襄陽源創電氣有限公司小王告訴我們: 無功補償投切方式種類

 

　　1. 延時投切方式

 

　　延時投切方式即俗稱的“靜態”補償方式。延時投切的目的在于防止過于頻繁的動作使電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導致供電系統振蕩，這是很危險的。

 

　　延時投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復合開關或者同步開關(又名選相開關)。投切電容器專用接觸器有一組輔助接點串聯電阻后與主接點并聯。在投入過程中輔助接點先閉合，與輔助接點串聯的電阻使電容器預充電，然后主接點再閉合，于是就限制了電容器投入時的涌流。

 

　　復合開關就是將晶閘管與繼電器接點并聯使用，由晶閘管實現電壓過零投入與電流過零切除，由繼電器接點來通過連續電流，這樣就避免了晶閘管的導通損耗問題，也避免了電容器投入時的涌流。但是復合開關既使用晶閘管又使用繼電器，于是結構就變得比較復雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對過流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實際應用中，復合開關故障多半是由晶閘管損壞所引起的。

 

　　同步開關是近年來發展的技術，顧名思義，就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對于控制電容器的同步開關，就是要在接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現電容器的無涌流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現開關接點的無電弧分斷。由于同步開關省略了晶閘管，因此不僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關是傳統機械開關與現代電子技術完美結合的產物，使機械開關在具有獨特技術性能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。

 

　　當電網的負荷呈感性時，如電動機、電焊機等負載，這時電網的電流滯帶后電壓一個角度，當負荷呈容性時，如過補償狀態，這時電網的電流超前于電壓的一個角度，功率因數超前或滯后是指電流與電壓的相位關系。通過補償裝置的控制器檢測供電系統的物理量，來決定電容器的投切，這個物理量可以是功率因數或無功電流或無功功率。下面就功率因數型舉例說明。

 

　　當這個物理量滿足要求時，如cosΦ超前且>0.98，滯后且>0.95，在這個范圍內，此時控制器沒有控制信號發出，這時已投入的電容器組不退出，沒投入的電容器組也不投入。當檢測到cosΦ不滿足要求時，如cosΦ滯后且<0.95，那么將一組電容器投入，并繼續監測cosΦ如還不滿足要求，控制器則延時一段時間(延時時間可整定)，再投入一組電容器，直到全部投入為止。當檢測到超前信號如cosΦ<0.98，即呈容性載荷時，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時就要先切除。

 

　　如果把延時時間整定為300s，而這套補償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時間就為50分鐘，切除也這樣。在這段時間內無功損失補只能是逐步到位。如果將延時時間整定的很短，或沒有設定延時時間，就可能會出現這樣的情況。

 

　　當控制器監測到cosΦ〈0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投入期間，此時電網可能已是容性負載即過補償了，控制器則控制電容器組逐一切除，周而復始，形成震蕩，導致系統崩潰。是否能形成振蕩與負載的性質有密切關系，所以說這個參數需要根據現場情況整定，要在保證系統安全的情況下，再考慮補償效果。

 

　　無功補償的投切器件

 

　　1.1，交流接觸器控制投入型補償裝置。由于電容器是電壓不能瞬變的器件，因此電容器投入時會形成很大的涌流，涌流大時可能超過100倍電容器額定電流。涌流會對電網產生不利的干擾，也會降低電容器的使用壽命。為了降低涌流，現在大部分補償裝置使用電容器投切專用接觸器，這種接觸器有1組串聯限流電阻與主觸頭并聯的輔助觸頭，在接觸器吸合的過程中，輔助觸頭首先接通，使電容器通過限流電阻接入電路進行預充電，然后主觸頭接通將電容器正常接入電路，通過這種方式可以將涌流限制在電容器額定電流的20倍以下。此類補償裝置價格低廉，可靠性較高，應用為普遍。由于交流接觸器的觸頭壽命有限，不適合頻繁投切，因此這類補償裝置不適用頻繁變化的負荷情況。

 

　　1.2，晶閘管控制投入型補償裝置。這類補償裝置就是SVC分類中的TSC子類。由于晶閘管很容易受涌流的沖擊而損壞，因此晶閘管必須過零觸發，就是當晶閘管兩端電壓為零的瞬間發出觸發信號。過零觸發技術可以實現無涌流投入電容器，另外由于晶閘管的觸發次數沒有限制，可以實現準動態補償(響應時間在毫級)，因此適用于電容器的頻繁投切，非常適用于頻繁變化的負荷情況。晶閘管導通電壓降約為1V左右，損耗很大(以額定容量100Kvar的補償裝置為例，每相額定電流約為145A ，則晶閘管額定導通損耗為145×1×3=435W，必須使用大面積的散熱片并使用通風扇。晶閘管對電壓變化率(dv/dt)非常敏感，遇到操作過電壓及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導通而被涌流損壞，即使安裝避雷器也無濟于事，因為避雷器只能限制電壓的峰值，并不能降低電壓變化率。此類補償裝置結構復雜，價格高，可靠性差，損耗大，除了負荷頻繁變化的場合，在其余場合幾乎沒有使用價值。

