低压无功补偿装置的几种接线方式浅谈

　　随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，社会对电力的需求日益增长，对供电的可靠性和供电质量提出更高的要求。由于负荷的不断增加对电网无功的要求也随之增加。无功功率如同有功功率一样是保证电力系统电能质量，电压质量，降低网损和安全运行不可缺少的部分。解决好无功补偿问题对降损节能有着极为重要的意义，这是当前供电系统优先关注的缘由。

　　XJD-W低压动态无功补偿装置适用于频率50Hz电压0.4kV城市配网的无功功率自动补偿；它采用了一系列国内领先的技术和最新的元器件，集无功补偿与电网监测于一体，不但可以补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量；同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据，可完成对整个低压配电线路的监测、分析处理、报表输出等综合管理，为低压配电线路的科学管理提供第一手数据。

　　低压动态无功补偿装置TSF由智能控制器控制晶闸管动态投切滤波器，集电网谐波滤除、无功补偿与电能质量检测于一体，可以滤除电网谐波满足国标要求、实时补偿电网中的无功损耗、提高功率因数、降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量。同时，TSF还能够实时监测电网的三相电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等运行数据，适合于负荷谐波含量大、功率因数底、负荷波动大的场合。TSF装置具有完善的过压、欠压、缺相、过流、短路、瞬态过电压、声光报警等保护措施，不存在无功倒送和谐波放大问题。

　　主要技术参数：额定电压：0.4～1kV；

　　额定容量：100～1500kvar（视具体情况而定）

　　根据系统无功变化，快速进行动态补偿，提高功率因数；

　　滤除谐波电流；

　　响应时间快（20～40ms）；

　　采用分组投切电容器，在投切过程对系统冲击小；

　　整套装置提供全面的保护功能，安全可靠。

        使用领域

　　主要使用领域：TSF装置对于快速补偿无功，同时滤除谐波有着十分显著的作用，能够将谐波源的危害降到最低，可提高电能质量和充分利用系统容量。典型适用对象有以下几种谐波源负载。

　　（一）交直流传动电机和轧机

　　电网电压波动，功率因数降低，产生奇次谐波，使电网电压畸变。

　　（二）电焊机群

　　电焊机为单相负荷时，3次谐波电流大、波形畸变严重，三相电流极不平衡，电压闪变严重。

　　（三）智能建筑

　　商业大楼和高层住宅配电中，现代电力电子设备（可调速马达，空调，在线UPS，开关电源，彩电，激光打印机等）为非线性负荷，虽然负荷冲击性小，但所产生的谐波电流非常严重。

　　（四） 电弧炉

　　电弧炉作为非线性及冲击负荷接入电网。导致电网严重三相不平衡，产生负序电流；产生高次谐波，普遍存在偶次谐波与奇次谐波共存的状况，使电压畸变更趋复杂化；存在严重的电压闪变；功率因数低。

　　（五） 中频炉

　　中频炉在工作时所产生的奇次谐波电流严重。

　

　　电力系统中，随着空调、电动机、行车、电焊机等感性负载的广泛应用，电力系统的供配电设备中经常流动着大量的感性无功电流。这些无功电流占用大量的供配电设备容量，增加线路电流，增加线路电损，影响电能质量， 降低电器设备的使用寿命，制约企业生产率的提高，同时企业还可能因为电能质量未达标而承受线损及电力部门罚款等经济损失。低压无功功率补偿装置在解决此类问题中应运而生。目前，这些无功功率补偿装置已广泛应用于低压配电房、 箱式变电站、变压器出线箱等配电系统中。 而在这些应用过程中，各种用法接线方式应运而生， 而各种接线方式又各有千秋。 从传统的无功功率表手动投切到无功功率自动补偿装置， 从传统的接触器投切到大功率可控硅零触发再到机电一体化复合开关等。 人们在探讨新的， 更加经济安全可靠的无功功率补偿装置。

　　传统补偿接线方式

　　在电力系统应用中， 最传统的低压电容无功功率补偿装置为： 刀开关 + 熔断器 + 接触器 + 热偶继电器 + 低压电容器或低压电容器串联低压电抗器。 在无功功率自动控制仪没有开发以前， 电容器柜加装无功功率表， 值班人员根据无功功率表的读数手动投切以改善电网功率因数。 随着无功功率智能控制仪的广泛应用， 电容器组能够实现自动投切， 智能化控制。

　　这种传统的低压无功功率补偿装置接线方式的最大优点是经济实惠， 投资小， 见效快。 运行安全可靠， 元器件普通、 维护方便。 现已广泛应用于各种低压配电系统中， 目前这种接线方式仍是那些负载单纯对电力系统要求不高的普通企事业单位、 居民小区、 商场、 学校、 农村配电等用户的首选方案。

