如何做好低壓配電網(wǎng)無功補償

戴錦輝

【摘 要】隨著社會的發(fā)展、科學技術(shù)進步，城鄉(xiāng)一體化逐步形成，人民生活水平不斷提高，大量的用電設(shè)備進行辦公室及普通家庭，要求低壓配電網(wǎng)的供電可靠性和供電質(zhì)量不斷提高。而無功補償技術(shù)作為低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的重要技術(shù)控制措施，在低壓配電網(wǎng)中被廣泛應用。本文重點介紹低壓配電網(wǎng)電容無功補償?shù)默F(xiàn)狀和今后發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】無功功率產(chǎn)生；無功補償現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

一、配電網(wǎng)無功功率的產(chǎn)生

在交流電力系統(tǒng)中，發(fā)電機在發(fā)有功功率的同時也發(fā)無功功率，它是主要的無功功率電源；運行中的輸電線路，由于線間和線對地間的電容效應也產(chǎn)生部分無功功率，稱為線路的充電功率，它和電壓的高低、線路的長短以及線路的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。電能的用戶（負荷）在需要有功功率的同時還需要無功功率，其大小和負荷的功率因數(shù)有關(guān)；由此可見，無功功率在輸、配電線、變壓器中的流動會增加有功功率損耗，產(chǎn)生電壓降落。

一般情況下，電力系統(tǒng)中發(fā)電機所發(fā)的無功功率和輸電線的充電功率不足以滿足負荷的無功需求和系統(tǒng)中無功的損耗，為了減少有功損失和電壓降落，提高線路的供電能力，不希望大量的無功功率在網(wǎng)絡(luò)中流動，所以在負荷中心需要加裝無功功率電源，以實現(xiàn)無功功率的就地供應、分區(qū)平衡的原則。

二、低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)默F(xiàn)狀

（一）目前低壓電網(wǎng)無功補償普遍采取在配電房集中補償、分散就地補償和個別補償三種方式。

（二）無功信號的采集使用單相信號，利用三相電容器進行三相共補：

現(xiàn)在控制信號采集一般在單相上進行，這種方式不能滿足三相負荷量在同一時間不同變化要求。三相共補償方式適用于負荷主要是使用三相負載的地方，如工業(yè)開發(fā)區(qū)的工業(yè)用電。多采用集中補償和就地補償，即隨機補償。但對于當前的負載主要為居民用戶，由于電源接入點不同和用電負荷不同，三相負荷很可能不平衡，各相無功需量也不同，采用這種補償方式會在不同程度上出現(xiàn)過補或欠補。

（三）無功控制方法、投切方式及主要設(shè)備

無功控制物理量多用電壓、功率因數(shù)、無功電流，投切方式為：循環(huán)投切、編碼投切。這種策略沒有考慮電壓的平衡關(guān)系與區(qū)域的無功優(yōu)化。使用電容器容量大，且由多個電容器并列分組進行循環(huán)投切，投切開關(guān)多采用交流接觸器，其缺點是響應速度較慢，在投切過程中會對電網(wǎng)和交流接觸器的接點產(chǎn)生沖擊涌流，影響電網(wǎng)質(zhì)量降低交流接觸器使用壽命。

（四）不具備配電監(jiān)測功能

現(xiàn)價段低壓配電網(wǎng)的無功補償都不具備配電監(jiān)測功能，依靠人為操作普遍存在時效性差的缺點，從而影響它的經(jīng)濟性和全安性。

三、無功補償?shù)淖饔?/p>

（一）提高用電戶的功率因數(shù)，提高用電設(shè)備的利用率，降低用電成本；

（二）減少供電網(wǎng)絡(luò)的有功損耗，提高線路的供電能力；

（三）合理地控制電力系統(tǒng)的無功功率流動，從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平，改善電能質(zhì)量，提高了電力系統(tǒng)的抗干擾能力；

（四）在動態(tài)的無功補償裝置上，配置自動補償調(diào)節(jié)器，可以改善電力系統(tǒng)的動態(tài)性能，提高輸電線的輸送能力和穩(wěn)定性；

（五）裝設(shè)靜止無功補償器還能改善電網(wǎng)的電壓波形，減小諧波分量和解決負序電流問題。對電容器、電纜、電機、變壓器等還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。

四、無功補償發(fā)展方向

為適應當前社會發(fā)展，滿足用電戶負荷類型的要求和用電負荷的需求，提高補償精度，減少欠補償和過補償情況發(fā)生，要做好低壓電網(wǎng)的無功補償從以下方法進行：

（一）補償方式

1、固定補償與動態(tài)補償相結(jié)合

隨著新技術(shù)，新設(shè)備的應用和發(fā)展，負載類型越來越復雜，電網(wǎng)對無功要求也越來越高，用電戶要求的供電可靠性不斷提高，因此單純的固定補償已經(jīng)不能滿足要求，新的動態(tài)自動無功補償技術(shù)能較好地適應負載變化。

2、三相共補與分相補償相結(jié)合

隨著人們的生產(chǎn)水平不斷提高，大量的家用電器進入家庭，且多為單相用電設(shè)備，電網(wǎng)中三相不平衡的情況越來越多，導致控制開關(guān)跳閘情況頻發(fā)，三相共補同投同切已無法解決三相不平衡的問題，而全部采用單相補償則投資較大，目前還不能普及。因此根據(jù)負載情況充分考慮經(jīng)濟性的共分結(jié)合方式在新的經(jīng)濟條件下日益廣泛應用。

