一、前言

近年來，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的實(shí)施過程中，低壓并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方案有了重大的改進(jìn)和突破，尤其是近兩年國(guó)家對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量的嚴(yán)格要求，使得單純的低壓并補(bǔ)發(fā)展到抑制諧波型并補(bǔ)和專業(yè)的低壓動(dòng)態(tài)濾波器TSC，并取得了滿意的運(yùn)行效果。對(duì)提高供電電壓質(zhì)量，挖掘供電設(shè)備的潛力、降低線路損失及節(jié)能均起到積極的作用。本文就我公司電能質(zhì)量監(jiān)控及無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置開發(fā)中的若干技術(shù)問題和發(fā)展方向進(jìn)行討論，以供參考。

二、低壓補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)

低壓無(wú)功補(bǔ)償的傳統(tǒng)模式主要有以下三種型式：

①   裝于低壓電動(dòng)機(jī)旁的單臺(tái)就地補(bǔ)償；

②   裝于配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)償箱及柱上式補(bǔ)償裝置；

③   裝于企業(yè)配電房或車間、箱變內(nèi)及高層建筑樓層配電間的自動(dòng)補(bǔ)償柜（如*早的PGJ柜，以及后來的GGD、GCK等）。

根據(jù)我公司低壓補(bǔ)償裝置的發(fā)展情況，在此對(duì)單臺(tái)就地補(bǔ)償問題不作討論。低壓補(bǔ)償箱和補(bǔ)償柜的技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：

（1）由三相共補(bǔ)到分相補(bǔ)償，以求達(dá)到更理想的補(bǔ)償效果；

（2）由靜態(tài)補(bǔ)償發(fā)展到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；

（3）智能型自動(dòng)補(bǔ)償控制器和配電變壓器的運(yùn)行記錄儀相結(jié)合；

（4）將低壓補(bǔ)償?shù)墓δ芗{入歐式箱變及美式箱變的低壓部分；

（5）采用不銹鋼或復(fù)鋁鋅板的箱體，具有防寒、防曬、密封、防潮、防火、防銹等特點(diǎn)；

（6）選用微晶蠟介質(zhì)或干式及充SF6的自愈式并聯(lián)電容器，提高了運(yùn)行的可靠性，并延長(zhǎng)了使用年限；

（7）由單一的無(wú)功補(bǔ)償?shù)酵瑫r(shí)具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置。

三、三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線

（一）三相共補(bǔ)的接線（△）

傳統(tǒng)的低壓補(bǔ)償都是采用三相共補(bǔ)的方式，它是根據(jù)控制器統(tǒng)一取樣判斷，各相投入相同的補(bǔ)償容量，接線如圖1所示。此方式適用于三相負(fù)載基本平衡，各相負(fù)載的 中相近的網(wǎng)絡(luò)。一般電容器都選用△接線，額定電壓為400V。

（二）三相分補(bǔ)的接線（Y）

三相分補(bǔ)方式就是各相分別取樣，各相分別投入不同的補(bǔ)償容量，接線如圖2所示。此方式適用于三相負(fù)載不對(duì)稱，其 中值也有較大差別場(chǎng)合。一般電容器都選用Y接線，額定電壓為230V。

（三）三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線（△－Y）

此方式是前兩者的結(jié)合，即三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)全的接線方式，接線如圖3所示。三相共補(bǔ)部分的電容器為△接線，三相分補(bǔ)部分的電容器為Y接線，此方式適用于各種網(wǎng)絡(luò)。這種接線方式的補(bǔ)償裝置，運(yùn)行方式機(jī)動(dòng)靈活。

（四）對(duì)三種接線方式的探討

（1）從補(bǔ)償效果來看：三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線（△－Y）的效果*好，*靈活；三相分補(bǔ)接線（Y）效果較差；三相共補(bǔ)接線（△）效果*差。

（2）從經(jīng)濟(jì)角度來看：三相共補(bǔ)接線（△）的價(jià)格*經(jīng)濟(jì)；三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線（△－Y）的價(jià)格較貴；三相分補(bǔ)接線（Y）的價(jià)格*貴。其原因是：

