低压无功补偿装置的器件分析和选型.docx

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1、摘要：本文从实际应用动身，针对低压无功补偿装置的选型问题，对目前低压无功补偿装置中所涉及的要点和器件（补偿容量、限制器、投切装置）进行了比较和分析。文中对新型的电容器投切装置机电一体化复合开关进行了具体介绍，提出了无功补偿装置中器件选择的好用方法。关键词：无功补偿容量无功补偿限制器机电一体化复合开关前言现有供电设备虽经多次改造，仍旧难以满足日益增长的电力负荷需求，目前全国各地己不同程度地出现了缺电和拉闸限电的现象。解决电力供应惊慌的问题，除了加快电厂建设以外，采纳合理的无功补偿不失为一条有效的途径。做好无功补偿工作，不但可起到扩大现有输变电设备供电实力、改善电能质量、降低线路损耗、缓解供电实力

2、不足的作用，而且还能取得良好的经济效益,如延长供用电设备的运用寿命、降低用户的电费支出等。无功补偿的重要性及其解决问题的现实性，目前已得到了业内共识，各地也相继安装r很多不同形式的无功补偿装置，但从其运用的效果来看却不尽相同。特殊是运行在0.4kV级的无功补偿装置，由于其补偿点多，分布面广，专业技术管理的力度相对薄弱，因此，在补偿的精确性、运行的平安性、动作的牢靠性、设备的先进性、以及维护量的多少、运用寿命的长短等方面，存在着优劣并存，良莠不齐的现状。例如：某单位的无功补偿屏安装后，始终不能正常运用，成为闲置设备：又如：某单位杆上变压器的低压补偿电容器投入后,立即引起线路跳闸，只好将电容器拆除

3、后才能正常供电此类不良补偿现象，在实际工作中时有发生，究其缘由，主要是没有依据具体的负荷性质，恰当地选择优质补偿设备。本文就低压无功补偿装置的器件选型问题，提出一些浅见，以起到抛砖引玉的作用，并希望能为实际工作供应点参考。一、补偿电容器的容量及相关因素补偿电容量的正确选择，是获得良好补偿效果的重要环节，具体选择时，可考虑如下几个因素：1、供电变压器的空载无功补偿一般可选变压器总容量3%的并联电容器作为固定补偿，以补偿变压器的空载无功损耗。2、确定多路补偿的容量梯度了解用电负荷的最大值、最小值、负荷的波动状况，依据具体状况以确定电容器的投切步长和分组路数，做到对无功改变的精确跟踪。3、平衡补偿、

4、分相补偿、复合补偿的选择确定三相负荷的不平衡程度，必要时需进行现场测量，以确定采纳三相平衡补偿还是采纳复合补偿方式。当三相严峻不平衡时，最好选用适当容量的分相补偿。来源:输配电设备网4、确定补偿电容器的总容量测量自然功率因数，确定目标功率因数，依据两者之差确定所须要的无功补偿总容量。若已知：有功功率P,自然功率因数C0S(p1.,目标功率因数cos2e则所需补偿的电容器总容量为：Q=P(tan1.-tan(p2)5、确定是否采纳抗谐波无功补偿电容器当电网谐波重量较大时，应进行现场谐波测试，必要时需采纳与电抗器配套设计的专用电容器，以防止在较大谐波的作用下，补偿装置无法正常运行或电容器易损坏的现

5、象发生。二、无功补偿限制器的选择随着电子技术的发展，先后出现了集成电路、CPU、DSP等技术构成的、各具特色的无功补偿限制器。随着无功补偿产品市场需求的逐步扩大，生产无功补偿限制器的厂家越来越多，产品质量和产品性能也千差万别。因此，在限制器的选择上要特殊慎重，应严格依据D1./T597低压无功补偿限制器订货技术条件、JB/T9663低压无功功率自动补偿限制器等专业标准中规定的各项要求，依据具体的补偿需求和负荷特性，选择专业化厂家生产的合格限制器。一般状况下，可从以卜几个方面对限制器进行选择：1、对于电网负荷波动不大，且三相负荷基本平衡，仅以提高功率因数为目标的状况，为了降低设备成本，可选用功能