　　但这种接线方式容易出现的问题是频繁投切时切换电容接触器烧坏。 因为负载在时刻发生变化， 无功功率因数也在发生变化， 无功功率智能控制器会根据功率因数地变化投切电容器组， 电容器组的容量一般都在 10-30Kar 之间， 很多情况下电容器组投入以后都会补过， 无功功率智能控制器又会根据功率因数切断电容器组， 而切断以后功率因数又不够， 所以就会出现频繁投切。 而电容器切换时一般电流都在 20A 以上， 切换用接触器的机械式触电很容易烧坏。

　　这种接线方式容易出现的另一个问题是熔断器熔断， 由于本方案的过流采用熔丝保护， 而合闸引起的涌流、 分闸引起的过电压有时会出现三相熔丝中的单相或多相熔断现象。 对运行中的电容器组来说熔丝熔断会引起计量不准， 电容器组故障等现象。

　　采用无触点电子开关补偿接线方式

　　在大型轧钢、 冶炼、 化工等重工业企业中， 大型设备对电网的冲击和污染非常大， 同时谐波大， 这样对电容器补偿装置的要求就相对来说比较高， 传统的接线方式故障率高， 维护麻烦成本高切换用接触器容易烧坏。 为解决以上问题， 采用无触点电子开关来代替普通接触器。 所谓无触点电子开关就是采用大功率可控硅元件来投切电容器组， 当无功功率因数偏低是， 低压智能控制器输出低电压触发信号， 电流过零时导通可控硅， 起到切换电容器组的目的。

　　这种接线方式和传统的切换接触器相比最大的优点是，响应时间快 同时无触点频繁切换时不会产生火花 不会烧坏触点 模块化的产品 运行维护方便 占用空间小 由于是过零触发和过零开断不会产生过电流和过电压， 大大的减少了对设备的冲击， 增长了设备的使用寿命。 在接线方式中， 能同时实现单相补偿和三相补偿相结合的方式， 使补偿精度更加精确同时消除三相功率因数不平衡产生的影响。 使补偿方案更加灵活多变。

　　但这种无触点可控硅开关最大的缺点是：

　　1） 成本高， 是采用接触器投切的补偿柜贵 70%～90% ；

　　2） 可控硅开关电路运行时有较大的压降， 运行中的电能损耗和发热问题不可忽视。 以 BSMJ0.4-30-3 并联自愈式电容器为例， 基额定电流为 43.3A， 目前做得最好的可控硅并关的电压降也只能为 1V ， 如果是 3 个可控硅开关电路运行时， 损耗的功率为： P=3×1×43.3=129.9W， 如补偿柜的无功功率为 300kvar 则全投入时， 可控硅的功率损耗为 P =129.9×10=1299.W ， 以每天平均 10 小时计， 日耗电量达 12.99kw h， 年耗量约为 4741kwh。 有功消耗的发热量还会增加整个补偿装置的温升， 必须采用相应的散热降温的措施， 如采用接触器基本上不消耗有功；

　　3） 可控硅电路本身也是谐波源， 大量的应用会对低压电网的波形不利。

　　采用机电一体化复合开关补偿接线方式

　　这种机电一体化复合开关采用集交流接触器和固态继电器（SSR）二者优点于一身的机电一体化复合开关作为电容器的投切开关。 此种复合开关采用交流接触器和固态继电器并接的方式， 作为电容器投切的执行元件， 将电容器投切和运行的不同特性， 分为暂态和稳态两个过程， 在电容器投切瞬间的暂态过程中采用固态继电器， 在电容器投入后和切除前的稳态过程中采用交流接触器。

　　这种机电一体化复合开关的优点是当电容器投切瞬间的暂态过程中采用固态继电器， 固态继电器过零投切涌流小， 无过电压， 不会产生火花， 不会烧坏结点。 而在运行的稳态过程中切换到接触器导通， 接触器主触点导通容量大、 无功耗、 无发热。 同时具有寿命长， 功耗小、 结构简单， 安装方便， 故障率低等优点， 采用此种开关投切电容器， 克服了纯晶闸管电子开关长期承载电容器电流时， 功耗大， 发热高的缺点，可完全取代可控硅无触点电子开关。 但相对于传统的接线补偿方式来说， 采用机电一体化复合开关补偿接线方式的成本大约提高了 40%左右， 元器件不常见更换不方便。

　　但这种机电一体化复合开关的设计必须达到以下几点要求， 否则非但不起作用， 反而会给装置的运行带来不便。

　　1） 固体继电器和接触器的动作时序问题， 即必须保证固体继电器检查到电压过零点投入以后接触器触电才闭合。

　　2） 开关在平时闭合工作时必须保证固体继电器的维持电流足够大而不致使固体继电器关断。

　　3） 当设备的电源突然断电时要有后备电源或采取相应的措施使固体继电器能正常工作已保证能按正常的时序切除电容器组。