一種無觸點智能型無功功率補償裝置

　　摘要　通過對低壓無功功率補償裝置―LTSC型無觸點智能補償屏的研究，闡明了LTSC型補償柜的技術特點及選用計算方法。

　　關鍵詞　無功功率補償屏 晶閘管 GL型過零投切模塊 LTSC

　　1　概述

　　在低壓配電系統中，采用并聯電容器裝置對無功功率進行集中補償或分散的就地補償是降低線損、提高電網供電質量、節約電能的有效途徑。

　　目前低壓配電網大量使用的PGJ系列無功功率補償裝置，采用交流接觸器投切電容器組，投切過程涌流大，操作過電壓高，接觸器觸頭燒損嚴重，影響電容器的使用壽命和裝置的可靠性。且放電時間長，不能實現頻繁投切和快速跟蹤補償。

　　LTSC型補償屏，是一種新型的低壓無功功率補償裝置，它采用晶閘管模塊、GL型過零投切模塊取代了有觸點開關，產品技術先進，投切速度快，級數多，補償性能好，自動化程度高，適用于工礦企業、鐵路、海港、油田、小區住宅、體育場館等戶內電力用戶，是可供低壓配電系統選用的機電一體化的節電產品，也適用于裝入無人值守的配電室和箱式變電站。DZJ型補償柜將在城鄉電網的建設和改造中發揮重要作用。

　　LTSC型補償屏，采用微機型控制器跟蹤配電網線路無功電流的變化，由晶閘管電路對多級電容器組進行自動投切，實現對線路無功功率的實時補償。

　　2.技術特點

　　LTSC型補償屏的額定電壓為400V，額定補償容量分別為：75 kvar 、90kvar、105kvar、135kvar、157.5kvar、180kvar、210kvar、225kvar，級數為1～15級。

　　控制器電路由CPU、無功電流檢測、檢測保護電路及直流工作電源等幾部分組成，其技術特點如下。

　　2.1 無觸點、無涌流、無電弧、無操作過電壓　補償電容器選用0.4-0.45kV的自愈式電容器，三角形接線，體積小，每千乏容量的價格低。主電路采用晶閘管模塊電路投切電容器，晶閘管串接在電容器三角形的A 、C支路上，簡稱角外接法。晶閘管采用全控模塊與GL過零投切模塊形成開關組件，該組件由控制器發出的觸發脈沖信號觸發。

　　該開關組件，在電流過零瞬間接通，電壓過零瞬間關斷，避免了電容器投切時的過渡過程，投入時無涌流，切除時無過電壓，從而避免了涌流和過電壓對電容器的損害，大大延長了電容器和其他電器元件的壽命。此外，在A、C支路上還串有電抗器，亦有限制涌流的作用。而采用交流接觸器的電路，即使采取某種降低涌流的措施，投入電容器瞬間涌流仍可達額定電流的20～50倍。

　　2.2無功電流采樣，智能控制　控制器的采樣物理量為電流，通過套裝在主進線柜某相母線上的采樣電流互感器T對負載電流采樣。由控制器計算出無功電流，并按無功電流大小確定所需投入電容器的組數，發出觸發脈沖進行投切。按標準規定，控制器的采樣物理量可以是無功功率、功率因數或無功電流。無功電流采樣較為合理和方便。在輕負載下，如采用功率因數采樣會出現控制電容器反復投切而致的“投切振蕩”。采用無功電流采樣，加上控制器對各級電容器投切門限值和回差值的正確設定，可準確地計算出所需投入的電容器組數，投切一次到位，不會出現上述的“投切振蕩”現象。受電線路功率因數可補償到0.95以上。

　　補償屏由控制器實現智能控制。這里的所謂“智能”，不僅包括上述對線路無功電流進行計算及對電容器組的自動投切控制和投切顯示，還包括對補償柜的某些故障進行監測控制。如在發生缺相、相序錯誤、欠壓、過壓、諧波電流超值等不正常情況時，控制器會發出信號，或封鎖、或切除電容器組進行保護，并發出顯示和報警信號?？刂破鬟€將配備輸出、輸入接口與上位機相連，以實現數據采集和遠距離控制。

　　2.3快速響應，實時補償　控制器從檢測到無功電流超過投入門限，或切除門限到補償電容器實際投入或切除的時間為動態響應時間。LTSC型補償屏的動態響應時間t ≤20ms，即能在電源電壓的一個周波內對負載電流的變化作出響應，實現實時補償。此外，由于補償電容器上并聯有放電回路，電容器切除后，剩余電荷經放電回路迅速放電，放電時間(剩余電壓降致50V以下的時間)小于2s，故可實現頻繁投切。

　　2.4補償容量按數字編碼組合，投切一次到位　LTSC型補償屏的補償電容器采用不等容量的分組方式，各組按數字編碼組合成若干級。如有4組電容器，容量按1∶2∶4∶8的比例配置，則可按數字編碼組合構成15級等容量的投切。如容量按1∶2∶3∶4的比例配置，則可實現10級的投切。投切時按所需補償容量對應的編碼組合實現一次補償到位，而不需要逐級一步一步投切。

