低壓無功補(bǔ)償裝置如何合理選型:隨著經(jīng)濟(jì)生力產(chǎn)水平的發(fā)展，電費(fèi)已成為企業(yè)的主要生產(chǎn)成本（這里面包括由于不合理用電造成電能效率降低、設(shè)備故障率增加、設(shè)備壽命減短等因素造成的維護(hù)成本增加）。解決企業(yè)電力供需矛盾，除采用科學(xué)節(jié)能的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝外，改善電力環(huán)境、搞高電能使用效率、降低損耗也是緩解供電壓力的有效途徑。采用無功補(bǔ)償系統(tǒng)是企業(yè)改善供電質(zhì)量不失為一條有效的途徑。做好無功補(bǔ)償工作，不但可起到擴(kuò)大現(xiàn)有輸變電設(shè)備供電能力、改善電能質(zhì)量、降低線路損耗、緩解供電能力不足的作用，而且還能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，如延長供用電設(shè)備的使用壽命、降低用戶的電費(fèi)支出等。
1、無功補(bǔ)償目前存在的問題
由于無功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)備選型不合理、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不正確造成的設(shè)備非正常工作，不僅沒有給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益反而由于無功過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償造成不必要的罰款，甚至是影響其它設(shè)備的正常工作。無功補(bǔ)償系統(tǒng)非正常工作主要集中在以下幾個方面：
1.1 容量不匹配
一般控制器均配備有12組電力移相電容器，容量不匹配主要集中在電容器單體容量配置過大。由于每個單體電容器容量是固定的，當(dāng)系統(tǒng)所需的電容量小于單組電容器最小容量時，電容器組不投入工作時系統(tǒng)存在功率因素過低呈感性(久補(bǔ))，而當(dāng)電容器投入工作時又會因為所投的電容器容量過大造成系統(tǒng)過補(bǔ)呈容性(同樣導(dǎo)致功率因素過低)。如果投切控制不當(dāng)，還會造成電容器不斷的投入、斷開、投入、斷開形成投切振蕩。
1.2 負(fù)荷變動造成不匹配
對于建站初期負(fù)荷較小，以后負(fù)荷逐漸增大的情況。由于無功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計上都有一定的冗余量，故此情況下擴(kuò)容量不超過冗余量是不會引起無功補(bǔ)償異常。反倒是由于企業(yè)設(shè)備更新、改造后，原有設(shè)備功率因素提高后造成系統(tǒng)無功的需求減少，從而引起容量不匹配。如：某隧道燈具原使用線圈式整流器高壓納燈，后改為電子式整流器高壓納燈。
影響最大的還要數(shù)正負(fù)無功變化較大的場合。如企業(yè)某設(shè)備群無功分量較大，下班后設(shè)備群停止工作后系統(tǒng)無功分量就主要來自于變壓器等電源設(shè)備。此時系統(tǒng)所需的電容量若小于單組電容器最小容量時，系統(tǒng)就容量出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ)。這也是企業(yè)變壓器輕載后功率因素不達(dá)標(biāo)的因素之一。
1.3 參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起的異常
由于移相電容無功補(bǔ)償系統(tǒng)的工作原理是通過增加容抗抵消系統(tǒng)感抗，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功的調(diào)節(jié)。但電容和電抗的組合必然會在某些頻率下產(chǎn)生共振，這種由電感L和電容C組成的，可以在一個或若干個頻率上發(fā)生諧振現(xiàn)象的電路，統(tǒng)稱為諧振電路(如圖1)。
圖片關(guān)鍵詞
圖1
此時系統(tǒng)阻抗最低，容抗和感抗相抵消后系統(tǒng)阻抗等于電阻。
用公式表示為：
Z =R+jXL?jXC=R
其中，Z為阻抗，R為電阻，XL-XC=感抗-容抗=電抗。
從公式中間可以清晰的看出：當(dāng)感抗XL與容抗XC相等的時候，Z中間只包含實(shí)分量R，即純電阻。此時即為諧振。高電壓、大電流將會破壞電器設(shè)備。電路諧振時，電流或電壓將會增大。這是由于自由電子運(yùn)動與宏觀物體運(yùn)動一樣具有慣性，如果沒有外力作用，將保持靜止或勻速直線運(yùn)動，在電感與電容并串聯(lián)電路中，當(dāng)純電阻很小時，自由電子在電場力作用下，應(yīng)產(chǎn)生勻加速運(yùn)動，但因電子運(yùn)動速度是恒定的，就使同向運(yùn)動電子的數(shù)量勻加速增大，因此要避免電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，功率因素的設(shè)置就不能設(shè)置為1，介于變壓器、發(fā)電機(jī)等均為感性設(shè)備避免出現(xiàn)“空載諧振”功率因素應(yīng)偏感性為好。
