低壓無功補償裝置中各電容投切開關性能研究

王輝

摘 要：受到國民經濟快速增長的影響，我國的供電網絡也不斷的改造，現有的供電設備雖然經過了革新，但是仍舊無法滿足日益增加的電力需求量，全國各地已經多次出現拉閘限電以及缺電的現象。為了滿足當前社會對于電力的需要，合理解決電力供需矛盾，緩解用電緊張，除了加速電廠的建設發展之外，無功補償在電網的應用中也是一種極好的方式。無功補償既能夠擴大輸變電設備的供電能力，同時還能夠提高電能的質量，保護線路，降低損耗，以此緩解電力的工序矛盾，并且還能夠提升電力部門的經濟效益，例如通過延長電力設備的使用壽命降低電網建設成本。另外，還能夠減少用戶電費支出。

關鍵詞：無功補償；電容投切開關；電力

在當前的電力行業中，通過無功補償的方式能夠有效解決很多實際問題，具有較高的應用價值，因而在業內的認可度較高，受到了廣泛的應用，很多地方都安裝了相關裝置，但是由于形式不同因而得到的效果也不同。文章主要針對無功補償設備中電容器的投切件的選型進行了探討，并結合實際工作經驗提出了一些合理的建議和意見，希望能夠提高低壓無功補償的工作效率。

在低壓無功補償需要的設備中電容器需要很多投切件，而投切件進行投切時是否平穩，其使用壽命的長短都因投切件的差異而不同，文章便針對這一問題進行了論述。

1 帶預投電阻的接觸器補償裝置

電容器會在接觸器投入時保持零電壓狀態，這種初始狀態在觸電閉合時被打破，這一狀態下電網電壓不會為零，而回產生強大的電流，這種電流一般被稱作合閘涌流。通過試驗，合閘涌流可以超出電容器的額定電流，嚴重時是額定電流的五十倍之多。這對電容器以及接觸器都會造成影響，并且也會沖擊電網，影響電網中設別的運行狀態。而針對這一問題可以通過限流電阻的設置以及串接電抗器的使用對涌流進行限制，雖然控制效果僅能夠令涌流不超過額定電流的20倍，但是這種方式下會出現諸多故障，設備的維修費用支出較高。

1.1 優點

采用該種方式設備不會產生較大的功耗，且在使用過程中溫升較小，這是由于觸頭面積較小不會產生很大的接觸電阻，因而不會產生很大的熱量。另外設備的初期投入較小，設備的短路能力較強。

1.2 缺點

該方式的觸頭容易發生粘結或者燒毀問題，從而影響補償裝置壽命，后期的維護支出較大，會直接沖擊電網。此外，該種方式的投切速度也相對較慢。為了解決涌流問題，很多企業會在交流接觸器上通過限流阻抗的安裝對涌流予以限制，但是效果相對較差，一旦電流過大，那么就會將限流阻抗以及主觸點燒毀。尤其是當無功負荷相對較大，電容器需要進行頻繁的投切，這種狀態下其使用壽命實際只有1年，檢修以及更換頻率較高。產品標準按照JB7113-93進行操作。需要保證裝置投入運行后的瞬間涌流應當被限定在20倍以下，最后電容器運行時，其涌流通常為10倍左右的額定電流。

1.3 適用范圍

該種方式使用平穩的負荷狀態下，三相電壓較為平衡，并且無功變化速度較慢的環境。

2 用晶閘管作電容投切開關的裝置（TSC）

利用晶匣管作為投切開關的電容器，主要利用了電子開關進行投切，反應速度相對較快，其電路為過零觸發的方式，若檢測過程中晶匣管上施加電壓為零，那么就會引發其發出觸發信號，從而導通晶匣管。這種狀態下電容器同電網的電壓相等，不會出現合閘涌流現象，有效的解決了此類問題。