　　2.5多柜級聯，擴展投切級數　補償屏單柜投切級數設計成1～15級可選，可多柜級聯組成主輔柜方式，如配置1臺主柜，1～2臺輔柜，則投切級數可擴展到30～45級。如一級補償容量為15kvar，則主輔柜級聯后補償容量可達15～675kvar。由主柜和一臺輔柜級聯成30級的組合是實際應用中使用較多的組合形式，由于投切級數多，級差小，有利于減少系統電壓波動，抑制電壓閃變，提高供電質量。

　　按投切相數的不同，投切方式可分為單相、三相、三相分投三種，其中三相分投方式可改善三相電網的不平衡性。

　　2.6齊全的保護措施　補償屏設計有多種保護措施，包括采用阻容吸收電路對晶閘管作瞬時過電壓保護、快速熔斷器作瞬時過電流保護、開關QF用于短路保護、熱繼電器用于過載保護、氧化鋅避雷器作線路瞬時過電壓保護以及由控制器實現的各種保護。還從硬件和軟件上進行了防誤觸發和抗干擾設計，以保證裝置的可靠運行。

　　2.7通用的柜體結構　LTSC型補償屏可采用通用的柜體結構可采用PGL、GCK、GCS、DOMINO等系列產品柜形結構，通用性強，生產工藝成熟，有利于提高效率和保證質量。一般框架用8MF冷彎型鋼局部焊接組裝而成，按20mm模數開孔。柜體防護等級為IP30，柜體表面采用環氧粉末靜電噴涂，附著力強，不眩目，還設計了良好的通風、散熱和接地。

　　3　選用

　　在選用補償柜時，應先了解和計算配電系統的有關資料和數據，如配電變壓器的容量及負載情況，被補償系統的自然功率因數，目標功率因數及負載特性(是沖擊負載、波動負載還是穩定負載)，線路諧波情況，對柜體的外形和安裝方面的要求等。選用時可參考以下幾點。

　　3.1無功補償容量的確定　選用補償柜時，可選級數多一些的，如選用15級。無功補償容量Q可按下式計算：

　　式中：P-用電設備的有功負載;cosφ1 、cosφ 2 -補償前后用電設備的自然功率因數

　　當cosφ1 和cosφ 2 未知時，亦可按配電變壓器容量的30%來估算無功補償容量。

　　3.2對不平衡負載的補償　對三相平衡負載，可選用三相平衡型柜，對于三相不平衡負載，可選用三相分投型，分相補償無功功率。

　　3.3對配電變壓器空載無功損耗的補償　配電變壓器空載無功損耗，包括銅損和鐵損，也需要在補償時加以考慮?？捎眉右唤M電容器固定補償此空載損耗的方法，也可采用在進行參數調整時將每級的補償量調整到稍過補償一點的方法來解決。

　　4效益

　　在三相平衡負荷處，可使受電功率因數提高到0.92以上，且不產生無功返送，從而降低線路損失率和減少用戶電費支出。

　　在沖擊性和波動性負荷處，可減少電壓波動和抑制電壓閃變，提高電壓穩定性。

　　在三相不平衡負荷處，可分相補償無功功率，以改善不平衡性。

　　在非線性負荷處，可用無觸點開關投切高次諧波濾波器，以減少正弦波形的畸變率。

　　消除電網在低谷負荷時的無功過剩和電壓過高現象，治理來自用戶側的電網污染，優化電能質量。

　　在過載的配電變壓器處，由于功率因數的提高，可增加變壓器的承載能力而為用戶“增容”。

　　5、使用情況

　　智能型無觸點無功功率補償裝置現已在一些工礦企業、鐵路、海港、油田、小區住宅無人值守的配電室和箱式變電站投入使用，其先進的技術和優越的性能，也從中得到驗證。

　　僅以西安鐵路分局寶雞供電段為例，原使用的PGL型無功功率補償裝置采用交流接觸器投切電容器組，因投切過程涌流大，操作過電壓高，接觸器觸頭燒損嚴重。幾乎成為電容裝置性能差的頑疾。故障多，維修多，直接影響到裝置可靠性。自2002年在一些生產區、生活區無人值守的配電室和箱式變電站，引入智能型無觸點無功功率補償裝置以來，“無觸點、無涌流、無電弧、無操作過電壓”、“齊全的保護措施”等特性，從根本上消除了接觸器觸頭燒損、故障多、維修多的弊端，且“無功電流采樣，智能控制”、“快速響應，實時補償”的特性使補償裝置的性能得以充分的發揮，補償效果進一步提高，達到了降低電損、改善供電質量的目的。

　　無功補償技術的發展趨勢表明，技術性能優越的智能型無觸點無功功率補償裝置，必將成為主流。從節約能源，保護環境的國策出發，電力行業的工作重點正逐步從發電建設轉移到供電質量建設上。因此，這種集電子―機電一體化于一身的無功補償技術將會越來越廣泛的得到應用。

　　參考文獻：

　　電網無功補償實用技術靳龍章等主編 中國水利水電出版社會1997

　　節電技術與節電工程 金哲主編 中國電力出版社1999