低壓無功補償裝置中各電容投切開關性能研究

王輝

摘 要：受到國民經(jīng)濟快速增長的影響，我國的供電網(wǎng)絡也不斷的改造，現(xiàn)有的供電設備雖然經(jīng)過了革新，但是仍舊無法滿足日益增加的電力需求量，全國各地已經(jīng)多次出現(xiàn)拉閘限電以及缺電的現(xiàn)象。為了滿足當前社會對于電力的需要，合理解決電力供需矛盾，緩解用電緊張，除了加速電廠的建設發(fā)展之外，無功補償在電網(wǎng)的應用中也是一種極好的方式。無功補償既能夠擴大輸變電設備的供電能力，同時還能夠提高電能的質(zhì)量，保護線路，降低損耗，以此緩解電力的工序矛盾，并且還能夠提升電力部門的經(jīng)濟效益，例如通過延長電力設備的使用壽命降低電網(wǎng)建設成本。另外，還能夠減少用戶電費支出。

關鍵詞：無功補償；電容投切開關；電力

在當前的電力行業(yè)中，通過無功補償?shù)姆绞侥軌蛴行Ы鉀Q很多實際問題，具有較高的應用價值，因而在業(yè)內(nèi)的認可度較高，受到了廣泛的應用，很多地方都安裝了相關裝置，但是由于形式不同因而得到的效果也不同。文章主要針對無功補償設備中電容器的投切件的選型進行了探討，并結合實際工作經(jīng)驗提出了一些合理的建議和意見，希望能夠提高低壓無功補償?shù)墓ぷ餍省?/p>

在低壓無功補償需要的設備中電容器需要很多投切件，而投切件進行投切時是否平穩(wěn)，其使用壽命的長短都因投切件的差異而不同，文章便針對這一問題進行了論述。

1 帶預投電阻的接觸器補償裝置

電容器會在接觸器投入時保持零電壓狀態(tài)，這種初始狀態(tài)在觸電閉合時被打破，這一狀態(tài)下電網(wǎng)電壓不會為零，而回產(chǎn)生強大的電流，這種電流一般被稱作合閘涌流。通過試驗，合閘涌流可以超出電容器的額定電流，嚴重時是額定電流的五十倍之多。這對電容器以及接觸器都會造成影響，并且也會沖擊電網(wǎng)，影響電網(wǎng)中設別的運行狀態(tài)。而針對這一問題可以通過限流電阻的設置以及串接電抗器的使用對涌流進行限制，雖然控制效果僅能夠令涌流不超過額定電流的20倍，但是這種方式下會出現(xiàn)諸多故障，設備的維修費用支出較高。

1.1 優(yōu)點

采用該種方式設備不會產(chǎn)生較大的功耗，且在使用過程中溫升較小，這是由于觸頭面積較小不會產(chǎn)生很大的接觸電阻，因而不會產(chǎn)生很大的熱量。另外設備的初期投入較小，設備的短路能力較強。

1.2 缺點

該方式的觸頭容易發(fā)生粘結或者燒毀問題，從而影響補償裝置壽命，后期的維護支出較大，會直接沖擊電網(wǎng)。此外，該種方式的投切速度也相對較慢。為了解決涌流問題，很多企業(yè)會在交流接觸器上通過限流阻抗的安裝對涌流予以限制，但是效果相對較差，一旦電流過大，那么就會將限流阻抗以及主觸點燒毀。尤其是當無功負荷相對較大，電容器需要進行頻繁的投切，這種狀態(tài)下其使用壽命實際只有1年，檢修以及更換頻率較高。產(chǎn)品標準按照JB7113-93進行操作。需要保證裝置投入運行后的瞬間涌流應當被限定在20倍以下，最后電容器運行時，其涌流通常為10倍左右的額定電流。

1.3 適用范圍

該種方式使用平穩(wěn)的負荷狀態(tài)下，三相電壓較為平衡，并且無功變化速度較慢的環(huán)境。

2 用晶閘管作電容投切開關的裝置（TSC）

利用晶匣管作為投切開關的電容器，主要利用了電子開關進行投切，反應速度相對較快，其電路為過零觸發(fā)的方式，若檢測過程中晶匣管上施加電壓為零，那么就會引發(fā)其發(fā)出觸發(fā)信號，從而導通晶匣管。這種狀態(tài)下電容器同電網(wǎng)的電壓相等，不會出現(xiàn)合閘涌流現(xiàn)象，有效的解決了此類問題。

2.1 優(yōu)點

該種設備的優(yōu)勢較為明顯，具有過零觸發(fā)的優(yōu)點，并且能夠過零檢測，不會產(chǎn)生合閘涌流，即電網(wǎng)不會受到?jīng)_擊。另外不會產(chǎn)生操作過電壓，也不會產(chǎn)生電弧重燃的現(xiàn)象，這從根本上解決了投切過程中交流接觸點出現(xiàn)燒結的現(xiàn)象。此外晶匣管作為投切開關的設備的投切速度較快，最快的相應時間可以達到5m/s。

