低壓柜無功功率補償裝置

吳春紅

摘 要：本文針對廣大的低壓電網中功率因素低，有功功率損失較大，感性負載用電設備由于設計考慮不周，導致整個電網效率低，損失大的現象，作者提出利用單片機853和機械式投切開關交流接觸器相互結合所組成的投切開關，共同控制并聯電容器的投切，通過克服實際運行中所存在的大幅值浪涌電流、電壓過大，電流過低等缺點，從而達到電容器功率補償的目的，保證電網的環保、高效、安全、穩定、實用等特點。

關鍵詞：電容器補償器;投切開關;原理;單片機

在電網線路中，供電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。例如：感性負載設備，它不但要從電源取得有功功率，而且由于它只能依靠交變磁場才能進行能量的轉化和傳遞，所以它必須還需要取得建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率，也就是無功功率。電網中無功功率過低，用電設備就無法在正常的電磁場中工作，從而導致它的端電壓不是額定電壓，這樣便使電設備無法正常運行。電路中一般呈感性的時候，利用改變并聯電容器的容量來改變無功功率是現在最經濟、適用、有效的方法之一。本文所講的低壓柜無功功率補償裝置——電容補償柜就能夠滿足上述條件，該補償裝置的原理依據：電流在電容元件中作功時，電壓超前電流90度，同一電路中，電感電壓滯后電流90度，因此兩電流方向相反，互差180度，當感性負載釋放能量時，容性負載便吸收能量，當感性負載吸收能量的時候，容性負載便釋放能量，能量在它們彼此之間互換。低壓柜無功功率補償裝置一般都是由控制電路、晶閘管、并聯電容器、電抗器、過零觸發器、放電保護器等組成，然后將設備和與之相關的信號控制、測量、保護、調節等設備，通過結構部件，把內部的所有電氣和機械完整的組裝在一起的組合體，當市電輸入該補償裝置時，然后進總開關和雙電源開關，再送到母排，最后用來做動力、照明及發、配電設備的電能轉換、分配與控制。電容補償柜利用上述原理中在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，合理的補償裝置，不僅讓整個電路設備正常安全的運行，同時減少網絡損耗，能夠提高電網的質量。而無功補償裝置中最主要的元件是投切開關和電容器，而投切開關的性能直接影響到電容器的使用壽命及補償效果，所以其性能至關重要。

首先我們先簡單的述說一下電容補償柜中電容器采用的是方式以及它的主要保護電路。電容器補償柜中的電容器常用的是以并聯方式連接的，它的優點可節省電容組的容量;任何一個電容器斷線，三相線路仍得到無功功率補償。對并聯電容器所采取的保護：（1）熔斷器短路保護：并聯電容器的主要故障就是短路故障，它可造成電網的相間短路，裝設熔斷器，可以對相間起保護作用;（2）熱繼電器過負荷保護，一旦電網內的高諧波或電壓過高時，電容器會產生過負荷，熱繼電器立即通過切斷電路，從而保護電容器。

傳統的投切開關是：（1）交流接觸器單獨做投切開關，會產生大電弧、浪涌電流。大幅值、頻率大的浪涌電流，會對電網造成不利的干擾，同時會容易損壞交流接觸器的觸頭、容易擊穿補償電容，減少電容器的使用壽命，造成爆炸的危險，而且后期的維護成本大，長期運行成本高、噪聲大、安全穩定性不高;（2）可控硅開關因為是單觸點磁保持結構，容易損壞，對電壓的變化比較敏感，承受電流的能力弱，容易被擊穿，安全性、可靠性不高，而且因為考慮它的敏感，容易產生熱量，還需要配備必要的散熱裝置，這就使整個設備的結構復雜、體積大、成本高;（3）把交流接觸器和可控硅元件相結合，從理論上是揚長避短，能夠避開他們的缺點，但是在實際的操作中，我們發現很難做到無浪涌電流，消滅弧光，而且故障多，且可控硅的敏感使得電路安全可靠性較弱。針對上述的短板，我們設計的投切開關它采用以單片機853為核心，輔以高精度的采樣回路（模擬轉化數字電路模塊用的是ADC0809，該模塊實用性能強，能夠自動實現跟蹤電網無功功率的變化并且自動補償的優點）、欠壓保護、過壓保護、過電流保護、缺相保護和合理的程序設計。該產品將交流接觸器這種傳統的機械開關與單片機853結合起來，既利用了交流接觸器的該元件的大眾性、結構簡單性，又實現了開關零電壓投入、零電流切時無高電壓諧波和浪涌電流的情況。該補償裝置的功能：它可以判別異常情況（如過壓、欠壓、金屬接地、弧光接地、PT斷線、PT諧振、系統諧振以及電流電壓諧波的異常事件）并及時發出報警信號;弧光動作檢測，線路單相弧光接地發生后，分相輸出繼電器閉合（判別弧光的開口閥值了調60-100V），同時消弧時具有接地電流保護功能，當接地電流檢測大于125A（按100/5電流互感器整定）或大于625A（按50/5電流互感器整定時，裝置在IS內將故障相真空接觸器復位;具有軟件閉鎖功能，在同一時間只會有一相發生弧光，且在弧光動作繼電器沒有斷開前，不允許有其他相繼電器閉合;PT諧振消除：兩路二次諧振消除，2路一次消諧接口，如果一組PT諧振，另一組不諧振，則相應PT的二次消諧動作，干接點閉合，補償柜的面板會報PT1或PT2諧振，如果兩組都諧振，則兩組二次諧振都不動作，2組一次消諧干接點不閉合，補償柜的面板報系統諧振，系統諧振干結點閉合;電流電壓諧波檢測顯示報警：顯示電流及電壓諧波含量柱形圖及實時電流電壓波形，電流電壓諧波含量超出閥值時相應的繼電器輸出閉合;通訊功能：具有RS485通訊接口，采用Modebus通訊規約，能夠配合各種RTU和主站系統;記錄查詢：可以查詢最近50條事件記錄，記錄內容包括故障類型，發生事件，故障發生時的系統狀態數據等;具有選線功能。

帶有選相開關的低壓無功補償裝置采用微處理器驅動磁保持繼電器控制出點，不使用可控硅，這樣避免了可控硅由于本身的屬性（容易擊穿）而帶來的安全性、可靠性較弱的特點，又由于無電弧，這樣使得電容補償器的壽命長，故障率低，長期運行成本比較低?？傊梦⑻幚砥?53和交流接觸器作為投切開關的無功功率補償器克服了現有的實際運行中存在的缺點，長期運行中，其經濟性就很強、運用廣泛，安全性、可靠性、耐用性不受惡劣的環境的影響，適用性能很強，使用范圍很廣。

參考文獻：

[1]姜齊榮，謝小榮，陳建業.電力系統并聯補償-結構、原理、控制與應用.機械工業出版社，2004：175-177.

[2]gb50227-2008并聯電容器裝置設計規范.

[3]蘇崇文.配電網低壓無功補償的應用現狀及發展趨勢.