無功補償在低壓電網中的應用與研究

萬波

摘要：近年來，隨著電網系統的完善，用電規模的進一步擴大，電力的供應緊張使人們想到了降損節能，使用了無功補償裝置。本文系統地介紹了低壓無功補償技術，并具體分析各個部件的選型和成套裝置的技術，并對目前無功補償的問題進行了一定的探討和研究，以期同行探討。

Abstract： In recent years， with the improvement of the power grid system， the scale of power consumption has been further expanded， and the tight supply of electricity has led people to think of reducing energy loss and saving energy， and using reactive power compensation devices. This paper systematically introduces the low-voltage reactive power compensation technology， and specifically analyzes the selection of various components and the technology of the complete set of equipment， and conducts some research on the current reactive power compensation problem， with a view to peer discussion.

關鍵詞：無功補償;低壓電網;應用與研究

Key words： reactive power compensation;low voltage power grid;application and research

中圖分類號：TM761+.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0233-02

1? 概述

無功功率并不是不做功，它實際上有很大的用處。它實際上是線圈電感性磁場貯能與電容器電容性電場貯能。在交流電系統中，無功功率就保持平衡。由于用戶大多是電動機，變壓器等電感生負荷，必須用容性功率來平衡它。所以，無功補償常用并聯電容器。據統計，在電網損耗中，10%的損耗為有功功率，而30%～50%的損耗為無功功率。

我礦的電動機消耗的電能占所用電量的70%，而由于設計和使用等方面的原因電動機的功率因數往往較低，一般約為cosφ=0.70。想要改變這種現狀，就需要把無功補償納入到電網規劃中，而采用采用無功補償節能技術，既可以深入挖掘電網潛力又可以提高電能質量。

2? 無功補償的原理

2.1 無功補償的原理

三相功率因數的計算公式為：

由式公式可知，功率因數cosφ與無功功率成反比。

2.2 無功補償的作用

2.2.1 提高變壓器的帶負荷能力

功率因數從cosφ1提高到cosφ2，變壓器帶負荷能力變為：

可以看出，補償后變壓器的帶負荷能力比補償前提高ΔS%，利用率更高，可以減少設備的投資。

2.2.2 無功補償的作用和原理

可由圖1 來解釋：

設電感性負荷需要從電源吸取的無功功率為Q，裝設無功補償裝置后，補償無功功率為QC，使電源輸出的無功功率減少為■，功率因數由cosφ提高到cosφ'，視在功率S減少到S'。

2.3 無功補償方式

低壓無功補償的目標是實現無功的就地平衡，通常采用地方式有三種：分散補償、集中補償、就地補償。

集中補償一般在主變、配電站，但其補償線路及變配電站的無功需求，還可以補充就地補償和分散補償不夠差的無功功率。分散補償一般配電室室進行，補償容量根據用電負荷情況大小而算出來的。就地補償是對大容量的個別負載進行的，在負載附近進行補償，可以最大的減少電力能源的損耗。這三種補償方式，以就地補償效果最好，缺點是其投入大，補償設備使用率不高，有浪費嫌疑。在一般情況下三種方式配合使用，可以將供配電系統的無功補償到合理的程度。

3? 補償容量的計算

當容性無功功率QC等于感性無功功率QL時，電網只傳輸有功功率P。在實際應用過程中，一般高壓用戶的功率因數應達到0.9以上，低壓用戶的功率因數應達到0.9-0.95。需要補償的電容器容量的計算公式如下：

QC=P*（tanφ1-tanφ2）

式中：

QC——電容器的安裝容量，kvar

P——系統的有功功率，kW

tanφ1——補償前功率因數角的正切值

tanφ2——補償后功率因數角的正切值

4? 低壓無功補償裝置的選擇應注意的問題

確定無功補償容量時，應注意以下兩點：在空載和輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的。功率因數不是越高越好，一般情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償。

4.1 低壓無功補償控制器

我礦無功補償控制器一般采用安科瑞ARC產品，功率因數自動補償控制器可以將其采樣到的電流、頻率、電壓、功率因數、有功功率、無功功率、諧波含量、溫度等信號通過RS485通訊接口傳送到其它外部設備。當功率因數達到指定值時，停止投切。在投切時，能自動進行不同的順序投切，有相應的間隔時間。一般有兩種模式，手動投切和自動投切。無功補償控制器作為無功補償的核心，具有很重要的地位。其還有拓展功能，例如：過電壓保護、溫度控制功能等，還可以通過開關量輸入接入PLC系統。

