论低压无功功率补偿装置的选择

王 亮

（开滦（集团）有限责任公司范吕社区服务中心，河北 唐山063000）

0 引言

无功功率补偿装置的合理配置对于电网电压的稳定、功率因数的提高、电力网络损耗的减小、供电环境的改善至关重要。传统的低压电网中感性负荷比例较大，运行时需要补充大量的无功功率，否则会造成功率因数、电能质量的降低［1］。合理的无功功率补偿的实现，从整体角度看，提高了电网的输电能力，节省了电网建设的费用；从企业的角度看，功率因数的提高、电压的稳定，节约了用电费用，减少了用电成本，保障了生产稳定，增加了企业的经济效益。

1 低压无功补偿装置概况

1.1 低压无功补偿技术发展现状

随着电力电子技术和器件制造工艺的发展，无功补偿装置从传统的机械开关投切电容方式逐步发展到完全的电力电子补偿方式。补偿装置的灵活性、可靠性、动态响应速度、补偿效果不断增强。补偿装置先后出现了 MSC、同步调相机、SVC、SVG等。在我国，鉴于技术和成本等因素的限制，传统的电容投切补偿方式依然应用广泛，随着SVC技术的不断进步，静态无功补偿装置逐步兴起，而SVG广泛应用的条件尚不成熟。

1.2 低压无功补偿装置的分类

无功功率补偿装置可以分为无源补偿和有源补偿2类。无源无功补偿包括静态补偿、动态补偿和混合补偿3类。其中静态补偿属于早期无源补偿，一般采用专用的接触器完成电容器的投切操作，动作较慢；而动态补偿装置采用晶闸管完成，调节快速，现代采用晶闸管控技术的静止无功补偿器SVC分为自饱和电抗器型、晶闸管投切电容器型、晶闸管相控电抗器型等。有源补偿装置具有吸收、产生无功的功能，如SVG。

1.3 低压无功补偿装置的特点

无源补偿装置的特点：（1）静态补偿装置：分级补偿，无功补偿的效果不能达到最优；受电容、接触器限制，调节速度慢；投切过程易产生谐振；不能用于谐波严重的场合。（2）动态补偿装置：投切过程平稳可靠，可以频繁动作，调节迅速，造价高，本身产生谐波。

有源补偿装置的特点：能够实现感性、容性无功功率的双向调节，调节迅速，省去了大体积的电容器、电抗器等无源器件，节省空间；对系统参数变化不敏感；维护复杂。

2 低压无功功率补偿装置的选择要点分析

2.1 选择的原则

下面从无功功率补偿装置使用的主要部件对选择的原则进行分析：（1）主开关器件。负责投切电容器的主开关器件质量的好坏对无功补偿装置的性能至关重要，包括专用接触器、可控硅、复合开关。接触器缺点是在投入电容时产生的涌流容易对触点、电容器造成损害；可控硅式无触点开关器件具有过零触发、动作迅速、合闸涌流小等优点，但可控硅成本高，且其负载能力受温度影响大。复合开关兼具两者特性，具有谐波小、功耗小、抗干扰能力强等优势。应依据开关器件自身的电气性能进行选择，且额定电流、通流能力等参数必须符合要求。（2）补偿电容。电容对谐波很敏感，故在选择电容时，应充分考虑系统谐波的含量。此外，从延长电容器工作寿命的角度来看，电容的温度、电压等参数也应当结合实际运行工况进行选取。

2.2 选择时需要注意的问题

（1）分析待补偿系统的电能质量，合理地选择补偿方式。（2）准确计算无功补偿的容量。（3）合理选择低压配电系统无功补偿装置的安装方式，如表1所示。（4）无功倒送问题。无功倒送会增大变压器、电力线路的损耗，动态补偿能有效地防止无功倒送。（5）谐波问题。现代电力电子器件的使用带来的谐波问题，使得电网畸变率、谐波电压升高。此外，在谐波的作用下，可能使系统中的无源器件产生谐振，造成设备的损坏，产生电网的二次污染；同时，谐波会降低电容器的使用寿命，易造成电容器的损坏。因此，实际应用中，不仅要对电容器的容量进行可靠计算，必要时还要配置相应的滤波装置。

表1 无功补偿装置的安装方式

2.3 选择的方法

在选择低压无功功率补偿装置时，需要重点从以下几个方面进行考虑：

2.3.1 补偿目的

（1）以节能为目的时，补偿系统应针对无功功率的参数进行调节。（2）以改善电压为目的时，应针对系统的电压参数进行调节。（3）以提高电网运行稳定性为目的，例如，为提高电网对用电负荷及故障造成的潜在不稳定因素的抵抗能力，通过合理地安装SVC，及时、灵活地改变电网的阻抗特性，能够显著提高运行的稳定性。

2.3.2 具体负荷、工况

低压无功补偿装置的选择应充分考虑实际的运行工况及负荷的变化情况，各种无功补偿装置的特性如表2［2］所示。（1）对于负荷波动不大，三相平衡，或冲击负荷少的情况，宜采用静态补偿。例如，对于无功功率容量稳定且无需频繁调节的场合，宜采用机械开关投切电容器的补偿方法，简单、经济性好、运行可靠。（2）对于存在大功率冲击负荷、负荷波动大、非线性严重的情况，宜采用动态补偿、有源补偿的方法。（3）对于谐波含量大的情况，应选用带有滤波功能的无功补偿装置。（4）对于三相不平衡系统，如民用建筑中大量使用单相负荷，容易造成三相负荷失衡，应采用分相补偿或混合补偿。（5）其他负荷，如空调、电梯等运行受季节影响，启动频繁，运行时间短的情况，应使用静态和动态共同补偿。（6）特殊工况，如存在瞬变高电压、大电流冲击负荷的工况，不宜采用动态补偿。

表2 各种无功补偿装置的特性介绍

3 结语

随着我国工业、社会的不断发展，低压电网负荷的不对称性、非线性、冲击性日益严重，导致电网谐波、损耗的增加。原因主要表现在企业中大容量异步电机、变压器、可控硅等现代电力电子装置以及大容量冲击性负荷不断增加。在应用中，应当对实际的运行工况进行详细分析，依据不同的情况选择合适的补偿装置。

［1］刘江彩，卢翠艳，裴祥友.低压无功功率补偿装置的合理选择［J］.山西建筑，2005（6）

［2］惠立新，崔绍伟.电力系统中无功补偿装置分类及选择［J］.水科学与工程技术，2013（1）