淺談低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用

梁永春

(大連市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，遼寧 大連 116021)

1 使用低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的原因

在10kV及以下配電網(wǎng)中，供電線路上“T”接有幾臺(tái)或者十幾臺(tái)容量大小不等的配電變壓器，甚至有的多達(dá)二、三十臺(tái)，人們形象的比喻為“線路上掛了很多燈籠”。由于用戶分散，變壓器容量小，其負(fù)荷的時(shí)段性和季節(jié)性很強(qiáng)，據(jù)10kV實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集或電能表數(shù)據(jù)顯示，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)無(wú)功大于有功的現(xiàn)象，這樣勢(shì)必造成10kV線路出線端功率因數(shù)cosФ值達(dá)不到有關(guān)規(guī)定，線損也大大增加。

(1)無(wú)功補(bǔ)償裝置可以提高電壓質(zhì)量。

無(wú)功功率流過(guò)線路，將在線路上產(chǎn)生電壓降，降低電網(wǎng)電壓水平。線路電壓損耗的計(jì)算公式為:

其中:P—有功功率;Q—無(wú)功功率;U—電壓;R—電阻;X—電抗。

無(wú)功功率Q越大，線路電壓損耗越大。若無(wú)功補(bǔ)償容量為QC，補(bǔ)償后流過(guò)線路的無(wú)功功率有Q減少到(Q－QC)，線路電壓損耗也隨之減少。

(2)降低線路無(wú)功電流及有功電流造成的線損

線路有功功率損耗計(jì)算公式為:

①流過(guò)線路的電流I包括有功分量和無(wú)功分量，不但無(wú)功電流會(huì)造成線損，而且有功電流的增加也會(huì)造成線路有功功率損耗的增加;

②通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償，減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，可以降低線路和變壓器因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗;

③負(fù)荷有功功率等于電壓與有功電流的乘積，若負(fù)荷有功功率不變，當(dāng)電壓降低時(shí)，負(fù)荷電流中的有功分量將相應(yīng)增加，從而增加了有功損耗。通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償，提升了電壓，便能減少這部分損耗。

(3)提高電氣設(shè)備的利用效率，增強(qiáng)電網(wǎng)傳輸能力。

變壓器及線路輸送的視在功率為:

S=P+jQ

通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償，減少了輸送的無(wú)功功率，提高了功率因數(shù)，便能增加線路及變壓器的有功功率輸送容量。

例如，當(dāng)功率因數(shù)由 cosФ=0.8增加到 cosФ=0.95時(shí)，裝1kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52kW。對(duì)原有設(shè)備而言，相當(dāng)于多輸送0.52kW有功功率。因此，對(duì)新建、改建工程，若充分考慮無(wú)功補(bǔ)償，可減少設(shè)計(jì)容量，從而減少投資。

2 低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置概述

低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)模式主要有以下3種形式:裝于低壓電動(dòng)機(jī)的單臺(tái)就地補(bǔ)償、裝于配電變壓器低壓側(cè)的低壓綜合配電箱、裝于企業(yè)配電房或車間以及高層建筑配電間的低壓無(wú)功功率補(bǔ)償柜。

目前低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用有了很大提高，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面:

(1)采用智能型自動(dòng)控制器，根據(jù)無(wú)功功率確定補(bǔ)償容量而克服了根據(jù)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊恍┤秉c(diǎn)。

(2)由三相共補(bǔ)到分相補(bǔ)償，以求到達(dá)更理想的補(bǔ)償效果。

(3)由單一的無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展為同時(shí)具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置。

(4)從采用交流接觸器進(jìn)行投切，到選用晶閘管開關(guān)電路進(jìn)行投切，以及發(fā)展為等電壓投、零電流切的最佳投切模式。

(5)將低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ芗{入配電綜合測(cè)試儀、箱式變電站、變臺(tái)多功能箱、落地式封閉變臺(tái)等設(shè)備的低壓部分。

