浅析智能型无功动态补偿装置功能

毛增洪

摘要：随着现代科学技术的飞速发展，电力、电子设备在诸多行业得到了广泛的应用，如：照明控制系统、开关电源、电动机调速设备、不间断电源、整流器、数控机床、电子控制设备、EDM机械等等，其所产生的非线性电流以谐波的方式影响着电网并加重了它的负担。

关键词：谐波危害 智能无功动态装置 作用

中图分类号： S763 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

随着现代科学技术的飞速发展，电力、电子设备在诸多行业得到了广泛的应用，如：照明控制系统、开关电源、电动机调速设备、不间断电源、整流器、数控机床、电子控制设备、EDM机械等等，其所产生的非线性电流以谐波的方式影响着电网并加重了它的负担。而在常规的功率因数调整系统中，电力电容器与电力变压器形成了一个谐振电路，使得谐波电压和电流被放大，加重了谐波的危害程度。

谐波的危害：

1、谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

2、谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。

3、谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。

4、谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

5、谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。

我校工科楼变电所、理化变电所就相继发生过多起补偿电容器和投切接触器无端烧毁的事例。（究其原因：该两处变电所所管区域内有实验室、计算机机房等大量使用电子设备的负荷，而原功率因数调整系统采用的是常规普通型电容补偿装置，对谐波不能治理反而加大危害程度。）

常规功率因数补偿装置的缺陷：

1、控制特性差，运行可靠性低，控制器的采样电流仅取一相，不能准确反映三相负荷功率因数的实际情况，（实践中低压配电系统中三相负荷不平衡情况较为严重）装置无法对突变冲击负荷实现动态跟踪补偿，导致误补、欠补。

2、采用接触器投切电容器投切冲击电流大、易产生操作过电压和合闸浪涌，对电网造成冲击，电容器受冲击，寿命短，接触器触头易烧结，不宜频繁投切等弊病。

3、由于装置本身缺陷易造成的谐振现象，致使谐波电压、电流再次放大，加重谐波危害程度，损坏供电设备和用电器。

综上所述常规的功率因数补偿装置已不能适应现在日益发展的电力行业的要求，近年来，采用全新高科技，集微电脑、机电一体化、全自动高精度，利用可靠的光电隔离技术，实施对系统无功功率动态跟踪，即时补偿的功率因数调整装置应运而生，已逐渐替代老式的装置。该装置是一种由微电脑控制，集多功能电参数测量，监视、分析、通讯、统计和无功动态补偿融为一体，从而实现低压配电网路优化的自动化管理。

装置主要功能及特点：

1、控制物理参量：装置的无功补偿以系统无功功率作为控制物理参量，由系统电压、功率因数和谐波电流超值予以限制，跟踪采样，克服了原先由功率因数取样存在的取样值与控制物理量不能对应，轻载低功率因数条件下容易发生的投切震荡和补偿呆区，使系统能在较高功率因数状态下正常运行，并不受负载影响，补偿效果更为明显。

2、装置采用无触点大容量半导体器件投切电容器：正确敏捷的可控硅触发技术，以无触点投切电容器替代传统的有触点投切方式，从根本上消除了难免发生的操作过电压、合闸浪涌和触头拉弧等诸多缺陷，电容器投切响应速度特快，可达到≤20ms，解决了采用接触器投切电容器无法实现的快速频繁操作和无法对许多突变冲击负荷进行动态跟踪补偿。

3、组合方式灵活：当前在低压配电系统中三相不平衡情况较为严重，三相对无功补偿的要求不一样，装置采用分补与共补相结合的方式，根据“填平补齐”原则既可缓和三相不平衡，又能获得最佳的投运效果，经济高效。

4、完善的保护功能：装置具有过电压、失压、缺相、过电流、谐波电流超值保护和谐波电压监测功能，本装置具有反相序、缺相切除全部电容器功能，并设有过压保护，当母线电压高于410V时，控制器的软件闭锁，停止投入电容器组。当欠压时，母线电压低于额定电压380V时，控制器软件闭锁，停止切除电容器组。安全可靠，无需专人值守。

5、谐波检测监控功能：谐波对系统的影响已经成为配电网络一大污染，装置对系统中存在的基波～25次谐波电压含有率、谐波电流含有量和谐波电压、谐波电流总畸变率进行实时检测、分析、统计，由装置管理软件生成相应的表式和曲线。为用户分析谐波源采取必要措施提供依据，同时装置在参数设置项中有一项设置谐波保护定值，用于防止在谐波超值时投入电容器造成放大谐波电流的危害。

6、可调投切延时功能：装置具有根据投切延时的不同要求可以设定调节，主要用于保证电容器充分放电，起到保护电容器的作用。

7、自动化管理功能：装置以有线或无线通讯方式，经数据采集转发器与计算机联网，由系统专用数据分析软件将装置存储数据、浏览、打印成报表和曲线，实现配电网络自动化管理。装置可存储（60）80天系统运行数据，用户根据数据分析表式和曲线，掌握配电网系统运行情况，找出系统运行薄弱点，予以克服与强化，达到优化网架的目的。

效果分析：

1、装置将系统无功补偿设置在低压负载末端，可提高变压器输电线路的利用率，降低设备及线路投资成本，对用户而言可以获得最大的经济效益，变压器及输电线路可得到充分利用。

（COSΦ2/ COSΦ1-1）×100% （COSΦ1为补偿前的功率因数，COSΦ2为补偿后的功率因数）

当负荷消耗的无功功率Q（或者无功电流Iq）由装置输出予以补偿，则变压器和输电线路所承担的负荷（视在功率）在补偿效果达最佳状态时（COSΦ≈1），仅为负荷消耗的有效功率。

功率因数每提高一个百分点，变压器、输电线路利用率也提高一个百分点。

2、改善负荷（电动机）启动特性和运行特性，减少电网污染，延长变压器及输电线路的寿命：

装置实现动态即时跟踪，对突变冲击负载就地采用动态跟踪补偿可消弱冲击负荷（大负荷）启动时对电网的冲击，既改善了负荷（电动机）启动特性和运行特性，又改善了电网污染，同时可延长变压器、负荷受电设备和电容器的使用寿命，使用户获得优化的电能品质。

结束语：

通过以上分析，不难看出采用智能无功动态补偿技术，可以根据系统实际运行情况，进行复杂的综合分析、运算和优化处理（包括对历史记录的分析处理）实现快速、准确、可靠的无功补偿优化控制，加以装置配置有数据采集、传输、控制系统，能使输配电网有效地联调，从而得到更好的无功补偿效果。总之，该装置是目前变配电系统使用的功能较齐备和安全可靠的功率因数调整设备，因而得到了广泛的应用。我校独墅湖校区新建变电所、前述老校区部分变电所自采用更换该装置后，经过几年来的运行实践，结果表明，低压变配电系统中的功率因数指标始终控制在设定值（COSΦ=0.95±0.02）以上范围内，而且设备运行稳定，性能良好。

参考文献：

[1] 魏玉莉. 无功经济当量及其统一计算公式推导[J]. 信息通信. 2013（08）

[2] 沈佩琦. 金塘区域配网无功情况调研及应对措施探讨[J]. 电气技术. 2013（09）