探讨低负荷状态下无功补偿的方法

摘 要：在低负荷情况下，介绍一种新的无功补偿电容器的选择方式，通过合理的运算来进行电容器的投切，避免因功率因数不达标而受到处罚。

关键词：功率因数；无功补偿；电容器；智能控制器

我们单位施工用电时，在配电变压器380V侧安装无功补偿装置，使配电变压器所带的无功负荷达到就地平衡，可以有效降低线路损耗，改善使用端的电压质量，增加配电电压器的带负荷能力。使用的无功补偿装置在生产厂家设计时，考虑多是用电设备的无功补偿装置大多是在正常施工情况下使用，使得功率因数达到0.9及以上的标准时完全没有问题的。但是当施工开工不足或施工间隙负荷很低的时候，功率因数通常很低，单位为此通常要被处罚不少因功率因数不达标造成的力调电费。本文分析产生这种情况的原因，并介绍一种新的无功补偿电容器的选择方式，通过合理的运算来进行电容器的投切，避免在低负荷情况下受到的功率因数处罚。

一 电容器的重新设计

一般情况下，生产厂家均选择在低压配电室进行集中无功补偿，补偿容量选择在变压器容量S的30%-40%。一般采用补偿柜，并在补偿柜里加装数量不等的电容器，即每个电容器为变压器容量的3%-4%，每个电容器的容量一致，采用循环投切的方式进行无功补偿。

在低负荷的情况下，电容器不能正常投入的原因是因为每步投切的容量过大。因此通过合理设计，解决每步投切量过大的问题，是解决问题的根本。在设计电容器时，可将每个电容器设计成容量不一致，即将电容器设计成线性容量增长的情况。比如10个补偿电容器为一组，原先通常按每个0.04S，总计补偿0.4S。重新设计为以0.005S为起点，下一个设计为0.01S，并以此为步长，直到0.08S，其中0.04S为两个，总计10个电容器，合计总补偿仍为0.4S。

通过此方案设计的补偿装置并按照上述实例，在有功功率为20KW，负荷功率因数为0.8的情况下，负荷无功功率为15Kvar，电容器补偿装置通过合理运算，可将容量为15 Kvar，的电容器投入或将5Kvar 和10 Kvar，的电容器同时投入，达到补偿的目的。即在任何情况下，该装置最小可投入0.005S的电容器进行补偿，确保低压侧功率因数大于0.9.

二 电容器投切装置的选择

目前，我国投入使用的低压无功补偿电容器投切装置主要有三种：接触器投切电容器装置、晶闸管投切电容器装置和复合开关投切电容器装置。以上三种各有优劣，它们的特点分别是：1）交流接触器型。专门用于投切电容器的接触器有CT19、CT16等型号。在主触点回路中，并入一个限流电阻，如下图所示。

在投切时副触点3合后再合主触点1和2，可抑制涌流；切除时，先断主触点1和2，再断副触点3，可限制过电压。存在的问题是当电阻R被烧坏后，易造成主触点1和2烧坏。若按接触器的规格与电容器容量选择适当，一般不容易损坏。2）、晶闸管型。用晶闸管作开关，它的优点及缺点都很明显：优点是动作快、过零投切，可有效地限制涌流和过电压，但缺点是设备自身耗电量大，发热严重，有时必须附加通风设备或散热器，价格贵。适用于带有突变负荷的场合，比如轧钢厂等。3）、复合型。将接触器、晶闸管按照一定的动作顺序结合起来，投切靠晶闸管，正常运行靠接触器导通（晶闸管退出）。该装置主要特点：（1）、投切电容器时，不仅无涌流，无操作过电压，而且功耗小、谐波小，使用时间长；（2）、响应速度快，适用于无功变化较快的场合；（3）、价格适中。（4）、可方便的实现三相共补或三相分补；（5）、可以具有过电压、欠电压、电源缺相、负载缺相等保护功能。

三 智能投切控制器的重新设计

由于在绝大部分的设计中，低压自动无功补偿装置的取样点在低压主母线上，补偿点也在低压主母线上，因此，补偿未涉及到变压器的损耗。另一方面，变压器的损耗并非在任何情况下都需要进行补偿。在负荷超过一定值后，负荷消耗的有功和无功大大超过变压器的损耗，此时变压器的损耗占整个功率比例比较小，则变压器的损耗几乎不影响功率因数的大小，这也是正常使用的情况。但在低负荷情况下，就需要对变压器损耗的无功进行补偿。通过对自动补偿装置补偿的控制程序进行优化设计，可以达到补偿变压器损耗的目的。

由于电容器的设计为阶梯式，每个电容器的大小是不一样的，因此，普通的自动控制器是不能对这样的电容器进行控制的。此时，自动控制器具有寻址功能，即自动控制器需要通过采样数据计算目前所需无功量的大小，再经过逻辑判断最合理的电容器组合投切方式，然后控制相应的电容器投入。在电容器投入后，继续采样判断，如果目前功率因数达不到要求，则继续进行计算，并控制相应的电容器投切，确保功率因数大于设定的阙值并小于等于1；如果目前功率因数达到要求，则不再动作。

在自动控制器的程序设计中，还需要对电流的大小进行判断，即考虑负荷的大小。当负荷大于某个值时，正常进行功率因数计算并投切电容器；当电流小于某值时，在正常进行电容器投切计算中，需要多投入一个合适的电容器对变压器无功损耗进行补偿，此时在低压侧的功率因数可允许适当大于1。实际设计中，可将电流值进行分段设计并采用不同的逻辑控制，以确保在低负荷情况下，依然能通过低压侧的计算来补偿变压器的无功损耗。

四 结束语

随着国民经济的迅速发展，电力供需矛盾日益突出。降低线损、节约电能迫在眉睫。所以有下建议：（1）、对于功率因数低、电压低或负荷大、线路长的用户，安装补偿装置就地平衡无功；（2）、对于季节性或施工某段过负荷的变压器，安装补偿装置是解决问题的最佳方法，投资少、见效快、又能降低电能损耗；（3）、对于使用条件不同的用户，可选择不同种类的补偿装置，既能解决问题，又能节省投资，一举两得。

参考文献

[1]李明图 .低压无功补偿箱的合理应用.农村电工，2012.11-44