淺析供配電系統(tǒng)三相不平衡的無功補(bǔ)償

鄧治宇

【摘 要】單相電器在三相供電中數(shù)量多，引起三相不平衡的同時(shí)還導(dǎo)致無功補(bǔ)償難度加大。論文分析了三相不平衡的無功補(bǔ)償問題，采用先三相共同補(bǔ)償，再單相獨(dú)立補(bǔ)償?shù)幕旌涎a(bǔ)償方法，避免在三相共同補(bǔ)償時(shí)出現(xiàn)過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償情況。保證了無功補(bǔ)償?shù)母咝?、可靠性、?jīng)濟(jì)性，取得較好效果。

【Abstract】In the three-phase power supply， the number of single-phase power supply is more and more serious， which leads to the unbalance of three-phase power supply and increases the difficulties of reactive power compensation. In this paper， the problem of unbalanced three-phase reactive power compensation is analyzed， which is based on the method of three-phase compensation and single-phase independent compensation. It can avoid the overcompensation and under compensated phenomenon in the process of three-phase reactive power compensation， ensure the high efficiency， reliability and economy of reactive power compensation.

【關(guān)鍵詞】無功補(bǔ)償；三相不平衡；電容器

【Keywords】 reactive power compensation； three-phase unbalance； capacitor

【中圖分類號(hào)】TM714 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0149-02

1 問題的提出

目前，在用電設(shè)備中大多數(shù)為感性負(fù)載，消耗有功功率的同時(shí)，還產(chǎn)生大量無功功率，導(dǎo)致功率因數(shù)（cosφ）偏低。功率因數(shù)低造成有功功率一定時(shí)線路電流和變壓器容量增加，電力系統(tǒng)無法得到充分利用，降低了電能質(zhì)量、電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)供電企業(yè)每有向用戶收取電費(fèi)，如平均功率因數(shù)低于規(guī)定值時(shí)，則要收取額外費(fèi)用，以鼓勵(lì)用戶提高功率因數(shù)。100kV·A及以上高壓供電用戶功率因數(shù)為0.9以上，其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購(gòu)轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)0.85以上[1]。

在工廠中三相交流電動(dòng)機(jī)、變壓器等三相對(duì)稱負(fù)載給三相電源每一相引起的無功功率是相同的，也就是說三相電源每一相的功率因數(shù)相同。但是在供配電系統(tǒng)中存在有大量的單相負(fù)荷，例如家電、辦公設(shè)備、手持電動(dòng)工具、小功率電焊機(jī)、照明燈等，這類負(fù)荷的使用沒有規(guī)律，呈現(xiàn)出明顯的隨機(jī)性，因此電網(wǎng)三相不平衡問題非常普遍，并且電網(wǎng)中三相電源每一相的功率因數(shù)也有明顯差別。如何對(duì)三相不平衡電力系統(tǒng)的進(jìn)行有效的無功補(bǔ)償，減小電能損耗，改善電網(wǎng)的運(yùn)行是當(dāng)前許多電力用戶面臨的問題。

2 并聯(lián)電容無功補(bǔ)償?shù)姆N類

在工程技術(shù)中主要采用并聯(lián)電容的方法實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，感性電路的無功功率可和與電容電路的無功功率相互補(bǔ)償，從而減小與交流電源進(jìn)行交換的無功功率，提高線路功率因數(shù)。

2.1 高壓集中補(bǔ)償

高壓集中補(bǔ)償一般是將高壓電容安裝在10kV電壓以上的母線上。這種方式可以補(bǔ)償高壓母線上的無功功率，對(duì)于用戶在母線以后和低壓則的無功功率作用不大，更無法有效解決三相不平衡時(shí)的功率補(bǔ)償。但是高壓集中補(bǔ)償投資少，維護(hù)方便，可以滿足單相設(shè)備容量少（單相容量小于總?cè)萘康?5%）的大中型工廠的總功率因數(shù)要求。

2.2 低壓集中補(bǔ)償

低壓集中補(bǔ)償主要用于380V母線上，針對(duì)低壓側(cè)的無功功率進(jìn)行有效的補(bǔ)償，成本低、效果好。采用低壓電容組，按Δ聯(lián)結(jié)，通常是取B相的功率因數(shù)后，對(duì)三相同時(shí)補(bǔ)償，三相平衡配電系統(tǒng)中表現(xiàn)優(yōu)異。但是在解決三相不平衡時(shí)的無功功率補(bǔ)償問題上表現(xiàn)出其先天不足。因?yàn)檠a(bǔ)償后的三相功率因數(shù)不同，以B相為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償可以達(dá)到良好的效果，而A相、C相就有可能出現(xiàn)欠補(bǔ)償或者過補(bǔ)償?shù)那闆r，不能從根本上解決問題。

