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DQZHAN訊：簡論智能型配電無功補償裝置的若干技術

隨大多數電力負荷是感性負載，異步電動機、感應電爐、交流電焊機、日光燈等設備是無功功率的主要消耗者。另外，無功電源與無功占用不平衡，感應電動機和中小容量配電變壓器。一般用電用戶的功率因數滯相且較低，一般都會低于0．7以下，滯相的無功功率在配電網中流動不僅占用配電網容量，造成不必要的損耗，而且導致電網電壓降低。加裝無補償裝置，能增加電網中有功功率的比例常數，就近供給用戶或配電網所需要的滯相無功功率，減少發，供電設備的設計容量，減少投資，能少在配電網中流失的無功功率，提高發輸電設備利用率，減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，降低有功網損，效提高系統的電壓穩定性，保證電網的電壓質量，*終提高供電企業的經濟效益。

1.配電補償的改進

在配電中，無功補償的傳統模式主要有以下三種型式：①裝干配電電動機的單臺就地補償；②裝干配電變壓器配電側的補償箱；③裝干企業配電房或車間以及高層建筑樓層配電間的自動補償柜(如PGJ柜等)。限于篇幅，對單臺補償問題本文不作討論。配電補償箱和補償柜的技術改進和新技術應用歸納起來主要有以下幾方面：由三相共補到分相補償，以求達到更理想的補償效果；由單一的無功補償到同時具有濾波及抑制諧波功能的補償裝置；從采用交流接觸器進行投切，到選用品閘管開關電路投切，以及發展為等電壓投、零電流切的*佳投切模式；智能型自動補償控制器和配電變壓器的運行記錄儀相結合；將配電補償的功能納入箱式變電站或美式箱變的配電部分；采用不銹鋼或航空鋁板的箱體，具有防寒．防曬、密封、防潮、防銹的特點；選用干式或充SF6的自愈式并聯電容器，提高運行可靠性，延長使用年限。

2.并聯電容器的投切開關

2．1交流接觸器

20世紀70年代廣泛應用的PGJ補償柜，都是采用交流接觸器作為并聯電容器的投切開關，迄今仍有沿用。其缺點是：①投入電容時產生倍數較高的涌流，容易在接觸器的觸點處產生火花，燒損觸頭，②切斷電容時，容易粘住觸頭，造成拉不開，③涌流過大對電容器本身有害，會影響使用壽命。當時采用的措施是：適當選擇額定容量較大的接觸器，如用額定電流40A的接觸器投切15kvar的三相電容器(IC=21．7A)，采用專用的接觸器，其型號有CJ16、CJ19、CJ20C、B25C～B75C、CJ4l等系列；每臺電容器加裝串聯小電抗器，用以抑制涌流。

2．2雙向晶閘管開關電路

采用雙向品閘管的無觸點開關電路(又稱固態繼電器)取代交流接觸器用于投切電容器的接線。其優點是過零觸發，無拉弧，動作時間短，可大幅度地限制電容器合閘涌流，特別適合于繁投切的場合。但也存在以下缺點：采用雙向晶閘管制造成本高，晶閘管開關電路的補償柜價格要比采用接觸器的補償柜貴70％～80％左右；晶閘管開關電路運行時有較大的壓降，運行中的電能損耗和發熱問題不可忽視。以BzMJ0.4-15-3并聯電容器為例，其額定電流為21.7A，如品閘管開關的電壓降為1V時，3個晶閘管開關電路運行時，損耗的功率為：P=3×1×2.7=65.1W，如補償柜的無功功率為90kvar，則全部投入時，品閘管的功率損耗為65.1×6=390.6W，以每天平均lOh計，日耗電量達3.906kW-h。年耗量約為l426Kw.h，有功消耗的發熱量還會增加整個補償裝置的溫升，而需采用相應的散熱降溫的措施，如采用接觸器則基本上不消耗有功；晶閘管電路的本身也是諧波源，大量的應用對配電電網的波形不利。因此，除了對品閘管開關電路加以改進外，還應使之在完成開合閘操作后退出，仍由與之并聯的接觸器維持電容器的正常運行。