額定電壓400V的自愈式電容器的價(jià)格比同容量額定電壓230V的電容器便宜得多，這是由于原材料價(jià)格的原因和400V電容器極間工作電場(chǎng)強(qiáng)度較高的緣故。以400V的電容器為例，用厚8μM金屬化膜時(shí)，工作場(chǎng)強(qiáng)為50KV／MM，如用厚7μM金屬化膜時(shí)，工作場(chǎng)強(qiáng)為57～58KV／MM；而230V電容器，如要維持與上述的工作場(chǎng)強(qiáng)相近時(shí)，則必須選用更薄的金屬化膜，但4～5μM薄膜的價(jià)格要比7～8μM薄膜貴得多，所以對(duì)230V電容器一般是采取降低工作場(chǎng)強(qiáng)的設(shè)計(jì)，按照國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的通常價(jià)格，同容量的230V電容器的價(jià)格是400V電容器價(jià)格的2倍以上。所以在三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線（△－Y）中，對(duì)于分相補(bǔ)償部分有時(shí)也選用400V△接電容器，這時(shí)電容器實(shí)輸出容量是其銘牌上額定容量的1／3。這樣做的目的是由于400V的產(chǎn)品比較便宜，即使實(shí)際容量比額定容量下，但由于工作場(chǎng)強(qiáng)低，壽命長(zhǎng)，且整個(gè)裝置只用一個(gè)規(guī)格的電容器，互換性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

四、并聯(lián)電容器的投切元件

（一）交流接觸器

20世紀(jì)70～80年代廣泛應(yīng)用的PGJ補(bǔ)償柜，都是采用交流接觸器作為投切元件，迄今仍沿用。這是我公司低壓補(bǔ)償裝置的代產(chǎn)品，如圖4（A）所示。其優(yōu)點(diǎn)是：使用專用于電容投切的接觸器帶有抑制涌流裝置，不用加裝電抗器就能將合閘涌流峰值限制在額定電流的20倍以下，能有效地抑制合閘涌流對(duì)電容器的沖擊和抑制開斷時(shí)的過電壓。體積較小，價(jià)格低。

其缺點(diǎn)是：

①投入電容時(shí)產(chǎn)生倍數(shù)較高的涌流，容易在接觸器的觸點(diǎn)處產(chǎn)生火花，燒損觸頭；

②切斷電容時(shí)，容易粘住觸頭，造成拉不開；

③涌流過大對(duì)電容器本身有害，影響使用壽命。

（二）可控硅（雙向晶閘管）

采用雙向晶閘管的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)電路取代交流接觸器，是我公司低壓補(bǔ)償裝置的**代產(chǎn)品，如圖4（B）所示。其優(yōu)點(diǎn)是：充分利用可控硅的優(yōu)良特性，響應(yīng)及時(shí)迅速，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容的等電位投入，零電流切除。徹底克服了普通交流接觸器等機(jī)械點(diǎn)投切電力電容器時(shí)涌流大、電壓沖擊大、打火、振動(dòng)等缺點(diǎn)。

其缺點(diǎn)是：

①成本高，是采用接觸器投切的補(bǔ)償柜貴70％～90％；

②可控硅開關(guān)電路運(yùn)行時(shí)有較大的壓降，運(yùn)行中的電能損耗和發(fā)熱問題不可忽視。以BSMJ0.4－30－3并聯(lián)自愈式電容器為例，基額定電流為43.3A，目前做得*好的可控硅并關(guān)的電壓降也只能為1V，如果不3個(gè)可控硅開關(guān)電路運(yùn)行時(shí)，損耗的功率為：P＝3×1×43.3＝129.9W，如補(bǔ)償柜的無(wú)功功率為90KVAR，則全投入時(shí)，可控硅的功率損耗為P＝129.9×3＝389.7W，以每天平均10小時(shí)計(jì)，日耗電量達(dá)3.897KW?H，年耗量約為1423KW?H。有功消耗的發(fā)熱量還會(huì)增加整個(gè)補(bǔ)償裝置的溫升，必須采用相應(yīng)的散熱降溫的措施，如采用接觸器基本上不消耗有功；

③可控硅電路本身也是諧波源，大量的應(yīng)用會(huì)對(duì)低壓電網(wǎng)的波形不利。

（三）晶閘管和二極管反并聯(lián)的開關(guān)電路

晶閘管和二極管反并聯(lián)的開關(guān)電路是由一個(gè)晶閘管和一個(gè)二極管反并聯(lián)的接線方案。我公司不采用此方式。此方案與4.2方案技術(shù)性能相近，但反應(yīng)時(shí)間較慢。

（四）復(fù)合開關(guān)

