无功电容补偿在低压配电系统中的应用

随着国家经济的进展和人民生活水平的提高，大量的居住楼盘、高档商场、宾馆、办公楼等民用建筑在都市中拔地而起，使都市用电量快速增长。然而，在这些民用建筑场所内使用的多为单相电感性负荷，因其自身功率因数较低，在电网中滞后无功功率的比重较大。为保证降低电网中的无功功率，提高功率因数，保证有功功率的充分利用，提高系统的供电效率和电压质量，减少线路损耗，降低配电线路的成本，节约电能，通常在低压供配电系统中装设电容器无功补偿装置。本文要紧通过设计工作中所遇到的具体工程对无功自动补偿的方式和安装位置作出了分析和比较。

１ 分相自动补偿的必要性

无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿。

三相电容自动补偿适用于三相负载平稳的供配电系统。因三相回路平稳，回路中无功电流相同，因此在补偿时，调剂无功功率参数的信号取自三相中的任意一相，依照检测结果，三相同时投切可保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于有大量的三相用电设备的厂矿企业中。

在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严峻不平稳，专门是住宅楼在运行中三相不平稳更为严峻。由于调剂补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。假如过补偿，则过补偿相的电压升高，造成操纵、爱护元件等用电设备因过电压而损坏；假如欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情形下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而白费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严峻的危害。

据有关资料介绍，某地综合楼是集商场、银行、办公、车库、宾馆为一体的一类高层建筑，总建筑面积３．２万ｍ２。要紧用电设备有空调机组、水泵、风机及照明灯具等，其中照明灯具均为单相负荷，功率因数在０．４５～０．７５之间。低压有功运算负荷２８１５ｋＷ，其中，照明用电有功负荷１０８６．５ｋＷ，其它负荷差不多为空调、风机、水泵、电梯等三相负荷。补偿前无功功率３１８２ｋｖａｒ，若整体功率因数补偿到０．９２，需补偿１９８２ｋｖａｒ，补偿后无功功率１２００ｋｖａｒ。原设计采纳低压配电室并联电容器组三相集中自动补偿，工程竣工投入使用后，经常显现仪器、灯具等用电设备烧坏或不能正常使用等情形，阻碍正常经营和工作。经现场测试，发觉低压馈线回路三相负荷不平稳，差距专

门大，电流差异大，最大相电流差为９００Ａ；检测母线电压，三相母线电压有的高达２６０Ｖ，有的低到１９０Ｖ。通过分析是三相电容自动补偿造成的结果。

关于三相不平稳及单相配电系统采纳分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的方法，其原理是通过调剂无功功率参数的信号取自三相中的每一相，依照每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互阻碍，故可不能产生欠补偿和过补偿的情形。

该装置的操纵模块和数据采集模块采纳新型单片机和大规模集成电路，开关模块采纳大功率晶闸管，实现电容器组的零电压投入和零电流切除，无合闸浪涌电流冲击，无火花和谐波干扰。产品特点如下：

（１）实现了操纵模块的数字化和智能化，开关执行单元无触点，确保了操纵精度和运行的可靠性；

（２）全自动分相、分级按需补偿；

（３）可灵活设定过压、欠压、欠流延时等参数，具有完善的越限报警和过压、欠压、缺相、缺零、谐波越限爱护缩闭功能，保证系统安全运行；

（４）实时数字式测量、显示电网中的要紧参数：功率因数、电压、电流、谐波电压及电流、有功功率及电度、无功功率及电度等；

（５）带有谐波分析，测量总的谐波失真（ＴＨＤ）以及１～３１次谐波电压及电流，为治理谐波提供准确的数字依据；

（６）采纳“自愈式”电容器，具有使用寿命长、可靠性强、温升小、无需专门散热装置等优点； （７）具有数据采集功能和标准的通信接口（ＲＳ２３２），可实现远程实时监测和运算机联网治理； （８）采纳模块化结构设计，易于爱护和升级。

