1 低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置及其工作原理

　　1.1MSC裝置的投切

　　采用機(jī)械開(kāi)關(guān)投切電容器的無(wú)功補(bǔ)償裝置(MSC)，即通過(guò)控制器取樣，電容式交流接觸器(或斷路器)作為電容器的投切元件，熔斷器(或微型斷路器)、熱繼電器作為保護(hù)的一種并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，可以手動(dòng)投切或自動(dòng)投切。自動(dòng)投切是由控制器以無(wú)功功率(或無(wú)功電流等)為物理量，通過(guò)循環(huán)投切(先接通的先分?jǐn)?，后分?jǐn)嗟暮蠼油?/span>)方式控制電容器的投切。因電容器的初始電壓為0，在交流接觸器觸點(diǎn)閉合的瞬間，電網(wǎng)的電壓極少為0，但電容器的電壓不能突變，因而產(chǎn)生非常大的電流沖擊即合閘涌流。根據(jù)試驗(yàn)表明，電容式交流接觸器的合閘涌流一般是電容器額定電流的20倍左右。同時(shí)，由于交流接觸器不能在短時(shí)間內(nèi)頻繁投切，使得該種無(wú)功補(bǔ)償有級(jí)的、定時(shí)的，補(bǔ)償裝置的響應(yīng)時(shí)間一般大于10s，且頻繁地投切使交流接觸器的觸頭受電弧作用而損壞，增大運(yùn)行維護(hù)工作量。

　　1.2TSC裝置的投切

　　近年來(lái)隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了集微機(jī)、電子、機(jī)電為一體的新產(chǎn)品——TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置，即投切回路中由晶閘管替代電容式交流接觸器投切電容器。TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理是：自動(dòng)補(bǔ)償控制器通過(guò)對(duì)電網(wǎng)無(wú)功電流的快速檢測(cè)，經(jīng)比較、判斷后以編碼工作方式向晶閘管發(fā)出通斷信號(hào)，進(jìn)行投切控制，控制回路接到通斷信號(hào)后采用過(guò)零觸發(fā)電路投切電容器，即電路檢測(cè)到施加在晶閘管兩端的電壓為零時(shí)，發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通;當(dāng)電路檢測(cè)到晶閘管為零電流時(shí)斷開(kāi)晶閘管。從理想狀態(tài)上講，當(dāng)電容器的電壓與電網(wǎng)電壓相等時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生合閘涌流，解決了電容式交流接觸器投切產(chǎn)生的合閘涌流問(wèn)題，在實(shí)際使用過(guò)程中用晶閘管投入電容器時(shí)其合閘涌流也都可以控制在3倍額定電流以?xún)?nèi)，其補(bǔ)償裝置的響應(yīng)時(shí)間為100ms以?xún)?nèi)(*快可達(dá)20ms)。但是使用TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置也存在以下缺點(diǎn)：

　　(1) 晶閘管導(dǎo)通時(shí)會(huì)產(chǎn)生1V左右的管壓降，通常30kvar三角形接法的電容器，額定電流為43A，則一個(gè)晶閘管所消耗的功率為43W，以每天平均10h計(jì)，一個(gè)晶閘管日耗電量就達(dá)0.43kW。這些消耗的功率都轉(zhuǎn)變成熱能使得電柜的溫度升高。

　　(2) 晶閘管有漏電流存在，當(dāng)未接電容時(shí)，即使晶閘管未導(dǎo)通，其輸出端也是高電壓。

　　(3)TSC電路本身也是諧波源，大量的應(yīng)用對(duì)低壓電網(wǎng)的波形不利。

　　(4)TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的成本高，一般其不錯(cuò)柜的價(jià)格比采用MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償柜貴70%-80%。

　　1.3MSC+TSC裝置的投切

　　針對(duì)上述TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置存在的一些缺點(diǎn)，生產(chǎn)廠家又設(shè)計(jì)出晶閘管+交流接觸器組合(MSC+TSC)的有觸點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償裝置(即復(fù)合開(kāi)關(guān))。其工作原理與TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的工作原理相同。工作方式有所區(qū)別：將交流接觸器與晶閘管并聯(lián)，仍采用過(guò)零觸發(fā)電路。檢測(cè)到施加在晶閘管兩端的電壓為零時(shí)，即發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通，在晶閘管導(dǎo)通的10個(gè)周波后，才發(fā)信號(hào)使交流接觸器閉合;再10個(gè)周波后才斷開(kāi)晶閘管。此后晶閘管推出運(yùn)行，由交流接觸器接通補(bǔ)償回路。當(dāng)自動(dòng)補(bǔ)償控制器檢測(cè)到需要切除電容器時(shí)，先將晶閘管導(dǎo)通，待10個(gè)周波后發(fā)信號(hào)斷開(kāi)交流接觸器，再10個(gè)周波后才將晶閘管斷開(kāi)，電容器完全從補(bǔ)償回路中切除。這種MSC+TSC的無(wú)功補(bǔ)償裝置解決了TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置在使用中出現(xiàn)的因功率損耗引起電柜發(fā)熱嚴(yán)重等問(wèn)題，又解決了使用電容式交流接觸器投切電容器產(chǎn)生的合閘涌流問(wèn)題。因在投切過(guò)程中使用了交流接觸器，降低了無(wú)功補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)間，一般為0.5s左右。