復(fù)合開關(guān)是我公司第三代產(chǎn)品，如圖4（C）所示是前兩者的結(jié)合體。其運(yùn)行操作順序如下：當(dāng)投入電容時(shí)，先由微電腦控制器發(fā)出信號(hào)給開關(guān)電路（可控硅），使之在等電壓時(shí)投入電容器，微電腦控制器緊接著又發(fā)信號(hào)給接觸器，使其觸點(diǎn)也閉合，將可控硅開關(guān)電路短路，由于接觸器閉合后的接觸電阻遠(yuǎn)小于開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)的電阻，從而達(dá)到了節(jié)能和延長(zhǎng)可控硅使用壽命的目的；當(dāng)需要切除電容器時(shí)微電腦控制器先發(fā)信號(hào)可接觸器，使接觸器斷開，此時(shí)可控硅電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，并由開關(guān)電路在電流過零時(shí)切除。其優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行功耗低、涌流小、諧波影響小、成本低、壽合長(zhǎng)。其缺點(diǎn)是：容量小，目前*大額定電流只有80A（限集成式）。

五、智能型自動(dòng)控制器

（一）檢測(cè)量和控制目標(biāo)

檢測(cè)量主要有、無(wú)功功率Q和無(wú)功電流IQ三種，20世紀(jì)70～80年代多選用以為檢測(cè)量的控制器，此方案在輕載時(shí)容易產(chǎn)生投切震蕩，重載時(shí)又不易達(dá)到充分補(bǔ)償；目前新型的控制器已不再選用以為檢測(cè)量。檢測(cè)量為Q的控制器，其工作原理是將電壓和電流的信號(hào)送入霍爾元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以測(cè)出，由于檢測(cè)量和控制目標(biāo)都是同一物理量，技術(shù)上是合理的，但檢測(cè)難度要大些。檢測(cè)量為IQ的控制器，利用了相電壓U由正到負(fù)過零的瞬間，恰好就是A相無(wú)功電流*大值IQMAX的原理，用相電壓U負(fù)過零信號(hào)控制，采用開關(guān)和簡(jiǎn)單的保持電路，以完成對(duì)IQ實(shí)時(shí)檢測(cè)；這種方案檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生震蕩，補(bǔ)償效果與電網(wǎng)電壓的波動(dòng)無(wú)關(guān)。

（二）諧波型智能控制器

它與普通的控制器的接線都是一樣，是控制器和配電綜合電能測(cè)控儀的結(jié)合體。

具有自動(dòng)／手動(dòng)／遠(yuǎn)控切換方式（遠(yuǎn)控通過尺5232通訊口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)并用計(jì)算機(jī)控制投切，配有后臺(tái)軟件），諧波電流、諧波電壓監(jiān)測(cè)，過壓、欠壓保護(hù)，其整定值可調(diào)，時(shí)間0～5分可調(diào)，輸出接點(diǎn)容量不小于5A。220V／支路。

1．按電網(wǎng)無(wú)功需求量，電流電壓、功率因數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

2．取樣信號(hào)：電壓380V（UAC）電流5A。

3．投切延時(shí)0～10分種可調(diào)節(jié)，既能順序投切又能編碼投切。

4．顯示投切路數(shù)

5．顯示部分：功率因數(shù)、無(wú)功、有功、電壓、功率因數(shù)設(shè)定值、過電壓設(shè)定值、投切延時(shí)時(shí)間、時(shí)間日期等常規(guī)數(shù)據(jù)。

6．帶記憶儲(chǔ)存：自動(dòng)記錄每組電容器的運(yùn)行時(shí)間和投切次數(shù)；設(shè)置參數(shù)不怕掉電、數(shù)據(jù)記錄保存。

諧波型的與普通型的不同在于，投切順序的不同。普能型的只是依次循環(huán)投切。諧波型的，如控制10路，H5、H7、H11?？刂坡窋?shù)為：10路。具體分為3組，即5次通道為組（1、2、3），7次通道為**組（4、5），11次通道為第三組（6、7、8、9）。注：要求在一（1、2、3），二（4、5），三（6、7、8、9）組中分別為循環(huán)順序投切，先投先切。

投切方式為：投入時(shí)，由低次向高次投，即依次投1、2、3、4、5、6、7、8、9；切除時(shí)，由高次向低次切除，即依次切6、7、8、9、4、5、1、2、3（6、7、8、9為循環(huán)順序投切，4、5為循環(huán)順序投切，1、2為循環(huán)順序投切）