6、单一、操作简便的简易型无功补偿限制器。其限制物理量可不做严格要求，可采纳无功功率、无功电流或功率因数作为限制物理量，也可采纳复合型限制物理量。投切方式可采纳较简洁的循环投切模式。这样即能达到较好的无功补偿效果，乂能降低设备的生产制造成本，同时设备操作简洁，便于维护。2、对于电网负荷波动频繁、最大负荷与最小负荷间的差距较大，但三相负荷基本平衡的状况，宜选用性能较好的限制器。例如选用无功电流或无功功率作为限制物理量，且投入门限和切除门限应能够分别设定，以防止出现投切震荡，同时还应具有过压和欠流等爱护功能。投切方式最好采纳可进行程序限制的“编码+循环”投切方式，以确保限制器能够快速精确地对无功功率的

7、改变进行动态跟踪补偿。3、当电网负荷波动频繁，最大负荷与最小负荷差距较大，同时三相负荷严峻不平衡时，对限制器的选择就提出了更高的要求，应具有“分相+平衡”复合投切功能。其限制物理量应为复合型（无功功率+功率因数），其性能参数应不低于以下要求：(1)灵敏度WOOmA(2)动作误差不大于下表的规定:取样物理量允许误差无功功率20%无功电流20%功率因数2.5%(3)稳定范围：确保限制器在满足补偿要求的前提下，确保稳定工作，不出现投切震荡。4、为了协作电网自动化的实施，在提高功率因数的同时，还要求能够实时监测电网的各项运行参数，在这种状况下，则须要选择具有综合测试功能的无功补偿限制器(配电综合测控仪

8、)。该限制器除应具有前3项中提到的复合型限制物理量、复合投切功能、较高的灵敏度和稳定度、较小的动作误差、以及过压、欠流等爱护功能外，还应具有电网参数实时在线测量、数据存储、数据显示、电报校时、停电数据爱护、数据采集和数据远传等功能。同时应配套功能完善的支持性后台软件，以便对采集到的数据进行有效的分析和直观的图形显示，并能输出各类相关的报表。若数据传输采纳GPRS无线通讯方式，还可以完全免掉通讯网络建设投资和人工抄表工作，节约大量的财力和人力。5、对于非线性负荷较多、电网谐波重量较大的状况，必需选用具有谐波测量和谐波超限爱护功能的无功补偿限制器，并选配参数合理的抗谐波电抗器，构成抗谐波无功补偿限

9、制装置.，以便在谐波较严峻的工况下仍能牢靠运行，达到满足的补偿效果。三、电容投切装置的选择无功补偿电容器的投切器件较多，其投切的平稳度和运用寿命也相差很大，下面分别加以说明：1、一般沟通接触器由于电容器在投入和切除时会产生很大的涌流和过压，暂态高压和投切冲击电流会导致电器绝缘击穿和接触器触头烧损，使接触需频繁损坏，同时还会影响电容器运用寿命和对电网造成干扰。因此，一般沟通接触器投切电容器的限制方式目前已基本淘汰。2、电容器投切专用接触器为了解决一般接触器易烧损的问题，一些生产企业研制了带有抑制涌流装置的电容器投切专用接触器。该接触器是在一般沟通接触器的主触点上加装了一套限流阻抗，在电容器投切不

10、频繁时，起到了肯定的作用。但其抑制电容器涌流的效果并不志向，当电流较大时，其限流阻抗和主触点被烧毁的现象时有发生。特殊在无功负荷波动大，电容器投切常见的状况卜.，其实际运用寿命一般仅在一年左右，就必需进行检修或更换。来源：:/tcde采纳专用接触器进行电容器投切的无功补偿装置，只适用于在负荷基本平稳、且三相电压基本平衡的志向工作环境下运用。3、晶闸管电子开关要提高无功补偿装置的运用寿命和投切稳定性，必需彻底解决电容器投切时产生的涌流、过压和分断电弧过大等问题。利用晶闸管实现电压过零投入、电流过零切除、开关无触点、反应速度快等特性，可实现电容器的投入无涌流、切除无过压、投切无电弧的快速动态补偿功

11、能，因而较好地解决了电容器投切时产生的暂态冲击现象。目前，采纳晶闸管投切电容器（TSC）的无功补偿装置已得到了较多的应用。但晶闸管元件最明显的缺点是在导通状态下有较大的管压降，这不仅存在肯定的功率损耗，还产生了很高的温升，须要运用轴流风扇和体积较大的专用散热器，来解决其通风散热问题，同时还需运用温控开关来限制轴流风扇的适时启动。由于轴流风扇是具有机械旋转运动的易损器件，存在着肯定的不行靠性，风扇一旦停止运转，就会影响装置的正常运行，因此降低了TSC无功补偿装置的牢靠性。由此可见，采纳晶闸管作为电容器的投切装置，虽然解决了电容器投切过程中的涌流、过压、分断电弧等问题，但其自身也存在着明显不足，如

