论低压无功功率补偿柜的节能选型设计

论低压无功功率补偿柜的节能选型设计

【摘要】近年来，在我国政府的大力引导与扶持下，三大产业均进入快速发展阶段，与此同时也提高了对我国电力能源及设施的使用需求。在长期研究中发现，目前我国所采用的供电设备已经无法满足三大产业正常生产的电力需求，电力供应与需求之间的矛盾日益凸显。在本文中笔者将着重探讨分析电力系统中安装无功补偿设备的必要性与重要性，详细罗列了目前常用的无功补偿的种类及无功补偿方式，并从无功功率补偿柜配置方案及元器件设计方面探讨如何实现无功补偿，在实践中起到节能效果，最大限度缓解电力的供需矛盾。

【关键词】低压；无功功率；补偿柜；节能设计选型

在我国社会主义现代化建设不断推进的今天，农业、工业及服务业的电力负荷量呈现出明显的上升，大幅度增量电源，这样不仅导致整个电力供应系统的网络结构出现改变，同时也使得整个系统的电源分布产生改变，这样导致整个电网系统的无功分布出现明显的不合理现象。如果在配电网中出现明显的感性负荷时，则会降低电网的功率因数，其原因在于感性负荷吸收了电网中的无功功率。在配电网的经济指标中，功率因数作为一项重要的技术经济指标之一，如果能够通过安装无功补偿装置来提高电网的功率因数，则可能极大的改进电网的电能质量，降低配电网的线损值，最终起到节能效果。

1 概述

1.1 系统中安装无功补偿装置的必要性

客观地讲，无功补偿可提高功率因数、增加用电设备的出力，消除力率电费。减少线路及变压器的电能损耗，减少相应电费。改善电压质量和电动机运行状况，降低动力设备的使用电流。减轻电器、开关和供电线路负荷，减少维修量延长使用寿命，提高电力系统的可靠性。降低变压器负荷，释放变压器容量，使变频调速系统的节能效果提高。

1.2系统中安装无功补偿装置的作用

随着我国现代化建设进程的不断推进，居民、商业和工业的用电量越来越大，由于线路的负荷功率因数较低以及无功消耗较大，从而对整个配电网的供电质量与效益产生严重影响。因此，在配电网中采取无功补偿，可有效提升配电网系统运行的可靠性、安全性及经济性。在设置配电网无功补偿时可以通过计算获取最佳方案，同时用户也可以自愿选择使用无功补偿装置，这样不仅有利于改善整个配电网及用户的电压质量，有效降低线路的损耗，减少配电网的运行成本，提高配电网的经济效益，还为广大用户节约了大量的经济支出。

2 无功补偿的种类

静态补偿：静止无功补偿器SVC（Static Var Compensator）是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制[2]。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性，该方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率。

动态补偿：动态无功补偿是从补偿效果来进行描述定义的，一般的补偿是有级的，也就是常用的补偿装置如电容，是按组来进行投切的，也就用电系统里产生的无功不会是你补偿的一样多，但是由于这种补偿已经将功率因数达到0.95。用行业内的话就是动态补偿装置能够产生的无功是呈线性的。总体来说，动态无功补偿就是能够根据实际的无功需求快速进行补偿，也就是能够跟上网内需求的变化节奏，所以称之为动态无功补偿。

3无功补偿方式选择

3.1 自动补偿

无功功率自动补偿控制器是低压配电系统补偿无功功率的专用控制器，可以与多种等级电压在400V以下型号的静电容屏配套使用。产品具备RS485通讯接口，其所采样得到的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、有功谐波百分量、功率因数、温度可通过通讯接口传送到其它外部设备。

3.2 分相补偿

分相补偿是在补偿装置中使用一定数量单相电力电容器，通过检测三相电流来进行分别计算并控制各相电容器的投入数量来达到补偿目的，因此可以使各相的无功电流均获得良好的补偿。这种补偿方式适用于对办公楼、居民小区等单相负荷为主的负荷进行补偿。单相电容器分相投切型补偿装置只能补偿不平衡的无功电流，对不平衡有功电流没有调整能力。

3.3 混合补偿

所谓的混合补偿是针对三相还是单相补偿来说的。混合补偿就是大部分补偿为共补，少部分采用分补。其补偿一般分为：低压侧，高压侧，集中补偿，分散补偿。其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每一相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的平衡补齐，然后再进行三相补偿。

4 无功功率补偿柜配置方案及元器件设计选择

4.1 改进无功功率补偿柜设计的探讨

4.1.1 电容器的选择

（1）选择至少可以承受100/n的浪涌电流和电压高一个等级的电容（比如

用440V 电容取代400V 电容），像FRAKO 电容，可以承受200-300/n的浪涌电流。较高的电压等级和耐浪涌电流的能力，可以使电容在谐波存在的情况下，寿命更长。

（2）选择节能（能耗在0.2～0.5W/Kvar）环保型的干式电容，由于采用了自愈式和分段薄膜技术，电容器带有预充电电阻，内置保险，可以使把电容的灾难性的损坏变成渐进式的或自愈式的。不能选择油浸式的电容，不利于环保并有火灾的风险。

4.1.2 电容器的保护

（1）检查供电侧的用电质量，确认是否在可接受的范围之内（V-THD<3%，I-THD<10%），如果超出范围，建议使用有解谐的补偿柜（例如使用7%的电抗器）来防止系统电容产生共振，谐波的抑制可以有效的延长电容的寿命。

（2）选择熔断器隔离开关代替空气开关，电容投切可以采用可控硅与交流接触器相结合的复合开关，可以有效的降低电容投入时的涌流和电容断开时接触器的拉弧。（3）无功功率补偿组应该留出30%～40%的余量，内部电缆应适当放大，并且必须是 A 级阻燃电缆，控制电线也必须是阻燃的。

（4）在控制线路设计中，应采用以单片机为基础的控制器，按负荷侧有功、无功的值取样，进行分析计算，自动识别工作电容器和备用电容器，发出指令，自动循环选择不同的电容器进行投切，使每个电容的运行时间大致相同，延长电容器的使用寿命。控制器同时还具有电容回路过压，过流等保护功能。

4.2 无功功率补偿柜柜体的设计

（1）电容器要与电抗器要相互隔离，两者都要与接触器，熔断器隔离开关，电缆，母排等隔离，同时每个柜之间也要隔离，把故障限制在每个柜子里。下图1是一个很好的例子（其中的进线开关不建议安装，应由电缆供电）

（2）使用强制通风系统

根据电容器的经验法则，电容器的工作温度，每降低10℃，寿命会增加一倍。一般电容器规定的最高工作温度为55℃，所以期望电容器工作温度在40～45℃左右。

目前很多PFC 柜都是自然通风方式，强烈建议安装强制通风系统。PFC 柜前后都有进风口，顶部安装至少两个抽风扇（下面装有防止风扇意外跌落下来的装置），带自动恒温调节器和超温报警装置，如果PFC 柜的通风系统出现风机跳闸或进风口堵死等情况，可以立即知道。

（3）电容器的装配方法对于通风和散热也起到很重要的作用，电容器不应该安装在水平封闭的底板上，底板板上应该有通风孔。