六、根據(jù)使用環(huán)境不同，對(duì)補(bǔ)償裝置的選擇

根據(jù)我公司遇到的情況及經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的選擇提出以下考意見：

1．根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況選擇不同接線的補(bǔ)償方式。

2．分配補(bǔ)償容量以細(xì)為原則。即每級(jí)容量越小越好。

3．根據(jù)使用環(huán)境不同，作有針對(duì)性的選擇。對(duì)有諧波污染的系統(tǒng)應(yīng)采用具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置；對(duì)諧波污輕的系統(tǒng)可采用具有抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置即可。

4．選型指南

（1）補(bǔ)償容量的確定

補(bǔ)償容量的確定可以根據(jù)負(fù)荷的*大功率、補(bǔ)償前的功率因數(shù)及要求補(bǔ)償后達(dá)到的功率因數(shù)，用下式計(jì)算確定：

式中：

Q—所需補(bǔ)償?shù)目偀o(wú)功功率，KVAR；

Q—平均負(fù)荷系數(shù)，取0.7～0.8；

P—用戶*大負(fù)荷，KW；

Φ1—補(bǔ)償前平均功率因數(shù)角

Φ2—補(bǔ)償后平均功率因數(shù)角

或

Q—補(bǔ)償率，KVAR／KW（可從附表中查?。?/span>

附表：每KW負(fù)荷所需無(wú)功補(bǔ)償率值查取表

（2）控制器類型的選擇

型號(hào)	控制類型	簡(jiǎn)介
KYWK-1000	智能無(wú)功補(bǔ)償控制器	智能無(wú)功補(bǔ)償控制器，適用于低壓配電系統(tǒng)電容器補(bǔ)償裝置的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使功率因數(shù)達(dá)到用戶預(yù)定狀態(tài)，提高電力變壓器的利用效率，減少線損，改善供電的電質(zhì)量。
KYWK-2000	無(wú)功補(bǔ)償微電腦控制器	以高速高性能的微處理器為核心器件同時(shí)取樣三相電壓三相電流信號(hào)，并提供6種分補(bǔ)+共補(bǔ)補(bǔ)償方案，12種投切編碼方案，用戶可通過修改控制參數(shù)任意選擇，控制參數(shù)一經(jīng)修改長(zhǎng)久保存，掉電不丟失。采用基波功率因數(shù)和基波無(wú)功功率復(fù)合控制電容器組的投切，投切穩(wěn)定，無(wú)投切震蕩，對(duì)電壓諧波，電流諧波干擾不敏感。適用于交流45Hz-65Hz、0.4KV以下電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)控制。本控制器可同時(shí)控制2臺(tái)輔柜，如需2臺(tái)以上控制器同時(shí)使用（共用同一取樣信號(hào)）時(shí)，電流信號(hào)應(yīng)為串聯(lián)。
KYWK-5000	電能質(zhì)量微電腦控制器	采用16位單片微處理器芯片、采用了多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，雙核準(zhǔn)并行處理速度，貼電技術(shù)，海量存儲(chǔ)，內(nèi)存無(wú)限量升級(jí)，交流采樣技術(shù)、LED中文顯示，四象限分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、通訊、電量統(tǒng)計(jì)、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警、電網(wǎng)諧波分析等功能，可以直接連接電腦，進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作。 應(yīng)用于中、低壓配電網(wǎng)，安裝于配電屏中的進(jìn)線柜或出線柜屏面上，用以監(jiān)測(cè)配電變壓器、配電線路運(yùn)行狀態(tài)和電能質(zhì)量的檢測(cè)、分析等功能。為有效地提高供電電壓質(zhì)量、提高配電網(wǎng)絡(luò)的**穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供手資料。
KYWK-6000	高壓無(wú)功補(bǔ)償控制器	采用32位ARM微處理器芯片、多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。海量存儲(chǔ)，交流采樣技術(shù)、LCD中文顯示，四象限分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、通訊、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警、電網(wǎng)諧波分析、無(wú)功補(bǔ)償?shù)裙δ?，可以控制多達(dá)16路電容組、16路開關(guān)量監(jiān)測(cè)，可以直接連接電腦進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作。 主要應(yīng)用于高壓配電網(wǎng)，監(jiān)測(cè)配電變壓器、配電線路運(yùn)行狀態(tài)和補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功，根據(jù)無(wú)功功率大小，功率因數(shù)和電壓范圍，自動(dòng)控制電容器投切進(jìn)行補(bǔ)償，有效地提高供電電壓質(zhì)量、提高配電網(wǎng)絡(luò)的**穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。