低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究綜述

郭金波

（高青縣供電公司，山東 高青 256300）

1 低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x

1.1 提高功率因數(shù)

功率因數(shù)可以表示為下述形式：

其中U—線電壓，I—線電流?？梢?jiàn)，在一定的電壓和電流下，提高cosφ，其輸出的有功功率就大。因此改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛力，提高設(shè)備的利用率的有效辦法。

1.2 減少電壓損失

電力網(wǎng)的電壓損失可用下式求出：

可見(jiàn)影響△U的因數(shù)有4個(gè)：線路的有功功率P、無(wú)功功率Q、電阻R和電抗X。如果采用容抗為T(mén)P的電容來(lái)補(bǔ)償，則電壓損失為：

故采用補(bǔ)償電容提高功率因數(shù)后，電壓損失△U減少，改善了電壓。

1.3 減少線路損失

當(dāng)線路通過(guò)電流I時(shí)，其有功損耗：

可見(jiàn)線路有功損失△P與cos2φ成反比，cosφ越高，△P越少。

2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹?/h2>

電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分：①有功功率；②無(wú)功功率。在電力系統(tǒng)中，不僅有功功率要平衡，無(wú)功功率也要平衡。假設(shè)有功功率P、無(wú)功功率Q、視在功率S，φ為功率因數(shù)角，它的余弦cosφ＝p/s就是功率因數(shù)。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用電企業(yè)的功率因數(shù)cosφ越小，則所需的無(wú)功功率越大。如果不進(jìn)行補(bǔ)償，則必須由供電系統(tǒng)提供。為了滿(mǎn)足用電要求，供電線路和變壓器的容量就必須增大，這不僅增加了供電投資、降低了設(shè)備的利用率，還將增加線路損耗。不論是對(duì)于供電部門(mén)還是用電部門(mén)，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行適時(shí)補(bǔ)償以提高功率因數(shù)，以防止無(wú)功倒送，從而節(jié)約電能，提高運(yùn)行質(zhì)量都具有非常重要的作用。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提高電能作功的能力。把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷的裝置并聯(lián)接在同一電路中，能量在兩種負(fù)荷間相互轉(zhuǎn)換，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償，這就是無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>

3 無(wú)功補(bǔ)償裝置分類(lèi)

按安裝的部位分，可分為集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償、末端補(bǔ)償。按主電路控制投切電容器的原件類(lèi)型分，可分為接觸器投切、晶閘管投切、復(fù)合投切。按補(bǔ)償相數(shù)分，可分為單相補(bǔ)償、三相補(bǔ)償、混合補(bǔ)償。按控制投切電容器的原件類(lèi)型分，可分為機(jī)電開(kāi)關(guān)投切、半導(dǎo)體電子開(kāi)關(guān)投切、復(fù)合開(kāi)關(guān)投切。

4 傳統(tǒng)低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的缺點(diǎn)

投切開(kāi)關(guān)多采用交流接觸器。其缺點(diǎn)是投切響應(yīng)速度較慢，在投切過(guò)程中會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊涌流，使用壽命短、故障多、維修費(fèi)用高。采集單一信號(hào)，采用三相電容器，三相共補(bǔ)。此種補(bǔ)償方式主要適用于三相負(fù)載（電動(dòng)機(jī)）的場(chǎng)合，但主要用電為單相負(fù)荷的居民用戶(hù)，難免三相負(fù)荷不平衡。那么，各相無(wú)功電量也不同，采用這種補(bǔ)償方式會(huì)在不同程度上出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)。無(wú)功控制策略，控制物理量多為電壓、功率因數(shù)、無(wú)功電流。投切方式為循環(huán)投切和編碼投切。該策略沒(méi)有考慮電壓的平衡關(guān)系與區(qū)域的無(wú)功優(yōu)化。通常不具備配電監(jiān)測(cè)功能。

5 配電系統(tǒng)智能低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

5.1 先進(jìn)的投切開(kāi)關(guān)技術(shù)

目前采用的投切開(kāi)關(guān)主要有以下幾種：過(guò)零觸發(fā)可控硅控制電子開(kāi)關(guān)，其特點(diǎn)是投切速度快，在投切過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊、無(wú)涌流，壽命較長(zhǎng)，但有一定的功耗和諧波污染，目前運(yùn)用較普遍；機(jī)電一體化智能復(fù)合開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)是由交流接觸器和固態(tài)繼電器并聯(lián)運(yùn)行，既有可控硅開(kāi)關(guān)過(guò)零投切的優(yōu)點(diǎn)，又有接觸器開(kāi)關(guān)功耗小的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于低壓無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)；低涌流真空開(kāi)關(guān)采用自身的控制裝置，監(jiān)測(cè)電源及電容器的端電壓，在事先設(shè)定的相位角發(fā)出合閘脈沖使開(kāi)關(guān)各項(xiàng)合閘，避免了元件串聯(lián)而引起的同步及保護(hù)問(wèn)題，更具廣泛的應(yīng)用空間。

5.2 智能低壓無(wú)功補(bǔ)償方式

隨著負(fù)載類(lèi)型越來(lái)越復(fù)雜，電網(wǎng)對(duì)無(wú)功要求也越來(lái)越高，單純的固定補(bǔ)償已不能滿(mǎn)足要求，新的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)能較好地適應(yīng)負(fù)載變化。電網(wǎng)中三相不平衡的情況越來(lái)越多，三相共補(bǔ)同投同切已無(wú)法解決三相不平衡的問(wèn)題，而全部采用單相補(bǔ)償則投資較大。為此根據(jù)負(fù)載情況充分考慮經(jīng)濟(jì)性的共分結(jié)合方式在新的經(jīng)濟(jì)條件下日益廣泛應(yīng)用。穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償與快速跟蹤補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，主要是針對(duì)大型企業(yè)，工藝復(fù)雜、用電量大、負(fù)載變化快、波動(dòng)大，充分有效地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，不僅可以提高功率因數(shù)、節(jié)能降耗，而且可以充分改善設(shè)備的工作容量，充分發(fā)揮設(shè)備能力，提高工作效率，增大經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 智能型無(wú)功補(bǔ)償控制器的選用

以無(wú)功功率為控制物理量，以用戶(hù)設(shè)定的功率因數(shù)為投切參考限量，依據(jù)模糊控制理論智能選擇電容器組合，智能投切是針對(duì)星－角結(jié)合情況。電容投切控制采用智能控制理論，自動(dòng)及時(shí)地投切電容補(bǔ)償，同時(shí)集數(shù)據(jù)采集、通信、無(wú)功補(bǔ)償、電網(wǎng)參數(shù)、分析等于一體，并通過(guò)后臺(tái)軟件將存儲(chǔ)記錄的數(shù)據(jù)以圖表或報(bào)表的形式顯示、打印，及時(shí)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)補(bǔ)償無(wú)功功率容量。根據(jù)配電系統(tǒng)三相中每一相無(wú)功功率的大小智能選擇電容器組合，依據(jù)“取平補(bǔ)齊”的原則投入電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電容器投切的智能控制，使補(bǔ)償精度高。

5.4 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及分析

對(duì)整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)諧波含量，電壓閃變、擾動(dòng)，頻率偏差，不平衡度，功率因數(shù)等電能質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)觸發(fā)波形捕捉，記錄擾動(dòng)波形，進(jìn)行電能質(zhì)量分析和故障分析。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，更為先進(jìn)的補(bǔ)償裝置出現(xiàn)，對(duì)提高供電電壓質(zhì)量、改善供電設(shè)備的潛力、降低線路損失及節(jié)能均起到積極的作用。