简论智能型配电无功补偿装置的若干技术-北极星输配电网

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随大多数电力负荷是感性负载，异步电动机、感应电炉、交流电焊机、日光灯等设备是无功功率的主要消耗者。另外，无功电源与无功占用不平衡，感应电动机和中小容量配电变压器。一般用电用户的功率因数滞相且较低，一般都会低于0．7以下，滞相的无功功率在配电网中流动不仅占用配电网容量，造成不必要的损耗，而且导致电网电压降低。加装无补偿装置，能增加电网中有功功率的比例常数，就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率，减少发，供电设备的设计容量，减少投资，能少在配电网中流失的无功功率，提高发输电设备利用率，减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，降低有功网损，效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，最终提高供电企业的经济效益。

1.配电补偿的改进

在配电中，无功补偿的传统模式主要有以下三种型式：①装干配电电动机的单台就地补偿；②装干配电变压器配电侧的补偿箱；③装干企业配电房或车间以及高层建筑楼层配电间的自动补偿柜(如PGJ柜等)。限于篇幅，对单台补偿问题本文不作讨论。配电补偿箱和补偿柜的技术改进和新技术应用归纳起来主要有以下几方面：由三相共补到分相补偿，以求达到更理想的补偿效果；由单一的无功补偿到同时具有滤波及抑制谐波功能的补偿装置；从采用交流接触器进行投切，到选用品闸管开关电路投切，以及发展为等电压投、零电流切的最佳投切模式；智能型自动补偿控制器和配电变压器的运行记录仪相结合；将配电补偿的功能纳入箱式变电站或美式箱变的配电部分；采用不锈钢或航空铝板的箱体，具有防寒．防晒、密封、防潮、防锈的特点；选用干式或充SF6的自愈式并联电容器，提高运行可靠性，延长使用年限。

2.并联电容器的投切开关

2．1交流接触器

20世纪70年代广泛应用的PGJ补偿柜，都是采用交流接触器作为并联电容器的投切开关，迄今仍有沿用。其缺点是：①投入电容时产生倍数较高的涌流，容易在接触器的触点处产生火花，烧损触头，②切断电容时，容易粘住触头，造成拉不开，③涌流过大对电容器本身有害，会影响使用寿命。当时采用的措施是：适当选择额定容量较大的接触器，如用额定电流40A的接触器投切15kvar的三相电容器(IC=21．7A)，采用专用的接触器，其型号有CJ16、CJ19、CJ20C、B25C～B75C、CJ4l等系列；每台电容器加装串联小电抗器，用以抑制涌流。

2．2双向晶闸管开关电路

采用双向品闸管的无触点开关电路(又称固态继电器)取代交流接触器用于投切电容器的接线。其优点是过零触发，无拉弧，动作时间短，可大幅度地限制电容器合闸涌流，特别适合于繁投切的场合。但也存在以下缺点：采用双向晶闸管制造成本高，晶闸管开关电路的补偿柜价格要比采用接触器的补偿柜贵70％～80％左右；晶闸管开关电路运行时有较大的压降，运行中的电能损耗和发热问题不可忽视。以BzMJ0.4-15-3并联电容器为例，其额定电流为21.7A，如品闸管开关的电压降为1V时，3个晶闸管开关电路运行时，损耗的功率为：P=3×1×2.7=65.1W，如补偿柜的无功功率为90kvar，则全部投入时，品闸管的功率损耗为65.1×6=390.6W，以每天平均lOh计，日耗电量达3.906kW-h。年耗量约为l426Kw.h，有功消耗的发热量还会增加整个补偿装置的温升，而需采用相应的散热降温的措施，如采用接触器则基本上不消耗有功；晶闸管电路的本身也是谐波源，大量的应用对配电电网的波形不利。因此，除了对品闸管开关电路加以改进外，还应使之在完成开合闸操作后退出，仍由与之并联的接触器维持电容器的正常运行。