 

　　1.3，復合開關控制投入型補償裝置。復合開關技術就是將晶閘管與繼電器接點并聯使用，由晶閘管實現電壓過零投入與電流過零切除，由繼電器接點來通過連續電流，這樣就避免了晶閘管的導通損耗問題，也避免了電容器投入時的涌流。但是復合開關技術既使用晶閘管又使用繼電器，于是結構就變得相當復雜，并且由于晶閘管對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。

 

　　1.4，同步開關(又名選相開關)投入型補償裝置。同步開關技術是近年來發展的技術，顧名思義，就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對于控制電容器的同步開關，就是要在開關接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現電容器的無涌流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現開關接點的無電弧分斷。同步開關技術中拒絕使用可控硅，因此仍然不適用于頻繁投切。但由于同步開關相比復合開關和交流接觸器更節能、更安全可靠、更節約資源，且選相開關應用了單片機技術，不僅能通過RS485通訊控制方式對多至64路電容器進行控制，還具備通訊功能，可將基層單位的電測量信息實時發送到上級電網，為目前國家正在發展的智能化電網無縫對接等諸多因素，可以預見：采用單片機控制磁保持繼電器的LXK系列同步開關(或選相開關)必將替代復合開關和交流接觸器成為無功補償電容器投切開關的主流。

 

　　2. 瞬時投切方式

 

　　瞬時投切方式即人們熟稱的“動態”補償方式，應該說它是半導體電力器件與數字技術綜合的技術結晶，實際就是一套快速隨動系統，控制器一般能在半個周波至1個周波內完成采樣、計算，在2個周期到來時，控制器已經發出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導通，投切電容器組大約20-30毫秒內就完成一個全部動作，這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現的。動態補償方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應用前景。現在很多開關行業廠都試圖生產、制造這類裝置且有的生產廠已經生產出很不錯的裝置。當然與國外同類產品相比從性能上、元器件的質量、產品結構上還有一定的差距。

 

　　動態補償的線路方式

 

　　2.1 LC串接法原理如圖1所示這種方式采用電感與電容的串聯接法，調節電抗以達到補償無功損耗的目的。從原理上分析，這種方式響應速度快，閉環使用時，可做到無差調節，使無功損耗降為零。從元件的選擇上來說，根據補償量選擇1組電容器即可，不需要再分成多路。既然有這么多的優點，應該是非常理想的補償裝置了。但由于要求選用的電感量值大，要在很大的動態范圍內調節，所以體積也相對較大，價格也要高一些，再加一些技術的原因，這項技術到目前來說還沒有被廣泛采用或使用者很少。

 

　　2.2 采用電力半導體器件作為電容器組的投切開關，較常采用的接線方式如圖2。圖中BK為半導體器件，C1為電容器組。這種接線方式采用2組開關，另一相直接接電網省去一組開關，有很多優越性。作為補償裝置所采用的半導體器件一般都采用晶閘管，其優點是選材方便，電路成熟又很經濟。其不足之處是元件本身不能快速關斷，在意外情況下容易燒毀，所以保護措施要完善。當解決了保護問題，作為電容器組投切開關應該是較理想的器件。動態補償的補償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數。很重要的一項就是要求控制器要有良好的動態響應時間，準確的投切功率，還要有較高的自識別能力，這樣才能達到佳的補償效果。當控制器采集到需要補償的信號發出一個指令(投入一組或多組電容器的指令)，此時由觸發脈沖去觸發晶閘管導通，相應的電容器組也就并入線路運行。需要強調的是晶閘管導通的條件必須滿足其所在相的電容器的端電壓為零，以避免涌流造成元件的損壞，半導體器件應該是無涌流投切。當控制指令撤消時，觸發脈沖隨即消失，晶閘管零電流自然關斷。關斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值，必須由放電電阻盡快放電，以備電容器再次投入。元器件可以選單相晶閘管反并聯或是雙向晶閘管，也可選適合容性負載的固態接觸器，這樣可以省去過零觸發的脈沖電路，從而簡化線路，元件的耐壓及電流要合理選擇，散熱器及冷卻方式也要考慮周全。

 

　　2.3. 混合投切方式實際上就是靜態與動態補償的混合，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導體器件。這種方式在一定程度上可做到優勢互補，但就其控制技術，目前還見到完善的控制軟件，該方式用于通常的網絡如工礦、小區、域網改造，比起單一的投切方式拓寬了應用范圍，節能效果更好。補償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補償效果更加細致，更為理想。還可采用分相補償方式，可以解決由于線路三相不平行造成的損失。

 

　　2.4 無功發生器SVG 利用PWM整流控制技術，通過對電網的電壓和電流實時采樣和高性能DSP計算出電網的無功功率，實現無功功率的補償。SVG的特點是可實現對動態連續無功補償，并可實現感性無功和容性無功的補償，使電網的功率因數穩定在0.98以上。

 

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