3 低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

在配變低壓側(cè)直接進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，可有效提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，且低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，因此在低壓側(cè)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償是目前無(wú)功補(bǔ)償中常用的手段之一?；诳刂茥l件，從低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的三大部件出發(fā)，選擇裝置的原則如下:

(1)投切開關(guān)電器。

投切開關(guān)式低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置中最容易損壞的關(guān)鍵元器件，投切開關(guān)目前有三代產(chǎn)品，分別是交流接觸器、晶閘管和復(fù)合開關(guān)。其中，選用復(fù)合開關(guān)是以后發(fā)展的主要趨勢(shì)，DPFK型智能低壓復(fù)合開關(guān)具有過(guò)零投切功能、電壓故障缺相保護(hù)、電源電壓缺相保護(hù)、自診斷故障保護(hù)、空載保護(hù)、停電保護(hù)、無(wú)諧波注入、功耗小等特點(diǎn)，要保證復(fù)合開關(guān)長(zhǎng)期、可靠地運(yùn)行。

(2)無(wú)功補(bǔ)償控制器。

無(wú)功功率補(bǔ)償控制器，即無(wú)功補(bǔ)償裝置的指揮系統(tǒng)，它首先要對(duì)電網(wǎng)的電壓、電流量進(jìn)行采集，通過(guò)中央處理器的快速運(yùn)算控制投切開關(guān)的動(dòng)作，從而控制電容器組的投切。

無(wú)功補(bǔ)償控制器的種類很多。為了保證無(wú)功補(bǔ)償控制器正常地進(jìn)行控制、測(cè)量、存儲(chǔ)、通信和保護(hù)，必須注意以下幾點(diǎn):①裝置時(shí)鐘必須正確;②采樣TV變比的正確性;③通信波特率的正確性;④投切條件的限制值設(shè)置的正確性;⑤保護(hù)條件的限制設(shè)置的正確性。

(3)補(bǔ)償電容器

補(bǔ)償裝置要長(zhǎng)期、可靠運(yùn)行，必須選用質(zhì)量好的電容器，電容器接入電力系統(tǒng)中使用，總在滿載荷下運(yùn)行，僅在電壓或頻率波動(dòng)時(shí)，載荷才有變動(dòng)。在選擇電容器時(shí)，必須在其正常運(yùn)行中注意以下幾點(diǎn):①采用的投切開關(guān)的額定電流必須與電容器的額定電流相匹配;②電容器與投切開關(guān)的連接線必須滿足額定電流的需要;③固定在電容器上的連接線必須可靠牢固地鏈接。

4 總結(jié)

在無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)和試用下，存在的問(wèn)題主要集中在兩個(gè)方面:一是投切開關(guān)的選擇;二是控制方式的確定。在投切開關(guān)的選擇上，由于電容器上殘壓的存在，電容器投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以往采用的交流接觸器由于無(wú)法選擇投切角度從而不能解決該問(wèn)題，后來(lái)出現(xiàn)了晶閘管單一構(gòu)成的投切電路雖然有效地解決了這個(gè)問(wèn)題，但需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的過(guò)零檢測(cè)和邏輯觸發(fā)電路，影響了其可靠性。在控制方式上，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的已功率因數(shù)作為投切判據(jù)的控制方式，存在輕載時(shí)容易產(chǎn)生投切振蕩而重載式又達(dá)不到充分補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。而且在以功率因數(shù)作為投切判據(jù)的控制方式下，由于電容器需采用等分方式，要想達(dá)到較高的補(bǔ)償精度，就需要增加電容器和投切開關(guān)的數(shù)量，這就增加了裝置的成本，同時(shí)電容器采用試投切的方式，降低了裝置的響應(yīng)速度。通過(guò)理論分析，其控制合理性，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功的快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，且成本較低，在配電電網(wǎng)下將具有廣闊的應(yīng)用前景。