2.2 缺點

此類設備具有較大的功耗，且需要復雜的散熱系統(tǒng)作為支撐，可靠性也相對較低。

晶閘管元件在導通狀態(tài)下有較大的管壓降，大電流通過時，產(chǎn)生很高的溫升，需要用溫控開關控制軸流風扇或水冷設備散熱。散熱器件中的機械旋轉運動易損器件，存在著一定的不可靠性，散熱系統(tǒng)一旦停運，就會影響裝置的正常運行，因此降低了TSC無功補償裝置的可靠性初期造價高。瞬時過載力差。

2.3 應用

電氣鐵道、電焊機、壓塑機、冶煉廠等要求快速跟蹤場合。

3 用復合開關做電容投切開關的裝置（TSC+MSC）

復合開關投切裝置工作原理是先由晶閘管在電壓過零時投入電容器，然后再由磁保持繼電器觸點并聯(lián)閉合，晶閘管旁路，電容器在繼電器觸點閉合下運行。因而實現(xiàn)了投入無涌流運行不發(fā)熱的目的，但為了提高裝置的性價比，利用晶閘管在短時間內(nèi)電流可承受過載多倍額定電流的特性，通?？蛇x用小功率、低耐壓晶閘管，過零投入，再用繼電器閉合運行。通斷瞬間由晶閘管完成，運行通流由磁保持繼電器經(jīng)脈沖電壓觸發(fā)使觸點吸合而完成，低功耗、不發(fā)熱、無諧波、安全可靠；投切速度介于接觸器和晶閘管無觸點開關之間，適用范圍大。

3.1 優(yōu)點

故障率低，壽命長。在過零點合閘分閘（需特別指出的是，復合開關的過零投切指的是晶閘管兩端的壓降電壓為零），不產(chǎn)生電弧，無合閘浪涌電流沖擊，無接觸器觸點燒結損壞現(xiàn)象。

由于磁保持繼電器在工作時，線圈瞬間吸合恒磁保持，線性電子自動轉換，同極磁斥力釋放，不受電網(wǎng)電壓波動影響，不彈跳、不拉弧、不燒線圈、不燒觸點，無噪音，抗雷擊，無電磁污染等優(yōu)點。由于磁保持繼電器結構不同于“電磁保持交流接觸器”，線圈毋須帶電保持磁性，這極大的的降低了設備本身的功耗，也使得在無事故狀態(tài)下，設備使用壽命也大大延長，可靠性極高，近乎于實現(xiàn)了器件的免維護、免更換。相比而言，傳統(tǒng)“電磁保持交流接觸器”雖然沿用了幾十年，但它是存在嚴重缺陷的不可靠產(chǎn)品。在工作時，線圈瞬間吸合電磁保持，線圈升溫快和觸點受電網(wǎng)電壓波動影響而不恒定，會產(chǎn)生彈跳、拉弧、燒壞主觸點及線圈，可靠性很差。

此外，該種設備具有較低的功耗，并且不會出現(xiàn)畸變波形。通過實驗可以表明，復合開關所產(chǎn)生的損耗功率相對較低，僅僅為DZ型空開的熱損量。一般情況下，運行一年后TSC開關同復合開關相比，高達復合開關的5倍左右。且在正常導通狀態(tài)下，繼電器觸電的導通電阻較小不會產(chǎn)生較大的熱損。初期投入費用不高，不需要額外的散熱系統(tǒng)安裝費用。另外設備具有較快的投切速度，由于設備中應用微處理器殘壓檢測，因而加速了投切速度。后期也無需較大的維護，因而費用相對較低。

3.2 缺點

設備抗短路能力不高。

3.3 適應范圍

在無功變化相對較快的環(huán)境下適用。

4 結束語

通過上述內(nèi)容的分析可以看出，低壓無功補償正向著節(jié)能低耗以及長壽命的使用上發(fā)展，而要真正的實現(xiàn)這一目的，增加經(jīng)濟效益，就必須對設備進行合理的選型，使得設備同實際的應用需要相適應。裝置的制造者以及使用者在利用設備的過程中不但要考慮設備的成本，還需要對設備投入后的性能進行綜合考慮，只有這樣才能夠令低壓無功補償發(fā)揮真正的作用。

參考文獻

[1]付周興，趙建文.電網(wǎng)無功自動補償軟件設計實現(xiàn)[A].第十一屆全國煤礦自動化學術年會論文專輯[C]，2001.

[2]江和，吳功祥，張培銘.新型無涌流投切的無功補償器設計[A].中國電工技術學會低壓電器專業(yè)委員會第十三屆學術年會論文集[C]，2007.

[3]李曉剛.無功電容補償及諧波抑制技術研究[D].山東科技大學，2005.