此外由于電容補(bǔ)償具有抬升電壓的作用，而發(fā)電機(jī)的出廠功率因素一般為0.8，此時若無功補(bǔ)償系統(tǒng)將功率因素設(shè)置過高，即可將發(fā)電機(jī)電壓抬升。如某發(fā)電機(jī)輸出電壓為400V(考濾輸出壓降，一般變壓器、發(fā)電機(jī)均將輸出調(diào)節(jié)至400V)，此時若無功系統(tǒng)投入工作后，容抗與感抗抵消后電源的阻抗變小后電源電壓降減少，故而系統(tǒng)輸出電壓得以提升。柴油發(fā)電機(jī)，容量小，其無功功率小，變化大，很難實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)倪m配切換;一旦出現(xiàn)過補(bǔ)償，發(fā)電機(jī)輸出電壓上飄過壓，發(fā)電機(jī)將會過高保護(hù)而停機(jī)。
E=I(Z內(nèi)+Z外) U外=E-U內(nèi)=IZ內(nèi)-IZ外 Z =R+jXL?jXC=R
[無功補(bǔ)償]低壓非對稱無功補(bǔ)償解決方案 (2)
1.4 諧波的影響
由于在 R 、 L 、 C 的串聯(lián)電路中，電壓與電流的相位差。 一般情況下 X L -X C ≠ 0 ，即 u 、 i 不同相，但適當(dāng)調(diào)節(jié) L 、 C 或 f ，可使 X L =X C ， X L -X C =0 時，這時 u 與 i 同相，電路呈現(xiàn)電阻性， cos Φ =1 ，電路的這種現(xiàn)象稱串聯(lián)諧振現(xiàn)象。
見公式：
XL=2 π fL 圖片關(guān)鍵詞
可見當(dāng)L與C的值固定時，影響感抗與容抗的值就只有頻率F。我國電網(wǎng)中的頻率是固定的(F=50HZ)，由于半導(dǎo)體晶閘管的開關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器，就會有比較大的背離正弦曲線波形。三相整流負(fù)載，由于負(fù)載的對稱性故出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7、11、13、17、19等，變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。例如熒光燈的電子控制調(diào)節(jié)器產(chǎn)生大強(qiáng)度的3 次諧波( 150 赫茲)。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)配合不利時，在一定的諧波頻率下，就可形成諧波振蕩，產(chǎn)生過電壓或過電流，危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。諧波也是影響電容壽命的一大因素。
2、傳統(tǒng)補(bǔ)償方式(靜態(tài)補(bǔ)償 )
其是一種根據(jù)指令，按一定步長或其倍數(shù)連續(xù)對無功負(fù)荷進(jìn)行的補(bǔ)償。用并聯(lián)電容器改善供配電系統(tǒng)及連續(xù)運(yùn)行的異步電動機(jī)、其它感性負(fù)荷功率因數(shù)的各類無功功率補(bǔ)償裝置。這種補(bǔ)償投切依靠于接觸器的動作，當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時，如使用大量電動機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載，這時電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個角度。當(dāng)負(fù)荷呈容性時，如過量的補(bǔ)償裝置的控制器，這是電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個角度，即功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過補(bǔ)償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量，來決定電容器的投切，這個物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率。
2.1 梯形的電容配置
靜態(tài)補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量是固定步長或其倍數(shù)不能隨負(fù)荷而變化，只能分級補(bǔ)償固定的無功功率(其補(bǔ)償精度決定于電容器組中單臺電容器的電容量), 而不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、線性的補(bǔ)償。“欠補(bǔ)”和“過補(bǔ)”交替發(fā)生，計費(fèi)方式又為“反轉(zhuǎn)正計”，使得變電所平均功率因數(shù)補(bǔ)償精度差，不適合在無功負(fù)荷變化快的場合。在負(fù)荷變動大的場所用固定補(bǔ)償方案解決不了功率因數(shù)問題，不能隨負(fù)荷的無功波動隨機(jī)的調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功，所以不具備抑制諧波和電壓波動。要解決功率因數(shù)問題，抑制諧波和電壓波動，必須放棄固定補(bǔ)償方案。
2.2 采用電磁式接觸器
該接觸器是在普通交流接觸器的主觸點(diǎn)上加裝了一套限流阻抗，在電容器投切不頻繁時，起到了一定的作用。由于其采用電磁式接觸器作為投切開關(guān)，靜態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)因受電流浪涌沖擊，接觸器動作頻繁有觸點(diǎn)易損壞，電容器為階梯型投切，有合閘涌流和過補(bǔ)償?shù)目赡埽菀装l(fā)生投切振蕩。采用專用接觸器進(jìn)行電容器投切的無功補(bǔ)償裝置，只適用于在負(fù)荷基本平穩(wěn)、且三相電壓基本平衡的理想工作環(huán)境下使用。