　　2 三種無(wú)功補(bǔ)償裝置在實(shí)際中的應(yīng)用

　　通過(guò)對(duì)以上三種無(wú)功補(bǔ)償裝置性能的了解，在實(shí)際工作中就要認(rèn)真分析用戶(hù)的用電負(fù)荷特性，根據(jù)不同用電負(fù)荷選用不同的無(wú)功補(bǔ)償裝置。

　　2.1MSC裝置的應(yīng)用

　　以連續(xù)工作制為主的工業(yè)企業(yè)，主要用電設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，用電負(fù)荷特性平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，功率因數(shù)低，一旦電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，自然功率因數(shù)較高(0.75~0.8)，無(wú)功負(fù)荷變化小。類(lèi)似這類(lèi)特性的負(fù)荷，在做配電設(shè)計(jì)時(shí)，一般就選用MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置，并將其安裝在低壓配電室內(nèi)進(jìn)行集中補(bǔ)償。針對(duì)MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置存在的缺點(diǎn)，一般采取以下措施：

　　(1) 選用額定容量較大的電容式交流接觸器，如用額定電流40A的交流接觸器投切15kvar的三相電容器。

　　(2) 電容器串接0.1%~1%的電抗器以抑制涌流。如某絲織廠供電總?cè)萘?/span>1250Kva，主要有2個(gè)車(chē)間(計(jì)算功率分別為330kW、自然功率因數(shù)為0.75)，為三班工作制，主要用電負(fù)荷為連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，三相負(fù)載基本平衡。根據(jù)供電局要求，補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)0.9以上。根據(jù)該廠的負(fù)荷特性，實(shí)行以下方案：在每個(gè)車(chē)間配電房安裝MCS無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中補(bǔ)償，要求能手動(dòng)、自動(dòng)投切。每個(gè)車(chē)間補(bǔ)償總?cè)萘繛?/span>210kvar，每組補(bǔ)償容量15kvar，共14組;采用循環(huán)投切方式;交流接觸器額定電流為40A，熔斷器和熱繼電器的額定電流均為32A。工程投入運(yùn)行后，通過(guò)工程跟蹤得知：每月可獲得功率因數(shù)獎(jiǎng)勵(lì)接近3000元。由于無(wú)功量較穩(wěn)定，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中電容器投切次數(shù)較少，故障、維修量并不高，使用壽命也相應(yīng)增長(zhǎng)，維修成本降低。

　　2.2TSC裝置的應(yīng)用

　　對(duì)于一些特殊行業(yè)，如壓延廠、金加工車(chē)間中含有大量沖擊機(jī)床、扎鋼機(jī)、電焊機(jī)等，其符合的特點(diǎn)是沖擊性符合的容量較大、負(fù)荷的電流瞬時(shí)變化很大，負(fù)荷沖擊強(qiáng)、無(wú)功負(fù)荷瞬時(shí)變化大，而且這種負(fù)荷一般諧波含量較高。在這種情況下，若采用MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置，電容器根本無(wú)法投入運(yùn)行，不是電容器損壞就是交流接觸器燒毀。若選用TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置，就可以取得很好的補(bǔ)償效果。在選用TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)，要求晶閘管的耐壓必須大于電容器耐壓的3倍，以保證晶閘管工作的穩(wěn)定性;在測(cè)得無(wú)功補(bǔ)償裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波的確定值后，串聯(lián)相應(yīng)電抗率的電抗器以抑制該次諧波;在電容器容量的配置上，一般為不等量配置并采用編碼方式控制電容器的投切，以提高無(wú)功的補(bǔ)償度。佛山市某壓延廠新上一條生產(chǎn)線，新裝變壓器容量為1000kVA，自然功率因數(shù)在0.6以下，負(fù)荷沖擊強(qiáng)、無(wú)功量瞬時(shí)變化大，根據(jù)其負(fù)荷特性決定實(shí)施以下方案：在車(chē)間配電室內(nèi)進(jìn)行集中補(bǔ)償，采用TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置，總補(bǔ)償容量為330kvar，共分12組(1組20kvar、1組20kvar、10組30kvar)，采用編碼投切方式。壓延廠設(shè)備中已自帶消諧濾波裝置，所以補(bǔ)償回路中不再串聯(lián)電抗器。補(bǔ)償柜的頂部和車(chē)間配電室內(nèi)加裝通風(fēng)管、排風(fēng)扇以解決晶閘管的發(fā)熱問(wèn)題，熔斷器(斷路器)的額定電流仍按電容器額定電流的1.5倍選用。該條生產(chǎn)線投運(yùn)以后，功率因數(shù)能達(dá)到0.96以上，節(jié)能效果顯著，廠家非常滿(mǎn)意，又決定將原來(lái)的兩條生產(chǎn)線的補(bǔ)償裝置改為TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置。