2．3晶闸管和二极管反并联的开关电路

一个晶闸管和一个二极管反并联的接线方案与无触点开关电路的接线方案对比，由于相同容量的二极管的价格低于晶闸管，故用一只晶闸管和一只二极管反并联的无触点开关电路制造成本较低，而技术性能相近，但反应时间则较慢些，切除电容器时，从切除指令的输出到工作任务的完成，可以在半周波内完成，(即时间t≤10ms)。如采用无触点开关电路的接线方案，由于二级管的不可控性，通常其切除时间要在0.5～lHz之间，即切除时间t≤20ms。

2.4等电压投零电流切的新型无触点开关电路

等电压投零电流切的新型无触点开关电路的接线。其运行操作顺序说明如下：当投入电容器时，先由微电脑控制器发出信号给开关电路，使之在等电压时投入电容器，微电脑的控制器紧接着又发信号给接触器，使其触点也闭合，将品闸管开关电路短路，由于接触器闭合后的接触电阻远小于开关电路导通时的电阻，达到了节能和延长开关电路使用寿命的目的。当需要切除电容器时控制器先发信号给接触器，使接触器触点断开，此时开关电路处于导通状态，并由开关电路在电流过零时，将电容器切除。本方案的优点是：运行功耗低、涌流小、谐波影响小，制造成本低，开关电路和接触器的使用寿命长。

3.智能型自动控制器

3．1检测量和控制目标

检测量主要有COSф、无功功率Q和无功电流Iq三种，20世纪80年代中期多选用以COSф为检测量的控制器，执行手段是投切电容器，补偿的最终目的是减少进出电网的无功功率。此方案的主要缺点是：轻载时容易产生投切震荡，重载时又不易达到充分补偿，故新型的控制器已不再选用以COSф为检测量。检测量为Q的控制器，其工作原理是将电压和电流的信号送人霍尔元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以测出Q=UIsinф，由于检测量和控制目标都是同一物理量，技术上是合理的，但检测难度要大些。检测量为Iq的控制器，利用了相电压u由正到负过零的瞬间，恰好就是A相无功电流最大值Iqmax的原理，用相电压U负过零信号控制，采用开关和简单的保持电路，以完成对Iq实时检测。这种方案的优点是：检测方法简单，不会发生震荡，补偿效果与电网电压的波动无关。

3．2检测点的设置方案

有两种选择方案：①控制器输入电压和电流信号的检测点设在补偿设备的前端A点；②检测点设在补偿设备后端B点。检测点A由于不能直接检测负载的无功功率，不易实现多组电容器的一次快速投切，通常采用逐级渐进的投切方式，较慢地达到应补偿值，因此仅适用于负载运行较平稳，无大容量冲击负载，不需要快速动态补偿的场合。如接于检测点B，其优点是仅根据负载Q和Iq测得值，决定电容器投入组数，是一种只管投切，不控制补偿后实际效果的控制方式，其优点是控制方式简单，可一次快速投切多组电容器，缺点是静态补偿的精度较差。

3.3配电综合测控仪和无功补偿自动控制器一体化

无功补偿自动控制器和配电综合测控仪的一体化问题是城网改造提出的配电网自动化问题，运行单位往往要求在配电变压器的配电侧同时加装无功补偿的配电电容器和配电综合测控仪。以北京首电科技研制的SDPD-2000配电综合测控仪为例，兼具配电变压器运行参数的数据采集．显示和记录以及无功补偿的智能控制和保护等两大功能。数据采集的范围包括：电压、电流、功率因数．有功及无功功率、有功及无功电量、谐波电压、谐波电流，每日电压和负载电流的最大值和最小值，停电时刻、来电时刻及累计停电时间，每相过电压、欠电压及缺相时间等参数，数据储存期为2个月。且具有RS232／485通讯接口，可采用现场或远程采集的方式。显示方面采用液晶显示器，全中文直观显示配电变压器运行的有关参数。无功补偿智能化控制方面取样的物理量为负载的无功功率Q；可对△-Y电容器组的任意组合方式进行调节；防止无功投切震荡及补偿呆区；当电网中发生过电压、欠电压、缺相、谐波或零序电流超标及电容器温升超标时，快速切除补偿电容器。

原标题：简论智能型配电无功补偿装置的若干技术

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