从上述产品的功能能够看出，智能三相自动无功补偿能自动检测各相负载的功率因数，同时自动分相投入各相所需的电容补偿量，以使各相的无功功率补偿达到最佳状态，关于大量使用单相用电负荷，易产生三相不平稳的用电单位如住宅小区、宾馆、饭店、大型商场等民用建筑的配电系统有改善功率因数、提高电网效率、改善电压质量、节约用电、增大变压器有功容量等显著成效，较大程度满足了“电网绿化”的要求。 ２ 分组电容自动补偿的应用在低压电网中大量的用电设备为电感性，专门是在大面积、大开间的商场、办公楼等日常生活和办公场所，大都会采纳发光成效好的荧光灯进行人工照明。荧光灯具有光效好、寿命长、无污染等特点，属绿色光源。目前，民用建筑工程中大量使用电感型镇流器荧光灯，它具有成本低、寿命长、修理工作量少、投资少等优点，但其启动时刻长，功率因数低，约为０．５～０．６，自身损耗大，加大了供配电系统网络损耗，造成了能源的白费。

通过电容补偿的方式来解决大面积商场、办公楼的感性负荷功率因数低的问题是目前设计中常用的方法。

我们在设计中通常的做法有两种：在变配电所设置集中高压或低压补偿柜，对系统前端进行补偿，虽能满足供电部门对并网功率因数的要求，但对以下各级分支电路不作补偿，因此低压配电线路中无功电流大，从而造成线路截面和配电开关容量不能减小，且不能保证整个低压系统的供电质量；另一种做法是在每台用电设备或每盏照明灯具内设置电容器个别单独进行补偿，这种方式成效较好，关于厂矿企业使用的单台大容量用电设备比较适用，但关于大型商场等民用建筑来说，补偿投资成本太大，性价比低，安装分散，造成后期修理量大、修理困难，且电容器利用率低，实际应用并不理想，因此专门少采纳。

在目前低压补偿电容器技术和制造质量、自动投切装置有了专门大提高的前提下，笔者认为在这类民用建筑的配电系统中分组设置补偿电容，即依照建筑使用功能分区，用电较集中、电气设备功率因数较低的配电箱处设置电容补偿装置较为适宜。

分组补偿可提高设备利用率，减少配电系统容量

视其功率Ｓ＝，由此可知在有功功率不变的前提下，提高功率因数可降低无功功率，减小配电系统的容量。

当功率因数由０．６５提高到０．９２时，设备利用率为：

η＝×１００％＝×１００％＝２９．３５％ 即补偿后设备利用率提高了２９．３５％。

在选用型号及截面相同的电缆时，减少了线路损耗

依照公式：Ｉ＝，线损Ｐ＝Ｉ２Ｒ，则：

ΔＰ＝２Ｒ－２Ｒ η＝＝×１００％＝×１００％＝５０．０８％ 即补偿后线路损耗降低了５０．０８％。

２ 分组补偿的可行性

下面结合工程应用举例说明分组补偿的可行性。

某地新华书店大楼由商场、书店营业厅、餐饮、宾馆、地下车库、办公室组成，属一类高层，功能较复杂。其中１～６层为书店营业厅，单层面积约２８００ｍ２（标准层，每层均相同），其照明采纳电感类荧光灯，功率因数较低。方案设计时只在变电所设集中补偿柜.

１～６层配电照明箱由变配电所采纳一回路供电，开关为１２５０Ａ，空气绝缘母线槽选用一段１２５０Ａ，每层配电照明箱进线开关选用２５０Ａ；分组每层设电容补偿比在变配电所设集中补偿柜电容器总容量要高出２０％左右。但减少了开关、供电线路的投资，这部分费用相关于电容器的投资要高许多。每层在配电照明箱处设电容补偿并不增加配电箱的数量，只需将配电照明箱的尺寸加大，电容器装于箱内，如此也节约了低压配电室内电容补偿柜的占地面积。另因为补偿电容配置了智能操纵器，产品模块化，具有数据采集功能和标准的通信接口（ＲＳ２３２），可实现远程实时监测和运算机联网治理，便于检测、爱护和升级。

从上述举例可看出，依照各层配电照明箱的设置分组装设电容补偿的方式较好地解决了集中和个别设置补偿造成的线路中无功电流增大、相应配电线路截面及开关容量加大和补偿投资成本大、安装分散、后期修理量大、修理困难等问题。关于大型商场、写字楼等大量使用低功率因数设备的民用建筑设计应依照具体情形采纳分组设置电容补偿方式比较合理。