浅谈无功功率补偿装置

浅谈无功功率补偿装置

作者：周培江 房世杰 黄风铃 李强 刘城 来源：《中国·东盟博览》2013年第11期

【摘 要】无功功率补偿装置在供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。 【关键词】无功功率补偿装置；功率因数 文章编号：1673-0380（2013）11-0047-01

引言：中原油田是河南用电大户，合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高，反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统电压波动，谐波增大等诸多因素。

1.延时投切方式分类 1.1延时投切方式

延时投切方式即人们熟称的“静态”补偿方式。这中投切依靠于传统的接触器的动当然用于投切电容的接触器专用的，它具有抑制电容的涌流作用，延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统震荡，这是很危险的。当电网的负荷呈感性时，如电动机，电焊机等负载，这时电网的电流滞后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过量的补偿装置的控制器，这时电网的电流超前电压的一个角度，即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功功率。 1.2.瞬时投切方式

瞬时投切方式即人们熟称的“动态”补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周期至一个周期内完成采样，计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器也无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。 1.2.1.LC串接法原理

这种方式采用电感与电容的串联接法，调节电抗以得到补偿无功损耗的目的。从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节，使无功损耗降为零。从元件的选择

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上来说，根据补偿量选择1组电容器即可，不需要在分成多路。既然有这么多的优点，应该是非常的补偿装置了。但由于要求先用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，在加一些技术的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。

1.2.2.作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又恨经济，其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当解决了保护问题作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数，很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才能达到最佳的补偿效果。

当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令（投入一组或多组电容器的指令），此时由触发脉冲触发晶闸管导通，相应的电容器组也就并入线路运行。需要强调的是晶闸管导通的条件必须满足其所在相的电容器的端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，半导体器件应该是无涌流投切。当控制指令撤销时，触发脉冲随即消失，晶闸管零电流自然关断。关断后的电容器电压交流峰值，必须由放电电阻尽快放电，以备电容器再次投入。 1.2.3.混合投切方式

实际上就是静态与动态补偿的混合，以部分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补，但就其控制技术，目前还见到完善的控制软件该方式用于通常的网络入工矿、小区、域网改造，比起单一的投切方式拓宽了应用范围，节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组，这种方式补偿效果更加细致，更为理想。还可采用分相补偿方式，可以解决由于线路三相不平衡造成的损失。

1.2.4.在无功功率补偿装置的应用方面，选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机，电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于负荷相对平衡的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。

2.无功功率补偿控制器

无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型，无功功率型，无功电流型。选择哪一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样.运算.发出投切信号，参数设定.测量.元件保护等功能均由补偿控制器完成。就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差异很大，很多产品名不符实，在选用时需认真对待。在选用时需要注意的另一个问题就是国内生产的控制器其名称均是“某某无功功率补偿控制器”，名称里出现的“无功功率”的含义不是这台控制器的采样物理量。采样物理量取决于产品的型号，而不是产品的名称。

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2.1.功率因数型控制器

功率因数用cosφ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosφ=1时，线路中没有无功损耗，提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式，都较容易实现。延时整定投切的延时时间，应在10S—120S范围内调节灵敏度整定，电流灵敏度不大于0—2A。投入及切除整定，其功率因数能在0.85（滞后）—0.95（超前）范围内整定。这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定，无震荡现象出现，又要兼顾补偿效果，这是一对矛盾，只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。即使调整的较好，也无法弥补这种方式本身的缺陷，尤其是在线路重大负荷时。比如，设定投入，cosφ=0.95此时线路负荷重，即使此时的无功损耗已很大，在投电容器组也不会出现过补偿，但cosφ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器组投入，所以这种控制方式建议不作为推荐的方式。 2.2.无功功率型控制器

无功功率型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无功型控制器是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及补偿效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测，这类控制器一般都具有以下功能：自动，手动切换，自识别各路电容器组的功率，根据负载自动调节切换时间，谐波过压报警及保护，线路谐振报警，过电压保护，线路低电流报警，显示电容器功率，显示cosφ，U.I.S.P.Q及频率。 2.3.用于动态补偿的控制器

对于这种控制器要求就更高了，一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能。由于这类控制器也都基于无功型，所以它具备静态无功型的特点。 结束语

选择的无功功率补偿装置，能以准确的电容性无功功率去补偿负载的电感性无功功率，使功率因数达到高水平，实现电力成本降低，所以，选择一种适用的补偿方式和一台好的控制器及补偿装置，可以带来长期的效益。希望国家电力部门尽快有新的政策出台，以鼓励致采用高水平的补偿装置并使其普及应用。