部分的用电设备都是电动机，而供电系统中类似于电动机这样的感性负载过多，将会导致供电系统的功率因数降低，从而影响到供电的可靠性、稳定性及经济性。合理的选用低压无功补偿装置及补偿方案，可以很好的解决此类问题。

关键词：工业;功率因数;低压;补偿方案

前言

随着我国人力成本的不断提高，现代工厂在生产过程中，很大程度上都是依赖电力能源，而电动机的应用，在各行各业中都是必不可少的。我们都知道，电动机属于感性负载，它把电能转化为机械能的过程中，不仅要消耗有功功率，也要从电网中吸收一定的无功功率，用来维持旋转磁场。

根据实际应用发现，合理的选择补偿方案，可以提高系统的功率因数，减少供电系统的损耗，节约能源。另外，提高供电系统的功率因数还可以减少供电公司对生产企业力调电费的罚款，甚至可以得到考核奖励。而不合理的补偿方案，不仅起不到补偿效果，还可能会损坏补偿电容及其附件，增加企业经济负担。

本文主要对当前企业常用的低压无功补偿控制系统中，关于补偿容量、投切震荡以及电容器的几种搭配方案来进行简单探讨。

一、补偿容量的计算

在实际生产过程中，一个生产企业的运行负载是在不断波动的，因此系统所需的无功量也在不断变化。而在设计过程中，必须要满足系统在满负荷运行的情况下所需的补偿容量。

随着时代的进步，新一代高效节能电机的自然功率因数也在不断提高，例如YE3系列超高效率电机，其功率因数最高可达到0.91.因此，一般以电动机为主要负载的现代生产企业，正常情况下满载运行时，系统中所需的补偿容量大概只占变压器总容量的20%左右。但是，现代低压补偿电容器一般都采用自愈式低压并联补偿电容，由于存在自愈过程，它的容量也會不断衰减，因此要考虑到长期运行后的电容损失。所以通常大部分企业的补偿经验系数都取值0.3，即以变压器总容量的30%左右来选择补偿容量为宜。

二、补偿方案的选择

2.1、常用补偿控制器的投切逻辑

首先，我们要简单了解一下常用的补偿控制器的工作原理，通常来说，控制器都不具备自动识别电容器容量的能力，它都是根据预先设定好的逻辑程序来发送投切信号。一般有三种逻辑控制：

I、先投后切，这种模式的缺点是导致先投入的电容器长时间工作，不利于电容器的使用寿命。

II、先投先切，这种模式会循环投切各回路，实现每个电容器的均衡投切，有利于电容器的使用寿命。

III、智能投切，需要用户录入的各回路电容容量，控制器会计算出系统中的无功需量，对各回路进行筛选投切，只有比较高端的控制器才可以实现此功能。

2.2、投切震荡

投切震荡指的是电容容量选择不合理，或投切门限之间的数值设置不合理，导致投入电容时过补偿，切除电容时欠补偿，因此控制器会频繁发出投切信号，影响到交流接触器、电抗器与电容器的寿命。

在无功功率自动补偿的过程中，投切震荡是造成设备损坏的重要因素。

2.3、如何避免投切震荡

I、加大投切门限之间的数值，要确保在投切某一组电容时，不会立刻引起过补偿或欠补偿。另外，还要适当的增加投切延时时长，最后设置在15秒以上，以避免类似于电焊机、空压机，电磁阀等短时负载的影响。通过这两项设置，在功率因数精度要求不高的情况下，可以很好的避免投切震荡。

II、合理的搭配电容器容量也可以避免投切震荡。有些企业为了整齐美观，补偿柜往往都是选用统一容量的电容器，这就会造成控制器无论以哪种逻辑方式运行，都无法筛选出合适的容量。根据使用经验，如果采用不同容量大小的电容器进行组合搭配，不仅可以提高功率因数的精度，还可以有效避免出现投切震荡。

2.4、补偿方案对比

方案一：采用先投后切的逻辑控制时，电容器容量适合由大到小的顺序排列，通常情况下，前几组较大容量的电容器会形成固定投入的状态，而后几组较小容量的电容器在系统变化时，可以起到功率因数微调的作用。这种方案的优势是可以快速补偿至目标功率因数，且正常运行时的投切频率很低。而该方案的缺陷是，电容器组投切不均衡，有的长期工作，有的长期不工作，会影响电容器的使用寿命。

方案二：采用先投先切的逻辑控制时，电容器容量适合由小到大的顺序排列，这种方案的优势是每组电容器都会均衡投切，可以更好的延长使用寿命。但是其投切的频率较方案一要偏高。

方案三：采用智能投切的逻辑控制时，则对电容容量大小的排列顺序没有要求，用户只需要将每组电容器的容量录入到控制内相对应的回路，在运行过程中，控制器会根据采样参数，自动计算无功需量，然后选择性的投切电容，并且还会统计每组电容器的运行时长，自动进行均衡投切。相对于前两个方案而言，其投入稍微偏高一点，且需要人工进行参数设置。但从长远来看，这种逻辑控制更加经济可靠。

三、串联电抗器的选择

3.1串联电抗器的作用

电容器在投入的瞬间，会产生额定电流5倍以上的合闸涌流，会对电容器及断路器造成危害，增加串联电抗器可以有效限制涌流，起到抑流作用。另外，一个企业的电力系统中或多或少都存在一定谐波污染源，如变频器、整流器等，合理选用串联电抗器虽然不能完全滤除谐波，但是可以有效防止谐波侵入电容器，造成电容器损坏，不会引起谐波放大。

3.2、串联电抗器的选择

通常来说，串联电抗器的型号是根据用户的需要来进行搭配的，在选择串联电抗器的时候，主要参数有额定电压、电抗率及电抗容量：

I、额定电压：低压常用450V以上。

II、电抗率：根据使用经验，电力系统中5次以上谐波较多的选用7%（谐振频率189）为宜，3次以上谐波较多的选用14%（谐振频率134）为宜。

III、电抗容量：电抗器的容量速算就是用配套电容器容量乘以电抗率，例如30Kvar的电容器，配套7%电抗率，那么气电抗器的容量就是30×7%=2.1Kvar。

四、结束语

经过以上的分析总结，我们可以清晰的知道，在现代工厂低压无功补偿系统实用中，首先要根据自身的负载特性，选择合适的容量，然后再根据不同的逻辑控制方式，来搭配不同的电容器组合顺序，才可以起到好的补偿作用。

而对于无功补偿系统来说，如果电容器的选用不合理，或者搭配不合理，不仅起不到较好的补偿效果，反而会引起投切震荡，非常容易损坏电容器、控制器及接触器等元件，从而增加企业的经济负担。

参考文献：

[1]刘华云.对电网无功功率补偿的探讨【A】.科学之友（B版），2007，09-0003-02

[2]王强，聂军.配电系统无功补偿技术比较.山西电力.2005

[3]李辉 娄林毅 李燕 杨涛.电容器保护中电抗器的选择计算.电子技术与软件工程.2015.07期

（作者单位：广西银亿新材料有限公司）