一種低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償方式的實現(xiàn)

孫 睿

（國網(wǎng)盤錦供電公司，遼寧 盤錦 124000）

現(xiàn)在，隨著超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)中無功功率的消耗日益增大。另外，隨著居民生活水平的提高和大量電子消費(fèi)品的使用，尤其是電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，造成電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。因此，當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的一個重要趨勢就是提高電網(wǎng)功率因素，降低線損，實現(xiàn)節(jié)能。目前，借助計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無功補(bǔ)償技術(shù)和手段得到很大改進(jìn)，進(jìn)入了一個新階段。

1 無功補(bǔ)償?shù)呐渲迷瓌t及補(bǔ)償策略

1.1 配置原則

目前，各級電網(wǎng)和電氣設(shè)備都要消耗一定的無功功率，尤其以配電網(wǎng)比例最高。因此，要保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行和用電單位的可靠用電，就要減少線路中存在的大量無功功率，使用戶的無功負(fù)荷和電網(wǎng)無功損失就地供應(yīng)。為最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高設(shè)備效率，配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償應(yīng)按照就地平衡的原則進(jìn)行。

同時，還需遵循以下原則：局部平衡與總體平衡相結(jié)合；用戶單位補(bǔ)償與電力單位補(bǔ)償相結(jié)合；分散補(bǔ)償為主，分散與集中補(bǔ)償相結(jié)合；以降損為主，調(diào)壓與降損相結(jié)合。

1.2 補(bǔ)償策略

本文討論的低壓電網(wǎng)負(fù)荷無功補(bǔ)償，針對10kV及0.4kV 線路。因為這一范圍的線路是資源側(cè)和需求側(cè)的交匯點，長期被電力單位所忽視，電能質(zhì)量問題比較突出。這一范圍的無功補(bǔ)償策略是確定補(bǔ)償?shù)攸c和補(bǔ)償容量。

對于負(fù)荷無功補(bǔ)償，補(bǔ)償策略所追求的目標(biāo)函數(shù)是以下幾種：功率因數(shù)達(dá)到設(shè)定值；線路電能損耗最少；凈節(jié)約現(xiàn)值最大。

2 傳統(tǒng)補(bǔ)償柜元器件的優(yōu)缺點

目前。變化越來越快的無功負(fù)荷幅度及頻率要求補(bǔ)償具有足夠的響應(yīng)速度，避免因滯后造成補(bǔ)償不足或過剩。并聯(lián)電容器是110kV 及以下的配電網(wǎng)中主要的無功補(bǔ)償設(shè)備，而電容投切元件的性能狀況在很大程度上決定了并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的響應(yīng)速度和可靠性。

目前，斷路器、交流接觸器、大功率晶閘管、復(fù)合開關(guān)、低涌流真空開關(guān)等設(shè)備，是在配電網(wǎng)中運(yùn)行的主要并聯(lián)電容器投切元件。下面就這些主要的投切元件優(yōu)缺點加以說明。

2.1 斷路器

以真空斷路器作為投切元件，其優(yōu)點是無漏電流，缺點是造價昂貴和不易檢修。

2.2 交流接觸器

以交流接觸器作為投切元件，沒有解決沖擊電流和諧波的問題。其優(yōu)點是價格低，初期投入成本少，無漏電流。缺點是涌流大，壽命短，故障多，維修費(fèi)用高。

2.3 大功率晶閘管

以晶閘管為投切元件是一種較為理想的選擇，它從原理上解決了合閘涌流及諧波問題。其優(yōu)點是無涌流，無觸點，使用壽命長，維修少，投切速度快（5ms 之內(nèi)）。但在實際應(yīng)用中，晶閘管投切元件的缺點是價格高（首期投入為接觸器的6 倍左右），發(fā)熱嚴(yán)重，耗能，有漏電流。

2.4 復(fù)合開關(guān)

近年來復(fù)合開關(guān)的應(yīng)用有了很大的發(fā)展，在很多領(lǐng)域代替了接觸器和晶閘管。優(yōu)點是無涌流，不發(fā)熱，節(jié)能；缺點是價格為接觸器的5 倍，壽命短，故障較多，有漏電流，投切速度0.5s 左右。

