論低壓無功功率補償裝置的選擇

王 亮

（開灤（集團）有限責任公司范呂社區服務中心，河北 唐山063000）

0 引言

無功功率補償裝置的合理配置對于電網電壓的穩定、功率因數的提高、電力網絡損耗的減小、供電環境的改善至關重要。傳統的低壓電網中感性負荷比例較大，運行時需要補充大量的無功功率，否則會造成功率因數、電能質量的降低［1］。合理的無功功率補償的實現，從整體角度看，提高了電網的輸電能力，節省了電網建設的費用；從企業的角度看，功率因數的提高、電壓的穩定，節約了用電費用，減少了用電成本，保障了生產穩定，增加了企業的經濟效益。

1 低壓無功補償裝置概況

1.1 低壓無功補償技術發展現狀

隨著電力電子技術和器件制造工藝的發展，無功補償裝置從傳統的機械開關投切電容方式逐步發展到完全的電力電子補償方式。補償裝置的靈活性、可靠性、動態響應速度、補償效果不斷增強。補償裝置先后出現了 MSC、同步調相機、SVC、SVG等。在我國，鑒于技術和成本等因素的限制，傳統的電容投切補償方式依然應用廣泛，隨著SVC技術的不斷進步，靜態無功補償裝置逐步興起，而SVG廣泛應用的條件尚不成熟。

1.2 低壓無功補償裝置的分類

無功功率補償裝置可以分為無源補償和有源補償2類。無源無功補償包括靜態補償、動態補償和混合補償3類。其中靜態補償屬于早期無源補償，一般采用專用的接觸器完成電容器的投切操作，動作較慢；而動態補償裝置采用晶閘管完成，調節快速，現代采用晶閘管控技術的靜止無功補償器SVC分為自飽和電抗器型、晶閘管投切電容器型、晶閘管相控電抗器型等。有源補償裝置具有吸收、產生無功的功能，如SVG。

1.3 低壓無功補償裝置的特點

無源補償裝置的特點：（1）靜態補償裝置：分級補償，無功補償的效果不能達到最優；受電容、接觸器限制，調節速度慢；投切過程易產生諧振；不能用于諧波嚴重的場合。（2）動態補償裝置：投切過程平穩可靠，可以頻繁動作，調節迅速，造價高，本身產生諧波。

有源補償裝置的特點：能夠實現感性、容性無功功率的雙向調節，調節迅速，省去了大體積的電容器、電抗器等無源器件，節省空間；對系統參數變化不敏感；維護復雜。

2 低壓無功功率補償裝置的選擇要點分析

2.1 選擇的原則

下面從無功功率補償裝置使用的主要部件對選擇的原則進行分析：（1）主開關器件。負責投切電容器的主開關器件質量的好壞對無功補償裝置的性能至關重要，包括專用接觸器、可控硅、復合開關。接觸器缺點是在投入電容時產生的涌流容易對觸點、電容器造成損害；可控硅式無觸點開關器件具有過零觸發、動作迅速、合閘涌流小等優點，但可控硅成本高，且其負載能力受溫度影響大。復合開關兼具兩者特性，具有諧波小、功耗小、抗干擾能力強等優勢。應依據開關器件自身的電氣性能進行選擇，且額定電流、通流能力等參數必須符合要求。（2）補償電容。電容對諧波很敏感，故在選擇電容時，應充分考慮系統諧波的含量。此外，從延長電容器工作壽命的角度來看，電容的溫度、電壓等參數也應當結合實際運行工況進行選取。

2.2 選擇時需要注意的問題

（1）分析待補償系統的電能質量，合理地選擇補償方式。（2）準確計算無功補償的容量。（3）合理選擇低壓配電系統無功補償裝置的安裝方式，如表1所示。（4）無功倒送問題。無功倒送會增大變壓器、電力線路的損耗，動態補償能有效地防止無功倒送。（5）諧波問題。現代電力電子器件的使用帶來的諧波問題，使得電網畸變率、諧波電壓升高。此外，在諧波的作用下，可能使系統中的無源器件產生諧振，造成設備的損壞，產生電網的二次污染；同時，諧波會降低電容器的使用壽命，易造成電容器的損壞。因此，實際應用中，不僅要對電容器的容量進行可靠計算，必要時還要配置相應的濾波裝置。

表1 無功補償裝置的安裝方式

2.3 選擇的方法

在選擇低壓無功功率補償裝置時，需要重點從以下幾個方面進行考慮：

2.3.1 補償目的

（1）以節能為目的時，補償系統應針對無功功率的參數進行調節。（2）以改善電壓為目的時，應針對系統的電壓參數進行調節。（3）以提高電網運行穩定性為目的，例如，為提高電網對用電負荷及故障造成的潛在不穩定因素的抵抗能力，通過合理地安裝SVC，及時、靈活地改變電網的阻抗特性，能夠顯著提高運行的穩定性。

2.3.2 具體負荷、工況

低壓無功補償裝置的選擇應充分考慮實際的運行工況及負荷的變化情況，各種無功補償裝置的特性如表2［2］所示。（1）對于負荷波動不大，三相平衡，或沖擊負荷少的情況，宜采用靜態補償。例如，對于無功功率容量穩定且無需頻繁調節的場合，宜采用機械開關投切電容器的補償方法，簡單、經濟性好、運行可靠。（2）對于存在大功率沖擊負荷、負荷波動大、非線性嚴重的情況，宜采用動態補償、有源補償的方法。（3）對于諧波含量大的情況，應選用帶有濾波功能的無功補償裝置。（4）對于三相不平衡系統，如民用建筑中大量使用單相負荷，容易造成三相負荷失衡，應采用分相補償或混合補償。（5）其他負荷，如空調、電梯等運行受季節影響，啟動頻繁，運行時間短的情況，應使用靜態和動態共同補償。（6）特殊工況，如存在瞬變高電壓、大電流沖擊負荷的工況，不宜采用動態補償。

表2 各種無功補償裝置的特性介紹

3 結語

隨著我國工業、社會的不斷發展，低壓電網負荷的不對稱性、非線性、沖擊性日益嚴重，導致電網諧波、損耗的增加。原因主要表現在企業中大容量異步電機、變壓器、可控硅等現代電力電子裝置以及大容量沖擊性負荷不斷增加。在應用中，應當對實際的運行工況進行詳細分析，依據不同的情況選擇合適的補償裝置。

［1］劉江彩，盧翠艷，裴祥友.低壓無功功率補償裝置的合理選擇［J］.山西建筑，2005（6）

［2］惠立新，崔紹偉.電力系統中無功補償裝置分類及選擇［J］.水科學與工程技術，2013（1）