低壓無功功率補償裝置在無線發射臺的應用

李品斌 戚桂東 莫啟海

（1.廣西廣播電視貴港分中心；2.廣西廣播電視玉林分中心）

一、引言

目前無線發射臺站的外電均通過高壓輸電方式傳輸到山上，電能傳輸能量的效率稱為功率因數。功率因數定義為有功功率占總功率的比值。當供電線路功率和電壓一定時，提高臺站的功率因數，能減小線路傳輸電流，降低線路損耗。傳輸相同的電能時，增加傳輸效率，降低在線路上白白消耗的能量，相當于節約了用電量。同時從地面到高山臺站整段高壓輸電線路所造成的壓降也將減小，使外電電壓更穩定，隨負載變化波動更小。

根據《功率因數調整電費辦法》，供電部門對用電單位的功率因數有一定的要求：高壓供電的工業企業的平均功率因數不得低于0.95；其他單位不得低于0.9。對功率因數達不到規定的用電單位，供電部門將加收一部分電費即力率電費（罰款）。因此有必要對無線發射臺站對所有臺站用電設備進行功率補償，以提高臺站的功率因數，減少被加收力率電費的風險。

二、提高功率因數的原理

功率因數降低主要是因為負載存在容性負載或感性負載。另外相同的負載設備在不同的工狀時的功率因數也有區別，如交流異步電動機：空載時為0.2-0.3；滿載時0.7-0.85。在無線發射臺站中存在著很多這樣的感性負荷，如抽水機、發射機散熱風機、大功率空調和發射機開關電源等，所以整個臺站呈現一個感性負載狀態。整個配電網中無功補償的原則為集中補償與分散補償相結合，電網補償與用戶補償相結合，高壓補償與低壓補償相結合。具體到無線發射臺站的方案有：

（1）提高用電設備的功率因數，選擇合適容量的電動機和變壓器等，盡量避免“大馬拉小車”現象，以減少設備的空載率。

（2）對于感性負載，則可以采用并聯電容以補償感性無功功率。如圖1所示。工作原理為：當整個負載電路呈現感性時，電流將超前電壓一定的角度；在并聯電容后，電流將滯后電壓一定的角度。此時電容、電感的無功功率相互抵消，總電流減小；負荷總的有功功率P沒有變化，變化的是負荷的無功功率Q，功率因數得到提升至COS?2。理想情況下，當選取合適容量的電容進行補償時，可使功率因數提升接近于1。

圖1 電容補償感性無功

三、貴港轉播臺功率補償分析

下面以貴港轉播臺為例，分析臺站的功率補償情況：貴港轉播臺標稱總發射功率約為30.6kW，測得整個臺站的實時供電功率約為56kW。臺站海拔1060米，電能從山腳10kV高壓線路輸送至臺站，需經過約13km架空線路。10kV高壓輸送到臺站端時有一定的降壓，因此通過調整10kV降壓變壓器抽頭，使電壓保持在400V左右，然后通過容量為200kVA的互感式穩壓器穩壓使電壓穩定在380V，功率因數約為0.85，出現無功負荷占比較大，功率因數較低（<0.95）的情況。

在當前功率下，若要將功率因數從cos?1=0.85提升到cos?2=0.95需要補償的電容量Qc可通過計算得出為16.3kvar。

在P和U一定時，通過無功補償可減小電流?I為：

四、低壓無功補償裝置原理及應用

臺站處于高壓配電線路的末端，適合采用就地補償的方式進行無功補償，以提高功率因數。在實際臺站應用中，不同的設備一般有不同的開機、關機時間，導致整個臺站用電有負荷高峰和負荷低谷的差異。相當于整體臺站感性負載的狀態是動態變化的，所以功率因數也是動態變化的。如果簡單的選用固定的無功補償量：當負載處于負荷低俗時，固定電容的補償量過大，將出現過補償的情況，反而導致功率因素降低；當負載處于負荷高峰時，固定電容補償量過小，不利于負荷進行。因此要求補償電容數量宜采用雙級或多級自動補償的方式，根據負載實際運行的狀態自動進行動態投切，實時調節無功補償容量，從而保證整體臺站功率因數的穩定。

經過第三小節的計算，得到貴港轉播臺目前的功率下需要的補償的無功總量。考慮到臺站未來還有設備升級的余量，在配備無功補償裝置時，也可以根據變壓器容量來配置補償量。現臺站設計安裝了一套自動低壓無功補償裝置，并聯接入配電柜母排。電容組分別為1×10kvar、1×15kvar、3×15kvar、1×20kvar 四 組電容組合，總共90kvar。補償裝置經微機控制，先從母排對臺站電流電壓采樣，計算實時功率因數，然后自動選擇投切電容數量與組合，使整個臺站供配電功率因數穩定在0.95以上。

當白天發射機全部開機時，負荷達到峰值，無功補償裝置控制復合開關投入電容器組，進行電容補償，提升臺站電壓，降低負荷電流。晚上發射機全部關機時，負荷處于低谷，此時無功功率過補償，補償裝置退出電容器組，避免臺站電壓過高，損壞用電設備。

由于大容量電容的投切將會產生大量的諧波涌流，會超過電容器的過流承受能力，造成電容器的損壞，所以需要串聯電抗器，組成電容電抗組，以吸收和抑制系統內部分諧波電流。低壓無功補償裝置原理如圖2所示。在安裝無功補償裝置后，經過測試，臺站的總負荷電流降低了10A左右，說明電能消耗得以降低，達到節約能耗的目的。

圖2 電容無功補償原理圖

五、總結

由于廣播電視工作的特殊性，為提高覆蓋率，無線發射臺一般都是選址在高山，遠離供電所。臺站一般為線路末端，導致電源質量下降。臺站大部分設備都是感性負載，導致功率因數降低，將影響設備的能效，在供配電線路上產生損耗。在了解功率因數的作用和控制方法后，能根據當地臺站的實際情況，精準投入無功補償裝置，使臺站運行更節能、經濟。