2.1 優點

該種設備的優勢較為明顯，具有過零觸發的優點，并且能夠過零檢測，不會產生合閘涌流，即電網不會受到沖擊。另外不會產生操作過電壓，也不會產生電弧重燃的現象，這從根本上解決了投切過程中交流接觸點出現燒結的現象。此外晶匣管作為投切開關的設備的投切速度較快，最快的相應時間可以達到5m/s。

2.2 缺點

此類設備具有較大的功耗，且需要復雜的散熱系統作為支撐，可靠性也相對較低。

晶閘管元件在導通狀態下有較大的管壓降，大電流通過時，產生很高的溫升，需要用溫控開關控制軸流風扇或水冷設備散熱。散熱器件中的機械旋轉運動易損器件，存在著一定的不可靠性，散熱系統一旦停運，就會影響裝置的正常運行，因此降低了TSC無功補償裝置的可靠性初期造價高。瞬時過載力差。

2.3 應用

電氣鐵道、電焊機、壓塑機、冶煉廠等要求快速跟蹤場合。

3 用復合開關做電容投切開關的裝置（TSC+MSC）

復合開關投切裝置工作原理是先由晶閘管在電壓過零時投入電容器，然后再由磁保持繼電器觸點并聯閉合，晶閘管旁路，電容器在繼電器觸點閉合下運行。因而實現了投入無涌流運行不發熱的目的，但為了提高裝置的性價比，利用晶閘管在短時間內電流可承受過載多倍額定電流的特性，通常可選用小功率、低耐壓晶閘管，過零投入，再用繼電器閉合運行。通斷瞬間由晶閘管完成，運行通流由磁保持繼電器經脈沖電壓觸發使觸點吸合而完成，低功耗、不發熱、無諧波、安全可靠；投切速度介于接觸器和晶閘管無觸點開關之間，適用范圍大。

3.1 優點

故障率低，壽命長。在過零點合閘分閘（需特別指出的是，復合開關的過零投切指的是晶閘管兩端的壓降電壓為零），不產生電弧，無合閘浪涌電流沖擊，無接觸器觸點燒結損壞現象。

由于磁保持繼電器在工作時，線圈瞬間吸合恒磁保持，線性電子自動轉換，同極磁斥力釋放，不受電網電壓波動影響，不彈跳、不拉弧、不燒線圈、不燒觸點，無噪音，抗雷擊，無電磁污染等優點。由于磁保持繼電器結構不同于“電磁保持交流接觸器”，線圈毋須帶電保持磁性，這極大的的降低了設備本身的功耗，也使得在無事故狀態下，設備使用壽命也大大延長，可靠性極高，近乎于實現了器件的免維護、免更換。相比而言，傳統“電磁保持交流接觸器”雖然沿用了幾十年，但它是存在嚴重缺陷的不可靠產品。在工作時，線圈瞬間吸合電磁保持，線圈升溫快和觸點受電網電壓波動影響而不恒定，會產生彈跳、拉弧、燒壞主觸點及線圈，可靠性很差。

此外，該種設備具有較低的功耗，并且不會出現畸變波形。通過實驗可以表明，復合開關所產生的損耗功率相對較低，僅僅為DZ型空開的熱損量。一般情況下，運行一年后TSC開關同復合開關相比，高達復合開關的5倍左右。且在正常導通狀態下，繼電器觸電的導通電阻較小不會產生較大的熱損。初期投入費用不高，不需要額外的散熱系統安裝費用。另外設備具有較快的投切速度，由于設備中應用微處理器殘壓檢測，因而加速了投切速度。后期也無需較大的維護，因而費用相對較低。

3.2 缺點

設備抗短路能力不高。

3.3 適應范圍

在無功變化相對較快的環境下適用。

4 結束語

通過上述內容的分析可以看出，低壓無功補償正向著節能低耗以及長壽命的使用上發展，而要真正的實現這一目的，增加經濟效益，就必須對設備進行合理的選型，使得設備同實際的應用需要相適應。裝置的制造者以及使用者在利用設備的過程中不但要考慮設備的成本，還需要對設備投入后的性能進行綜合考慮，只有這樣才能夠令低壓無功補償發揮真正的作用。

參考文獻

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