2.3 全相補(bǔ)償方式
電容器組三相角形聯(lián)結(jié)便于自動濾除三次諧波,一體化封裝則便于安裝。對無功控制器要求也較低，電壓、電流采樣只要采集一組數(shù)據(jù)即可，而無須對三相電壓、電流都進(jìn)行采樣。采用三角形聯(lián)較星形連接其提供的無功將比星形聯(lián)接大三倍，故可采用較小的電容。但在單相設(shè)備較多的場合，各相之間的無功功率是不一樣的。采用全相補(bǔ)償容易造成三相補(bǔ)償不平衡，造成部分相序過補(bǔ)或欠補(bǔ)，這種情況在某車間線路缺相的情況也是可以發(fā)生的，在缺相時三相負(fù)荷的有功及無功平衡均會被打破。
2.4 諧波治理
為將共振點(diǎn)調(diào)整到?jīng)]有諧波的頻率，一般都裝有串聯(lián)電抗器，它的作用主要有限制合閘涌流，使其不超過20倍;抑制供電系統(tǒng)的高次諧波，用來保護(hù)電容器及防止產(chǎn)生諧振。標(biāo)準(zhǔn)抗諧振型(串有6%或12%電抗器)：主要適用于含有少量諧波，負(fù)荷變化較快的系統(tǒng)中，一般情況下，在這種系統(tǒng)中。然而，串聯(lián)電抗與電容器不能隨意組合，若不考慮電容裝置接入處電網(wǎng)的實(shí)際情況，采用“一刀切”的配置方式(如電容器一律配用電抗率為5%～6%的串抗)，往往適得其反，招致某次諧波的嚴(yán)重放大甚至發(fā)生諧振，危及裝置與系統(tǒng)的安全。
3、非對稱復(fù)合補(bǔ)償
3.1 控制器采樣選擇
無功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型、無功功率型、無功電流型。功率因素方式由于其實(shí)現(xiàn)成本低，廣泛應(yīng)用于企業(yè)各類傳統(tǒng)的補(bǔ)償方式中。其在運(yùn)行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)，又要兼顧補(bǔ)償效果。舉例說明：設(shè)定投入門限;cosΦ=0.95(滯后)此時線路重載荷，即使此時的無功損耗已很大，再投電容器組也不會出現(xiàn)過補(bǔ)償，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不會再有補(bǔ)償指令，也就不會有電容器組投入，所以這種控制方式建議不作為推薦的方式。
無功功率(無功電流)型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷。一個設(shè)計良好的無功型控制器是智能化的，有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測及補(bǔ)償效果，并能對補(bǔ)償裝置進(jìn)行完善的保護(hù)及檢測，這類控制器一般都具有自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據(jù)負(fù)載自動調(diào)節(jié)切換時間、諧波過壓報警及保護(hù)、線路諧振報警、過電壓保護(hù)、線路低電流報警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及頻率。 由以上功能就可以看出其控制功能的完備，由于是無功型的控制器，也就將補(bǔ)償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。如線路在重負(fù)荷時，那怕cosΦ已達(dá)到0.99(滯后)，只要再投一組電容器不發(fā)生過補(bǔ)，也還會再投入一組電容器，使補(bǔ)償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。
3.2 可調(diào)容電容器組的實(shí)現(xiàn)
無功補(bǔ)償其實(shí)質(zhì)就是調(diào)節(jié)電容器的無功輸出，通常使用的方法就是通過增加減少電容器的數(shù)量而實(shí)現(xiàn)電容器組無功輸出的變化。然后這種通過調(diào)整電容量器數(shù)量的控制方式，前面我們已經(jīng)講到它存在著只能分級補(bǔ)償固定的無功功率，容易發(fā)生過補(bǔ)或欠補(bǔ)。
Q=U(XL?jXC) 圖片關(guān)鍵詞
根據(jù)無功功率的計算公式，我們可以知道要想改變電容器的無功輸出，可以通過改變市電頻率、市電電壓及增加感性無功等方式實(shí)現(xiàn)。然后國家規(guī)定我國市電頻率為50HZ，市電壓為220V/380V，因此改變市電頻率是不可行。但可以通過可以通過轉(zhuǎn)換電容器組“Y-△”結(jié)線方式從而實(shí)現(xiàn)電容器工作電壓在220V/380V之間轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)功率1X/3X之間的轉(zhuǎn)換。可見此種方式仍然改變不了分級補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，僅是縮小電容組的梯度。若通過采用電感與電容的串聯(lián)接法，通過調(diào)節(jié)電抗以達(dá)到調(diào)節(jié)無功輸出的目的，從原理上分析，這種方式響應(yīng)速度快，閉環(huán)使用時，可做到無差調(diào)節(jié)。從理論上講此補(bǔ)償量可只選擇1組電容器即可，但是要求選用的調(diào)節(jié)電感變化范圍要求較大，要在很大的動態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以體積也相對較大。故在實(shí)際運(yùn)用中以電容組補(bǔ)償先固定步長或其倍數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償作為粗調(diào)，再通過小容量的電容組串接可調(diào)式電感器作為細(xì)調(diào)。效果一樣，可避免可調(diào)式電感體積過大的情況，也減少了可調(diào)線圈本身的線損。
