智能型低压无功补偿装置若干问题的探讨

1　前言

　　近年来，在城乡 电网 改造的实施过程中，低压并联电容器无功补偿装置的设计方案有了重大的改进和突破，取得了满意的运行效果。对提高供电电压质量，挖掘供电设备的潜力、降低线路损失及节能均起到积极的作用。本文就智能型低压无功补偿装置开发中的若干技术问题和发展方向进行讨论，以供参考。

2　低压补偿的改进

　　低压无功补偿的传统模式主要有以下三种型式，①装于低压电动机的单台就地补偿；②装于配电变压器低压侧的补偿箱；③装于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。低压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：
　　
　　（1）由三相共补到分相补偿，以求达到更理想的补偿效果；
　　（2）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；
　　（3）从采用交流接触器进行投切，到选用 晶闸管 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；
　　（4）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；
　　（5）将低压补偿的功能纳入箱式 变电站 　　或美式箱变的低压部分；
　　（6）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；
　　（7）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。

3　△－Y共补与分补相结合的接线

　　3．1　三相共补的接线

　　传统的低压补偿都是采用三相共补的方式，根据控制器统一取样，各相投入相同的补偿容量，这种补偿方式的接线如图1所示。适用于三相负载基本平衡、各相负载的cosφ相近的 网络 。为什么国内外制造厂对三相共补的电容器均选用△接线呢？主要是额定电压400V的自愈式电容器的价格较同容量额定电压230V的电容器要便宜得多。这是由于原材料价格的原因和400V电容器极间工作电场强度较高的缘故。以400V的电容器为例，用厚8μm金属化膜时，工作场强为50MV／m，如用厚7μm的金属化膜，工作场强为57．14M V／m，而230V的电容器，如维持与上述的工作场强相近时，则必须选用更薄的金属化膜，但4～5μm薄膜的价格要比7～8μm薄膜贵得多，故对230V电容器一般是采取降低工作场强的设计，按照国内的通常价格，同容量的230V电容器的价格为400V电容器价格的2倍以上。

　　3．2　三相分补的接线

　　三相分补方式就是各相分别取样，各相分别投入不同的补偿容量。适用于各相负载相差较大，其cosφ值也有较大差别的场合。接线如图2所示。与三相共补的不同特点是：①单台并联电容器的额定电压为230V，Y接；②控制器分相进行工作，互不影响。当然，其价格高于三相共补的装置，一般要贵20％～30％。

　　3．3　Δ－Y共补与分补相结合的接线

　　从经济的角度出发，也可以采用电容器Δ－Y接线，即三相共补与三相分补相结合的接线方案如图3所示。三相共补部分的电容器为Δ接线，三相分补部分的电容器为Y接线，例如某厂家Δ接电容器组的单台电容器分别为400V，10、15、20、30kvar。Y接电容器组的单台电容器分别为：230V，3、4、5、6、8、10kvar。这种接线方式的补偿装置，运行方式机动灵活，其成套价格低于图2的接线方案。也有的厂家对Y接的电容器组仍采用400V的电容器，其单台铭牌容量与Δ接电容器组选用相同的电容器，而Y接部分的电容器实际输出的容量只有铭牌的1／3。这样做的目的是由于400V的产品比较便宜，即使实际容量较名牌值小，但由于工作场强低，寿命较长，且整个装置只用一个规格的电容器，互换性强。

4　并联电容器的投切开关

　　4．1　交流接触器

　　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：（1）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）；②采用专用的接触器，其型号有CJ16、CJ19、CJ20C、B25C～B75C、CJ41等系列；③每台电容器加装串联小电抗器，用以抑制涌流。

　　4．2　双向晶闸管开关电路

　　采用双向晶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如图4（a）所示。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：①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；②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，如晶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＝3×1×21．7＝65．1W，如补偿柜的无功功率为90kvar，则全部投入时，晶闸管的功率损耗为65．1×6＝390．6W，以每天平均10h计，日耗电量达3．906kW mid dot;h。年耗量约为1426kW·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；（3）晶闸管电路的本身也是谐波源，大量的应用对低压电网的波形不利。因此，除了对晶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。

　　4．3　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如图4（b）所示。与图4（a）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，但反应时间则较漫些，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）。如采用图4（b）的方案，由于二级管的不可控性，通常其切除时间要在0．5～1Hz之间，即切除时间t≤20ms。

　　4．4　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如图5所示，图中J为交流接触器的触点。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，将晶闸管开关电路短路，由于接触器J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J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。

　　4．5　两相两管开关电路投切的三相Δ形接线电容器组

　　两相两管开关电路投切三相Δ形接线电容器组的接线如图6所示。该项投切原理是北京首电科技有限公司的专利技术，已在我国低压配电网中获得广泛的应用，效果是满意的。

5　智能型自动控制器

　　5．1　检 测量 和控制目标

　　检测量主要有cosφ、无功功率Q和无功电流Iq三种，80年代中期多选用以cosφ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[p]