3 智能電力電容器在無功補(bǔ)償中的運(yùn)用

北京合縱科技股份有限公司利用TDS 系列智能式低壓電力電容器設(shè)計一系列的補(bǔ)償柜，TDS 系列智能式低壓電力電容器是0.4kV 低壓電網(wǎng)高效節(jié)能﹑降低線損﹑提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。

它由智能測控單元、晶閘管復(fù)合開關(guān)電路、線路保護(hù)單元、兩臺（△型）或一臺（Y 型）低壓電力電容器構(gòu)成。替代常規(guī)由智能控制器﹑熔絲﹑復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器﹑熱繼電器﹑低壓電力電容器﹑指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。

該裝置改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，從而使新一代低壓無功補(bǔ)償設(shè)備適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

該裝置分別在溫度問題、如何處理投切涌流、怎樣解決常規(guī)功率因數(shù)控制器易損壞問題、如何調(diào)節(jié)補(bǔ)償精度、如何解決三相不平衡狀態(tài)等方面都給出了較為完善的解決方案。

比如在如何調(diào)節(jié)補(bǔ)償精度方面：常規(guī)的無功補(bǔ)償系統(tǒng)普遍采用一種規(guī)格等容量的電容器，單只電容器容量可能過大，補(bǔ)償精度欠佳。而該裝置利用微電子智能網(wǎng)路技術(shù)，可以搭配多種不同容量的電容器，CPU 記錄每只電容器的網(wǎng)絡(luò)地址、容量大小，容量相同的電容器按循環(huán)投切原則，容量不同的電容器按適補(bǔ)原則投切，補(bǔ)償效果好。

在解決三相不平衡狀態(tài)的方面：民用生活、機(jī)關(guān)單位辦公用電往往三相不平衡，中性線上電流偏大，三相功率因數(shù)不等，無法正確補(bǔ)償。如果按照某一相功率因數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行三相補(bǔ)償，其他兩相很有可能出現(xiàn)過補(bǔ)/欠補(bǔ)現(xiàn)象。該裝置采用混合補(bǔ)償方案，三相補(bǔ)償＋單相補(bǔ)償結(jié)合，就能較好地解決問題。

該裝置具有以下優(yōu)點：

1）積木結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，取代了常規(guī)的功率因數(shù)控制器、熔斷器、交流接觸器、可控硅、熱繼電器、電容器，采用專利技術(shù)，將其合為一個整體，組屏安裝的時候采用積木堆積方式。

2）接線簡單

常規(guī)模式，從控制器、熔斷器、接觸器、可控硅、熱繼電器、電容器，每路電容器需要約30 根線。一個柜內(nèi)10 路電容器，需要約300 根線。如果采用TDS 系列智能電容器，每兩路電容器只需要3 根線，10 路電容器只需要15 根線。生產(chǎn)工時比常規(guī)模式減少80%以上，減少80%的節(jié)點，減少90%連接線，降低器件能耗、導(dǎo)線能耗、接點能耗，柜內(nèi)溫升小。柜內(nèi)簡潔，可以分體運(yùn)輸，在使用現(xiàn)場快速組裝。

3）擴(kuò)容方便

產(chǎn)品體積小、接線簡單，隨著用戶電力負(fù)荷的增加，可以隨時增加電容器的數(shù)量，改變了常規(guī)模式因接線復(fù)雜、一成不變的局限性，適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要，可以分期投資。還可以方便地進(jìn)行容量配置調(diào)整，實現(xiàn)無功補(bǔ)償優(yōu)化：容量富余，拆卸幾組；容量不足，隨時補(bǔ)充幾組。

4）維護(hù)方便

智能式電容器CPU 具備自診斷功能，實時監(jiān)測每一個元器件是否處于安全運(yùn)行狀態(tài)，如果異常，指示燈亮，并且在數(shù)碼顯示屏上報故障類型，有利于現(xiàn)場故障查找。

4 結(jié)論

本文就幾種傳統(tǒng)補(bǔ)償控制元器件，結(jié)合各自的功能給出優(yōu)點和缺點，結(jié)合目前低壓無功補(bǔ)償方式推出利用TDS 系列智能式低壓電力電容器設(shè)計的補(bǔ)償柜，并闡述了該補(bǔ)償柜解決的了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償柜的缺點問題。該柜以無功功率作為控制目標(biāo)，以電壓作為約束條件。綜合考慮各個方面的因數(shù)，無過補(bǔ)償現(xiàn)象，是較為理想的低壓負(fù)荷補(bǔ)償柜。