浅谈低压无功补偿的选择

摘要：电力系统大多为感性负载，会产生无功功率。无功功率越大，要保持有功功率不变，势必提高电流而增加线路损耗。在电力系统运行中，为减少能量损耗，提高供电设备利用率，合理的选择利用低压无功补偿装置 ，可以取得很好的效果。

关键字：无功补偿；低压

Abstract：Power system is mostly inductive load, it will produce reactive power. When reactive power is greater, want to keep the active power,we will increase the current .It will increasing the circuit power loss. In order to reduce energy loss, improve the utilization rate of power supply equipment, reasonable choice a using low voltage reactive power compensation device, it can be achieved very good results.

Key words: reactive power compensation；low voltage

中图分类号：TM642+.2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

电力系统的负载大多为感性负载，会产生无功功率，使得负载电流相位滞后于电压，相角差越大，无功功率需求越大，要供给固定的有功功率，势必提高电流而增加线路损耗。同时，电力网络中的用电设备消耗的无功功率也必须从网络中某个地方获得，如这些无功功率都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。因此在配电系统里几乎都使用电容器来补偿负载所需的无功功率，来改善功率因数。 在电力系统运行中，为减少能量损耗，提高供电设备利用率，使用无功功率补偿装置，可以取得很好的效果。合理的选择补偿装置，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。通常无功功率补偿装置会选择装在低压侧或是高压侧，这里仅对低压无功补偿的选择进行探讨。

1、低压无功补偿的一般方式及原理

低压无功补偿一般可分为两种：静态补偿及动态补偿。

1.1 静态补偿

"静态"补偿是依靠接触器的动作来投切电容，使用的是具有抑制电容的涌流作用专门用于投切电容的接触器。"静态"补偿的目的在于防止接触器过于频繁的动作时造成电容器的损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡。当使用电动机、电焊机等负载电网的负荷呈感性时，电网的电流滞带后电压一个角度，当负荷呈容性时，电网的电流超前于电压的一个角度。功率因数超前或滞后就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。

以功率因数型为例。如要求0.95

1.2 动态补偿

"动态"补偿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，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30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。

动态补偿的线路方式

(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。从元件的选择上来说，根据补偿量选择1组电容器即可，不需要再分成多路。既然有这么多的优点，应该是非常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再加一些技术的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。

(2)采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关。作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很经济。其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才能达到最佳的补偿效果。

简单的说动态补偿，就是实时跟踪负荷的功率因数的变化，极快的跟踪补偿，反映速度在1/20个周波之内。现在的产品，理论上都不是动态补偿，而是快速补偿。动态补偿和快速补偿，必须采用晶闸管等大功率电子器件，不能采用接触器和复合开关等。

2 低压无功补偿的选择

2.1控制器的选择

在低压无功补偿柜的制造中控制器的选择很重要。无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也很多，其性能及内在质量差异很大，在选用时需认真对待。在选用时需要注意的是国内生产的控制器其名称均为"XXX无功功率补偿控制器"，名称里出现的"无功功率"的含义并不是这台控制器的采样物理量。采样物理量取决于产品的型号，而不是产品的名称。我们现在一般选用无功功率和功率因数复合控制的自动补偿控制器。这种控制器操作简单可自动也可手动。还可调节投切滞后时间。反应较快对于静态和动态无功补偿都可以使用。

2.2电容器的选择

电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。将它连接到需要无功的补偿装置或设备上，变压器和输出线的负荷降低，从而输出有功能力增加。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的最简便、最经济的方法。以前，低压侧的无功补偿，采用油浸纸介电容器。这种电容器体积大、损耗高、成本高，而且爆炸、鼓肚、漏油现象严重，已远远不能适应电网发展的要求。近些年来自愈式低压并联电力电容器已取代油浸纸介电容器。自愈式低压并联电力电容器是以电工级的聚丙烯膜为介质，单面蒸镀一层金属膜为极板，采用无感卷绕法形成元件，在其两端面喷涂金属，将极板引出作为电极。元件是电容器的主体，也是其关键。根据容量的要求，将一定数量的元件用导线组合起来，经过绝缘处理，加装防爆装置后，置于一个壳体中，再经过一定的工艺加工就成为单台的电容器。电容器应当有放电器件，当电容器从电源脱开后，它能在规定的时间内把电容器上剩余电压降低到零，以保证维护人员的人身安全和防止重复投切时电压叠加造成电容器过电压。自愈式低压并联电力电容器尽管有自愈功能，比较安全可靠，但仍存在自愈失败的情况，造成元件绝缘水平降低，甚至短接，产生鼓肚、爆裂等个别情况。为解决这一现象，不同厂家采用了不同的防爆措施。如压差防爆装置，安全膜，温度电流型保险等。电容器的阻抗是和频率成反比。随着频率的增高，损耗也增大。对于电路中的谐波和涌流要采取措施加以限制。电容器总是要产生热量的，要特别注意通风冷却。

2.3低压无功补偿方式的选择

选择使用静态补偿还是动态补偿主要还是看负载使用的状况，工作场所，性价比几个方面。从经济方面考虑，在负载条件比较好的场所一般选用静态补偿，其制作费用比较低，损坏时更换的元器件比较容易采购。动态补偿相对于静态补偿其制作费用昂贵，维护成本相对较高适用于用电波动大，谐波大的场合。

近年来还出现了一种集成式的智能无功补偿装置即智能电容器。智能电容器是集成现代测控、电力电子、网络通讯、自动化控制、电力电容器等先进技术为一体的智能无功补偿装置。智能无功补偿电容器改变了传统无功补偿装置落后的控制技术和落后的机械式接触器或机电一体化开关作为投切电容器的投切技术，改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式，从而使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，价格更廉，节约成本更多，使用更加灵活，维护更加方便，使用寿命更长，可靠性更高的特点，适应了现代电网对无功补偿的更高要求。使用智能电容器的低压补偿柜制作成本介于传统的静态补偿柜与动态补偿柜之间，其补偿效果比一般的静态补偿要好很多且保护功能多，维护更换很便捷在小区民用电中得到了广泛应用。

3总结

综上所述，在低压无功补偿柜中，动补适用于用电波动大，谐波大的场合，但是补偿设备的造价高昂。由于工作中没有接触器投切的声音，故早些时候，机械部的专家把它叫静止补偿。静态补偿，是传统的接触器控制补偿电容的方式，其反映速度极慢，少的十几秒，多的几十分钟才能反映，只适用于用电相对较稳定的场合。动态补与静补，关键看反映速度。 在实际生产时根据现场环境及要求，采用静补的地方还是比较多的，但近些年来工业上动态补偿的使用越来越多。在无功功率补偿的应用方面，选择那一种补偿方式，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。

参考文献

[1]诸俊伟.电力系统分析[M].北京：水利电力出版社，1995.

[2]余建明.供电技术[M].北京：机械工业出版社，1998.

[3]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

作者简介：周洁（1979-），女，工程师，主要从事电控配电成套设计制作。