圖片關(guān)鍵詞
此外還可通過對電容量按十進(jìn)制的方式分級組合，通過確定單位數(shù)量其在個位、十位、百位、千位甚至是萬位的相應(yīng)數(shù)字，各級別容量分別投切的方式來實(shí)現(xiàn)電容器容量的調(diào)節(jié)。如分別在若干個等級內(nèi)設(shè)置單位為1、2、2、5的電容量器，這樣0-9單位內(nèi)的任一數(shù)值就可以通過上述三位數(shù)值的組合實(shí)現(xiàn)。如：3=1+2;9=5+2+2。我們可以根據(jù)數(shù)據(jù)所需無功變化范圍設(shè)定相應(yīng)的組，如某企業(yè)電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)投切范圍所需電容容量為1-10000，我們就可以在個位、十位、百位、千位上各設(shè)置一組相應(yīng)級別單位數(shù)量的1、2、2、5的電容器。如：我們所需容量為9561，這樣個位將有1，十位有5、1，百位有5、千位有5、2、2投入工作。這里我們要說明的是，個、十、百、千相應(yīng)的單位數(shù)量可以是uF、F、KF等，如9561KF，即代表個位上的電容量分別為1KF、2KF、2KF、3kF、5KF;十位上的電容量分別為10KF、20KF、20KF、30kF、50KF;而百位上的容量即100KF、200KF、200KF、300kF、500KF;以此類推。
3.3 分相補(bǔ)償
在有些電網(wǎng)中存在三相不平衡的情況，尤其以電焊機(jī)車間最明顯，若三相一起補(bǔ)償勢必會在某相造成欠補(bǔ)償、在某相造成過補(bǔ)償。為解決這一問題，需采取三相分相補(bǔ)償?shù)姆绞健２捎?ldquo;Y-△”結(jié)線方式;共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合，依據(jù)“填平補(bǔ)齊”原則，緩和三相不平衡，既經(jīng)濟(jì)又合理。共補(bǔ)時將電容器組成組采用△形接法投入，而分相補(bǔ)償時則采用Y形接法單個投入。
3.4 一體化復(fù)合開關(guān)的使用
用接觸器投切無功補(bǔ)償電容器，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，不僅會對電網(wǎng)造成干擾，而且影響電容器使用壽命。近些年，國內(nèi)外廣泛采用的晶閘管投切電容器(TSC)無功補(bǔ)償裝置，很好地解決了接觸器投切電容器裝置的問題，其無觸點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)快速投切，不會產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，能抑制涌流，但TSC裝置最明顯的缺點(diǎn)是晶閘管元件有較大電壓降，不僅存在一定的功率損耗，也需要采用風(fēng)扇和散熱器來解決裝置的通風(fēng)與散熱問題，而風(fēng)扇停運(yùn)會影響裝置的正常運(yùn)行，因此風(fēng)扇這種旋轉(zhuǎn)設(shè)備的使用，降低了TSC無功補(bǔ)償裝置的可靠性。
用晶閘管的易控和無觸點(diǎn)特性，使反向并聯(lián)晶閘管工作在電容器投切瞬間的暫態(tài)過程中，起到抑制涌流、過壓和拉弧現(xiàn)象，并能實(shí)現(xiàn)快速投切。利用交流接觸器在可靠閉合時，其主觸點(diǎn)接觸電阻小、導(dǎo)通容量大、壓降小、功耗小、工作安全可靠等特性，使其工作在電容器投入后和切除前的穩(wěn)態(tài)過程中，起到電容器向電網(wǎng)提供無功能量的主通道作用。
圖片關(guān)鍵詞
4、結(jié)束語
綜上所述，采用無功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，是一項投資少，收效快的節(jié)能措施。采用補(bǔ)償電容器進(jìn)行合理的補(bǔ)償一定能取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但要使低壓無功補(bǔ)償裝置真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、延長供用電設(shè)備使用壽命、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，就必須真正做到合理選型，以確保無功補(bǔ)償設(shè)備滿足具體的使用要求。作為無功補(bǔ)償裝置的使用者和制造者，在關(guān)注設(shè)備成本的同時，還應(yīng)該充分考慮裝置的性能優(yōu)劣，從而獲得最大的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
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