2.3 單相補(bǔ)償

單相補(bǔ)償是對(duì)低壓三相負(fù)荷的功率因數(shù)進(jìn)行分別計(jì)算，算出每一相所需要補(bǔ)償?shù)碾娙萘窟M(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，完全避免低壓集中補(bǔ)償中出現(xiàn)的欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償?shù)那闆r。這種方式對(duì)三相不平衡系統(tǒng)可以獲得理想的補(bǔ)償效果，能從根本上解決問題。單相補(bǔ)償中注意電容器容量要與線路容量相匹配，大容量電容補(bǔ)償小容量線路會(huì)導(dǎo)致精度降低；小容量電容補(bǔ)償大容量線路會(huì)出現(xiàn)切換頻繁。為了提高補(bǔ)償?shù)木龋瑢蝹€(gè)補(bǔ)償電容器的容量減小，總組數(shù)增加。由于每組電容器的投切都需要一只開關(guān)器件控制，更多的分組意味著開關(guān)器件使用量的增加，這將引起成本的上升[2]。

2.4 混合補(bǔ)償

混合補(bǔ)償是將低壓集中補(bǔ)償和單相補(bǔ)償相結(jié)合的方式，先用低壓電容組對(duì)三相負(fù)載中對(duì)稱分量進(jìn)行集中補(bǔ)償，再采用單相電容器對(duì)三相負(fù)載的不對(duì)稱分量進(jìn)行補(bǔ)償。混合補(bǔ)償能吸取優(yōu)點(diǎn)，在滿足技術(shù)要求的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的控制?；旌涎a(bǔ)償可廣泛應(yīng)用于居民小區(qū)、大型綜合建筑、單相設(shè)備比重大的企業(yè)等。

3 混合補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

3.1 混合補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)

用JKGFF-3G3F型智能混合無功補(bǔ)償控制器實(shí)現(xiàn)某用戶的無功補(bǔ)償，如圖1所示。其中前3路為三相共補(bǔ)回路，后9路為分別為A單相補(bǔ)償回路、B單相補(bǔ)償回路、C單相補(bǔ)償回路。該控制器先執(zhí)行三相共同補(bǔ)償，再通過分析計(jì)算，對(duì)每一相的無功功率進(jìn)行單相補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)混合補(bǔ)償。在圖1中因篇幅限制未繪制出放電燈、保護(hù)裝置和端子等內(nèi)容。

JKGFF-3G3F型智能混合無功補(bǔ)償控制器與電流互感器、電壓互感器相互配合，獲取三相線路上的電流、電壓、功率因數(shù)參數(shù)，按用戶預(yù)先設(shè)定的工作模式進(jìn)行無功補(bǔ)償。JKGFF-3G3F的主要端子分配如表1。

3.2 補(bǔ)償電容器的保護(hù)

電容器對(duì)電壓較為敏感，對(duì)于電容器所受電壓不超過額定電壓的10%。在電容器應(yīng)用的線路中如果易出現(xiàn)電壓波動(dòng)要加入過電壓保護(hù)裝置，否則有可能導(dǎo)致補(bǔ)償電容器過壓擊穿。

在現(xiàn)在供配電系統(tǒng)中存在有大量的非線性負(fù)荷，使得電網(wǎng)中的諧波含量常常很高。在線路中變壓器電抗、電網(wǎng)電感和電容器形成一個(gè)振蕩回路。當(dāng)該同路的固有頻率與電流諧波的頻率相互重合時(shí)，振蕩回路勵(lì)磁而產(chǎn)生很高的過電流，造成供電回路過載，甚至引起電容器的燒毀[2]。有必要在電容器支路中串聯(lián)一個(gè)電感用于防止產(chǎn)生諧振和吸收高次諧波電流。

4 結(jié)語

現(xiàn)代電網(wǎng)中負(fù)荷出現(xiàn)的多樣性、復(fù)雜性，電網(wǎng)的三相不平衡和無功功率補(bǔ)償?shù)葐栴}日益突出，是供電系統(tǒng)中一個(gè)重要的研究方向。電網(wǎng)的三相不平衡的綜合治理措施及智能換相GUI技術(shù)研究也得到發(fā)展，今后有希望從技術(shù)上解決一定范圍內(nèi)的三相不平衡問題。新型的靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）等的研究與運(yùn)用，會(huì)使得無功補(bǔ)償技術(shù)更加完善與智能。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉介才.工廠供電（第4版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

【2】蔡金珠，劉文杰，胡建剛，等.一種不對(duì)稱負(fù)荷的無功功率混合補(bǔ)償方式[J]. 電器與能效管理技術(shù)，2009（17）：46-49.