2．3晶閘管和二極管反并聯的開關電路

一個晶閘管和一個二極管反并聯的接線方案與無觸點開關電路的接線方案對比，由于相同容量的二極管的價格低于晶閘管，故用一只晶閘管和一只二極管反并聯的無觸點開關電路制造成本較低，而技術性能相近，但反應時間則較慢些，切除電容器時，從切除指令的輸出到工作任務的完成，可以在半周波內完成，(即時間t≤10ms)。如采用無觸點開關電路的接線方案，由于二級管的不可控性，通常其切除時間要在0.5～lHz之間，即切除時間t≤20ms。

2.4等電壓投零電流切的新型無觸點開關電路

等電壓投零電流切的新型無觸點開關電路的接線。其運行操作順序說明如下：當投入電容器時，先由微電腦控制器發出信號給開關電路，使之在等電壓時投入電容器，微電腦的控制器緊接著又發信號給接觸器，使其觸點也閉合，將品閘管開關電路短路，由于接觸器閉合后的接觸電阻遠小于開關電路導通時的電阻，達到了節能和延長開關電路使用壽命的目的。當需要切除電容器時控制器先發信號給接觸器，使接觸器觸點斷開，此時開關電路處于導通狀態，并由開關電路在電流過零時，將電容器切除。本方案的優點是：運行功耗低、涌流小、諧波影響小，制造成本低，開關電路和接觸器的使用壽命長。

3.智能型自動控制器

3．1檢測量和控制目標

檢測量主要有COSф、無功功率Q和無功電流Iq三種，20世紀80年代中期多選用以COSф為檢測量的控制器，執行手段是投切電容器，補償的*終目的是減少進出電網的無功功率。此方案的主要缺點是：輕載時容易產生投切震蕩，重載時又不易達到充分補償，故新型的控制器已不再選用以COSф為檢測量。檢測量為Q的控制器，其工作原理是將電壓和電流的信號送人霍爾元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以測出Q=UIsinф，由于檢測量和控制目標都是同一物理量，技術上是合理的，但檢測難度要大些。檢測量為Iq的控制器，利用了相電壓u由正到負過零的瞬間，恰好就是A相無功電流*大值Iqmax的原理，用相電壓U負過零信號控制，采用開關和簡單的保持電路，以完成對Iq實時檢測。這種方案的優點是：檢測方法簡單，不會發生震蕩，補償效果與電網電壓的波動無關。

3．2檢測點的設置方案

有兩種選擇方案：①控制器輸入電壓和電流信號的檢測點設在補償設備的前端A點；②檢測點設在補償設備后端B點。檢測點A由于不能直接檢測負載的無功功率，不易實現多組電容器的一次快速投切，通常采用逐級漸進的投切方式，較慢地達到應補償值，因此僅適用于負載運行較平穩，無大容量沖擊負載，不需要快速動態補償的場合。如接于檢測點B，其優點是僅根據負載Q和Iq測得值，決定電容器投入組數，是一種只管投切，不控制補償后實際效果的控制方式，其優點是控制方式簡單，可一次快速投切多組電容器，缺點是靜態補償的精度較差。

3.3配電綜合測控儀和無功補償自動控制器一體化

無功補償自動控制器和配電綜合測控儀的一體化問題是城網改造提出的配電網自動化問題，運行單位往往要求在配電變壓器的配電側同時加裝無功補償的配電電容器和配電綜合測控儀。以北京首電科技研制的SDPD-2000配電綜合測控儀為例，兼具配電變壓器運行參數的數據采集．顯示和記錄以及無功補償的智能控制和保護等兩大功能。數據采集的范圍包括：電壓、電流、功率因數．有功及無功功率、有功及無功電量、諧波電壓、諧波電流，每日電壓和負載電流的*大值和*小值，停電時刻、來電時刻及累計停電時間，每相過電壓、欠電壓及缺相時間等參數，數據儲存期為2個月。且具有RS232／485通訊接口，可采用現場或遠程采集的方式。顯示方面采用液晶顯示器，全中文直觀顯示配電變壓器運行的有關參數。無功補償智能化控制方面取樣的物理量為負載的無功功率Q；可對△-Y電容器組的任意組合方式進行調節；防止無功投切震蕩及補償呆區；當電網中發生過電壓、欠電壓、缺相、諧波或零序電流超標及電容器溫升超標時，快速切除補償電容器。