　　2.3MSC+TSC裝置的應(yīng)用

　　高層住宅區(qū)、大型商場(chǎng)、寫(xiě)字樓等用電場(chǎng)所既存在較多的單相負(fù)荷又有電梯、空調(diào)等動(dòng)力負(fù)荷?？照{(diào)負(fù)荷季節(jié)性強(qiáng)，一般都由獨(dú)立變壓器供電，負(fù)荷電流平穩(wěn)、無(wú)功負(fù)荷變化小，無(wú)功補(bǔ)償選用MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置即可。單相負(fù)荷與電梯等動(dòng)力負(fù)荷一般由同一變壓器供電，這類(lèi)負(fù)荷采用混補(bǔ)的補(bǔ)償方式(可將80%的補(bǔ)償容量作三相補(bǔ)償，20%的用于單相補(bǔ)償)可取得較好的補(bǔ)償效果。補(bǔ)償裝置選用MSC+TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置，同樣要求晶閘管的耐壓必須大于電容器耐壓的3倍，編碼投切方式，熔斷器(斷路器)的選用原則不變?！?/span>-Y共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線：三相共補(bǔ)部分的電容器為△接線、其單臺(tái)電容器的額定電壓為440V，容量為10、15、20、30kvar;三相分補(bǔ)部分的電容器為Y接線，其單臺(tái)電容器的額定電壓為230V，容量為4、5、6、8、10kvar。如某物業(yè)管理公司反映其每個(gè)月功率因數(shù)罰款達(dá)二千多元，住戶(hù)意見(jiàn)很大。在現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)該小區(qū)的無(wú)功補(bǔ)償采用MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置，但并未投入。原來(lái)，該小區(qū)屬高層建筑小區(qū)，白天和夜間照明負(fù)荷很小，主要是電梯負(fù)荷(啟動(dòng)頻繁、運(yùn)行時(shí)間短)，MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置既不能滿(mǎn)足補(bǔ)償度的要求，又由于頻繁投切使交流接觸器故障率很高，運(yùn)行維修量很大，小區(qū)的電工干脆將補(bǔ)償柜退出運(yùn)行。該小區(qū)現(xiàn)有2臺(tái)800kVA配變，要求功率因數(shù)達(dá)0.9以上。根據(jù)該用戶(hù)的負(fù)荷特點(diǎn)，選用MSC+TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置、編碼投切方式。考慮到小區(qū)內(nèi)電視機(jī)、電腦等設(shè)備較多，故在補(bǔ)償回路中串聯(lián)了0.5%的電抗器。通過(guò)計(jì)算每臺(tái)變壓器的補(bǔ)償容量為270kvar，其中210kvar用于三相共補(bǔ)，60kvar用于三相分補(bǔ)。雖然采用混補(bǔ)工程造價(jià)會(huì)有所提高，但該套補(bǔ)償裝置投入使用后，小區(qū)物業(yè)公司反映補(bǔ)償效果明顯。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置、TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置與MSC+TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置各具優(yōu)缺點(diǎn)，TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置、MSC+TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置是MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)充。在無(wú)功負(fù)荷比較穩(wěn)定、不需要頻繁投切電容器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娏τ脩?hù)，選用MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置即可滿(mǎn)足技術(shù)上的要求;對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償瞬時(shí)變化大、需快速、頻繁投切電容補(bǔ)償?shù)碾娏τ脩?hù)，則必須使用TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置或MSC+TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置，方能達(dá)到應(yīng)有的補(bǔ)償效果。