4.2 電容器

電容器應用時要求有保護裝置，如內熔絲，外熔斷器，繼電器等。對于有涌流的場合，選0.1%～1%的電抗器。對于有諧波的場合，如有5次及以上的諧波，取4.5%～6%的電抗器;當有3%及以上的諧波時，要用12%電抗器。電抗器的額定電流不應小于所加連接的電容器組的額定電流，其允許的過電流值不應小于電容器組的最大過電流值。電容器就滿足在45℃環境溫度下長期運行。溫度高，將導致電容器在高溫下發熱，從而膨脹、漏液。電容器一般在1.1UN條件下能長期運行。但如超過1.15UN，運行時間不超過30分鐘。如在電壓不穩定的場合，就選取電壓等級高的，如原先選用0.4kV的可改選為0.45kV的。這樣可以延長電容器的壽命。電容器一般要求有內裝的放電電阻。 這樣可以不受安裝地點的限制而能可靠迅速地放電。電容器在實際投切時，一般采用分級分組投切。補償級數越高，補償的精度越高，但隨著補償級數的增加，裝置的成本會大幅度提高，而且裝置外箱也會變大。

4.3 投切開關的選型

電容器在投入系統的時候，會有一個無窮大的電流在極短的時間內，流入電容器中并將電容器的電壓充電到與供電電壓相等。這個把電容器投入時伴隨的這個大電流我們通常把它叫做“涌流”，這個涌流不僅會對系統會造成不良的影響，還會對電容器造成不利影響。因此，我們希望限制這個涌流，其中的辦法就是對電容器投切的開關進行專門的設計。

低壓無功補償裝置中有一個關鍵的元器件特別容易出現損壞故障，這就是投切開關，這個元器件目前有三種產品，分別是電容器投切專用接觸器、晶閘管和復合開關。其中，接觸器長期運行不發熱，但其存在頻繁投切容易燒壞觸頭和投切產生涌流的缺點;晶閘管投切無浪涌且響應速度快，但其存在投切產生諧波和長期運行發熱燒壞的缺點;復合開關基本工作原理是將晶閘管與接觸器并接，當電容器投入時，晶閘管開關先通，然后接觸器接通，而后再斷開晶閘管開關;電容器切除時，晶閘管開關先通，然后接觸器斷開，再斷開晶閘管開關。復合開關具有晶閘管過零投切和接觸器無功耗的優點，還可擴展很多的保護功能。所以復合開關是未來發展的主要趨勢。

5? 無功補償裝置的應用實例

以我礦低壓無功補償裝置在動力科的實際應用中的效果為例：

以動力科Ι回路所供的眾多變壓器中的的2#變壓器為例。2#變壓器為我礦總務科供電回路，在低壓側加裝800kvar無功補償電容柜，設定cosφ為0.95，小于限值則自動投入電容器組。如功率因數超過限值，由功率因數補償器控制，開始自動切除電容器，使功率因數保持在0.9以上。試機時一次電流1350A，cosφ=0.68，裝置動態投入520kvar后，功率因數接近到0.95，一次電流變為966A，電流是補償前電流的71.5%，即減少線路電流28.5%。表1列出了補償前后參數的變化。

6? 結論

降低配電網的無功功率不僅節約電能，降低了無功功率，而且有著明顯的經濟效益。在無功補償裝置投入使用以后，我礦僅無功補償一項一年節約電能即節約電費50萬左右，經濟效益和社會效益明顯。隨著節電技術的發展，還需完善的工作：優化無功補償參數，選用更合適和性能更佳的各種無功補償設備，以達到最佳的功率因數和最優化的節能效果。

參考文獻：

[1]侯博淵.變電站無功補償設備的運行與控制四[D].山東：山東工業大學，1991.

[2]段悅芬.配電系統中智能低壓無功補償技術的研究[J].低壓電器，2011（7）：53-55.

[3]黃俊.電力電子變流技術[M].北京：機械工業出版社，1997.

[4]王強，聶軍.配電系統無功補償技術方案比較[J].山西電力，2005.

[5]蹼賢成，鐘誦平，程文.無功補償裝置中電容器的保護[J].農村電工，2005（9）.

[6]孫素敏.低壓無功功率補償裝置的故障與維護[J].低壓電器，2011（18）：53-55.

[7]李鵬.無功補償調壓在接觸網調壓中的應用[J].價值工程，2016，35（01）：128-130.