3、穩(wěn)態(tài)補償與快速跟蹤補償相結(jié)合

穩(wěn)態(tài)補償與快速跟蹤補償相結(jié)合的補償方式是未來發(fā)展的一個趨勢。主要是針對大型的鋼鐵冶金等企業(yè)，工藝復雜、用電量大、負載變化快、波動大，充分有效地進行無功補償，不僅可以提高功率因數(shù)、降損節(jié)能，而且可以充分挖掘設(shè)備的工作容量，充分發(fā)揮設(shè)備能力，提高工作效率，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，經(jīng)濟效益大。

（二）采用先進的投切開關(guān)種類

1、過零觸發(fā)固態(tài)繼電器

其特點是動態(tài)響應快，在投切過程中對電網(wǎng)無沖擊、無涌流，壽命較長，但有一定的功耗和諧波污染，目前運用比較普遍。

2、智能復合開關(guān)

復合開關(guān)投切裝置工作原理是先由可控硅在電壓過零時投入電容器，然后再由磁保持交流接觸器觸點并聯(lián)閉合，可控硅退出，電容器在磁保持繼電器觸點閉合下運行，既實現(xiàn)了快速投切，又降低了功耗。目前主要由于成本及可靠性原因應用較少。

3、無涌流電容投切器

無涌流電容投切器是無觸點開關(guān)在電壓過零時投入電容器，然后轉(zhuǎn)接到專用接觸器下運行，優(yōu)點無涌流、不發(fā)熱、節(jié)能、安全、壽命長。目前正在逐步推廣應用，是無功補償設(shè)備的發(fā)展趨向。

（三）采用智能型無功控制策略

采集三相電壓、電流信號，跟蹤系統(tǒng)中無功的變化，以無功功率為控制物理量，以用戶設(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，智能投切是針對星—角結(jié)合情況。電容投切控制采用智能控制理論，自動及時地投切電容補償，補償無功功率容量。根據(jù)配電系統(tǒng)三相中每一相無功功率的大小智能選擇電容器組合，依據(jù)“取平補齊”的原則投入電網(wǎng)，實現(xiàn)電容器投切的智能控制，使補償精度高。

科學的電壓限制條件?？稍O(shè)定的過、欠壓保護值，可設(shè)置禁投（低谷高電壓）、禁切（高峰低電壓）電壓值，具缺相保護功能，以無功功率為投切門限值。

（四）可設(shè)置投切延時。延時時間可調(diào)（既可支持快速跟蹤無功補償，也可支持穩(wěn)態(tài)補償），同組電容投切動作時間間隔可設(shè)置，對快速跟蹤補償可設(shè)置為零。

（五）集成綜合配電監(jiān)測功能

綜合配電監(jiān)測功能集配電變壓器電氣參數(shù)測量、記憶、通信于一體，是一套比較完整的配電運行參數(shù)測量機構(gòu)，是低壓配電電網(wǎng)中考核單元線損的理想手段。它能隨時為電網(wǎng)管理人員提供所需要的各類數(shù)據(jù)，是為電網(wǎng)的安全運行和經(jīng)濟運行提供可靠的管理依據(jù)，是配電電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的基本組成部分。主要功能如下：

1、實時監(jiān)測配變?nèi)鄶?shù)據(jù)：電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率（1～3次諧波）；

2、累計數(shù)據(jù)記錄、整點數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計數(shù)據(jù)記錄功能，累計計量有功、無功電量；

3、查詢統(tǒng)計分析功能并根據(jù)輸入條件生成各種報表、曲線、棒圖、餅圖。

一般都配有相關(guān)的后臺處理軟件，大多數(shù)可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多機操作與數(shù)據(jù)共享。

4、集成電壓監(jiān)測功能

根據(jù)電壓檢測儀標準進行采樣與數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，便于用戶考核電壓合格率，可用于電壓監(jiān)測考核。

5、集成在線諧波監(jiān)測功能

較好一點的監(jiān)測終端采用DSP作為CPU，應用FFT快速傅立葉算法，可精確計算測量出電壓、電流、功率因數(shù)、有功及無功電量等配電參數(shù)，還可以分析1～3次諧波，從而實現(xiàn)在線的諧波監(jiān)測功能，該數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶要求在后臺軟件上進行分析處理。

6、模塊化結(jié)構(gòu)

當前應用較廣的模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)，將電容器、投切開關(guān)、保護集成在一個單元內(nèi)，形成多種容量規(guī)格的標準化單元，其特點是結(jié)構(gòu)與功能的模塊化形成滿足不同用戶要求的系列產(chǎn)品，同時還便于各種裝置在使用現(xiàn)場的維修與調(diào)整。

四、結(jié)束語

隨著社會進步、科技的發(fā)展，電力企業(yè)在如何更好地滿足用戶不斷提高的用電需求同時，還要對用戶電網(wǎng)進行更全面的管理、監(jiān)控，提高供用電的安全可靠性，保證用戶設(shè)備和配電網(wǎng)的安全運行，降低能量損耗。在這個過程中，將有各種新技術(shù)、新設(shè)備發(fā)展起來，未來的無功補償技術(shù)將會更加合理和經(jīng)濟有效。