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(qū)服務(wù)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(wǎng)電壓的穩(wěn)定、功率因數(shù)的提高、電力網(wǎng)絡(luò)損耗的減小、供電環(huán)境的改善至關(guān)重要。傳統(tǒng)的低壓電網(wǎng)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(shù)、電能質(zhì)量的降低［1］。合理的無功功率補償?shù)膶崿F(xiàn)，從整體角度看，提高了電網(wǎng)的輸電能力，節(jié)省了電網(wǎng)建設(shè)的費用；從企業(yè)的角度看，功率因數(shù)的提高、電壓的穩(wěn)定，節(jié)約了用電費用，減少了用電成本，保障了生產(chǎn)穩(wěn)定，增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 低壓無功補償裝置概況

1.1 低壓無功補償技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著電力電子技術(shù)和器件制造工藝的發(fā)展，無功補償裝置從傳統(tǒng)的機械開關(guān)投切電容方式逐步發(fā)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(tài)響應(yīng)速度、補償效果不斷增強。補償裝置先后出現(xiàn)了 MSC、同步調(diào)相機、SVC、SVG等。在我國，鑒于技術(shù)和成本等因素的限制，傳統(tǒng)的電容投切補償方式依然應(yīng)用廣泛，隨著SVC技術(shù)的不斷進步，靜態(tài)無功補償裝置逐步興起，而SVG廣泛應(yīng)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(tài)補償、動態(tài)補償和混合補償3類。其中靜態(tài)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(tài)補償裝置采用晶閘管完成，調(diào)節(jié)快速，現(xiàn)代采用晶閘管控技術(shù)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(chǎn)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(tài)補償裝置：分級補償，無功補償?shù)男Ч荒苓_到最優(yōu)；受電容、接觸器限制，調(diào)節(jié)速度慢；投切過程易產(chǎn)生諧振；不能用于諧波嚴重的場合。（2）動態(tài)補償裝置：投切過程平穩(wěn)可靠，可以頻繁動作，調(diào)節(jié)迅速，造價高，本身產(chǎn)生諧波。

有源補償裝置的特點：能夠?qū)崿F(xiàn)感性、容性無功功率的雙向調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)迅速，省去了大體積的電容器、電抗器等無源器件，節(jié)省空間；對系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感；維護復(fù)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(guān)器件。負責投切電容器的主開關(guān)器件質(zhì)量的好壞對無功補償裝置的性能至關(guān)重要，包括專用接觸器、可控硅、復(fù)合開關(guān)。接觸器缺點是在投入電容時產(chǎn)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(guān)器件具有過零觸發(fā)、動作迅速、合閘涌流小等優(yōu)點，但可控硅成本高，且其負載能力受溫度影響大。復(fù)合開關(guān)兼具兩者特性，具有諧波小、功耗小、抗干擾能力強等優(yōu)勢。應(yīng)依據(jù)開關(guān)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(shù)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(yīng)充分考慮系統(tǒng)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(shù)也應(yīng)當結(jié)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(tǒng)的電能質(zhì)量，合理地選擇補償方式。（2）準確計算無功補償?shù)娜萘俊＃?）合理選擇低壓配電系統(tǒng)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(tài)補償能有效地防止無功倒送。（5）諧波問題。現(xiàn)代電力電子器件的使用帶來的諧波問題，使得電網(wǎng)畸變率、諧波電壓升高。此外，在諧波的作用下，可能使系統(tǒng)中的無源器件產(chǎn)生諧振，造成設(shè)備的損壞，產(chǎn)生電網(wǎng)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(yīng)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(yīng)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(jié)能為目的時，補償系統(tǒng)應(yīng)針對無功功率的參數(shù)進行調(diào)節(jié)。（2）以改善電壓為目的時，應(yīng)針對系統(tǒng)的電壓參數(shù)進行調(diào)節(jié)。（3）以提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性為目的，例如，為提高電網(wǎng)對用電負荷及故障造成的潛在不穩(wěn)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(wǎng)的阻抗特性，能夠顯著提高運行的穩(wěn)定性。

2.3.2 具體負荷、工況

低壓無功補償裝置的選擇應(yīng)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(tài)補償。例如，對于無功功率容量穩(wěn)定且無需頻繁調(diào)節(jié)的場合，宜采用機械開關(guān)投切電容器的補償方法，簡單、經(jīng)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(tài)補償、有源補償?shù)姆椒ā＃?）對于諧波含量大的情況，應(yīng)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(tǒng)，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(yīng)采用分相補償或混合補償。（5）其他負荷，如空調(diào)、電梯等運行受季節(jié)影響，啟動頻繁，運行時間短的情況，應(yīng)使用靜態(tài)和動態(tài)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(tài)補償。

表2 各種無功補償裝置的特性介紹

3 結(jié)語

隨著我國工業(yè)、社會的不斷發(fā)展，低壓電網(wǎng)負荷的不對稱性、非線性、沖擊性日益嚴重，導(dǎo)致電網(wǎng)諧波、損耗的增加。原因主要表現(xiàn)在企業(yè)中大容量異步電機、變壓器、可控硅等現(xiàn)代電力電子裝置以及大容量沖擊性負荷不斷增加。在應(yīng)用中，應(yīng)當對實際的運行工況進行詳細分析，依據(jù)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(tǒng)中無功補償裝置分類及選擇［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2013（1）