12、散热器体枳大、冷却风扇易损坏、需外加温控开关和触发电路等协助器件、结构困难等。来源：:/tcdc由于04kV级的低压无功补偿装置安装地点分散、数量多、运行和维护的工作量大，因此，在无功补偿装置的选用中，晶闸管电容投切装置所暴露的缺陷已不容忽视。选用牢靠性更高、运用寿命更长的免维护型电容器投切装置，是达到良好补偿效果、降低运行和维护费用、实现高效、节能、平安、经济运行的重要问题。4、机电一体化复合开关近年来，一些专业厂家研制了不同形式的机电体化复合开关，作为电容器的投切装置。其中有些机电开关已能达到良好的电容器投切效果，并取得了很好的运行阅历。因机电一体开关是一种新型的电容器投切装置，下面将其工

13、作原理、结构特点和选用留意事项作一简洁介绍。主接线和工作原理普通交流接触器机电一体化开关的基本构成：CPU限制单元接收无功补偿限制器发出的电容器投切信号，即“限制信号1”，并按预先设定的程序发出晶闸管和沟通接触器的通断限制信号。晶闸管电子开关它接收CPU限制单元发出的触发信号，实现电容器的零电压投入和零电流切除功能。沟通接触器它接收CPU限制单元发出的分合指令，即“限制信号2”。沟通接触器只在稳态时，起到无功补偿电容器与电网之间的能量传递作用。机电一体化开关的设计思想：由上图可见，机电一体化开关的通断器件有两种，即正反向并联晶闸管和一般沟通接触器。其设计思想是：将电容器投切和运行的不同特性，分

14、为暂态和稳态两个过程，分别采纳不同特性的器件进行限制，即：利用晶闸管的易控和无触点特性，使反向并联晶闸管工作在电容器投切瞬间的暂态过程中，起到抑制涌流、过压和拉弧现象,并能实现快速投切。利用沟通接触器在牢能闭合时，其主触点接触电阻小、导通容量大、压降小、功耗小、工作平安牢靠等特性，使其工作在电容器投入后和切除前的稳态过程中，起到电容器向电网供应无功能量的主通道作用。来源：:/tede机电一体化开关的原理框图：实现上述设计思想的核心部件，是机电一体化限制单元，它由程序化限制电路、正反向并联晶闸管和阻容能量汲取电路所组成。机电一体化限制单元的原理框图如下：当无功补偿限制器依据电网无功的增量，向机电

15、一体化限制单元发出投入或切除电容器的限制信号时，该信号通过光电转换后进入单片机，启动相应的时序限制程序，单片机依据规定的程序步骤，发出晶闸管通断指令和接触器通断指令，该指令通过功率放大和光电隔离后，驱动晶闸管和沟通接触器按预先设定的程序适时动作，确保平安牢靠地对电容器进行投切操作。机电一体化复合开关的动作时序：对机电体化复合开关动作时序的要求是：投入时段一首先使晶闸管电子开关在电压过零时刻导通，将电容器平稳牢靠地接入电网，井维持导通状态；接着使沟通接触器导通，使其处于同晶闸管并联工作的状态，并持续一段时间；最终，电路已处于稳定工作状态，将晶闸管断开退出工作,使沟通接触器独立担当电容器与电网的连通作用。切除时段苜先使晶闸管电子开关导通，使其处于同沟通接触器并联工作的状态；接着使沟通接触器断开退出工作，电容器与电网的连通作用短时内由晶闸管独立担当；最终切除晶闸管的触发信号，使晶闸管在电流过零时自然关断。机电一体化复合开关的动作时序图如下所示:由时序图可见，无论沟通接触器的主触点是在闭合时刻还是在开断时刻，晶闸管电子开关都是处于牢靠导通的状态，因此，沟通接触瑞的主触点上基本不会产生电弧，从而使接触器的运用寿命得到了很大的提高，同时消退了电路的电弧干扰，使整个系统更加平安牢靠。开关的结构、特点及选用留意事项从机电一体化复合开关的结构形式来看，主