[无功补偿控制系统在企业用电管理中的应用] 低压无功补偿控制系统

　　摘 要:随着工业的发展,电气安全与无功补偿已成为电力企业用户关注的问题。对电力用户来说,采用高水平的无功补偿控制系统具有重要的安全意义与经济效益。　　关键词:无功补偿控制系统 复合开关 多功能配电监测仪
　　中图分类号:TM727 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0176-01
　　随着工业的发展,电气安全与无功补偿已成为电力企业用户关注的问题。对电力用户来说,采用高水平的无功补偿控制系统具有重要的安全意义与经济效益。
　　企业用户的用电负载大部分是阻感性负载,如异步电动机、变压器、荧光灯以及各种电力电子装置。这些阻感性负载在运行过程中不仅要消耗大量的无功功率,也能产生谐波电流[1]。无功电流会给电力系统带来诸多不利因素,引起电能损耗,降低了功率因数,增加了配电线路的电压损失,造成电机工作条件恶劣,减少其使用寿命等等[2]。在配电线路中安装了并联电容器等无功补偿设备以后,可以补偿感性电抗所消耗的无功功率,减少了电网电源由线路向感性负荷提供的无功功率,从而降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗。无功补偿可以提高功率因数,是一项投资少、收效快的降损节能措施[3]。
　　目前企业用户使用无功补偿的方法是以集中补偿并联电容器为主。它能够产生超前电流补偿负载产生的滞后电流,工作原理是根据总的无功需求来投入或切除电容器组。用复合开关控制电容器的投切,进行离散补偿,平滑度取决于投切电容器的组数。
　　1 无功补偿控制系统的组成
　　无功补偿控制系统由多功能配电监测仪和无功补偿控制器及电容投切开关三部分组成,如图1所示。外部三相电压电流的模拟信号接入多功能配电监测仪,首先实现传统配电监测仪的监测分析功能,然后利用分析结果生成各路补偿电容投切状态,以串行方式把电容状态送至无功补偿控制器,无功补偿控制器不需要做分析判断,直接把电容状态转换成电容投切开关控制信号输出到各路投切开关。其中多功能配电监测仪主要实现电信号采集、各电参量计算(如有效值、功率、电度、谐波等)、电容投切判断等功能;无功补偿控制器根据来自多功能配电监测仪的电容投切信号(TTL电平信号),提供电容投切开关所需电信号。多功能配电监测仪通常安装于进线柜或其他适当位置,无功补偿控制器安装于电容柜,它们通过数据线实现信息传递。
　　多功能配电监测仪的成本与传统配电监测仪相同,而无功补偿控制器与传统的控制器相比,少了采样计算等部分,这些过程都交给多功能配电监测仪来完成,无功补偿控制器的成本大大减少。其次,利用多功能配电监测仪强大的计算分析能力,无功补偿可以实现基于基波进行补偿判断,使得在谐波比较严重的情况下依然可以正确进行补偿判断。
　　2 多功能配电监测仪
　　多功能配电监测仪主要实现电信号采集、各电参量计算及1～16路电容投切判断等功能。
　　多功能配电监测仪能监测三相电压、三相电流、有(无)功功率、功率因数、电度、谐波、电压电流不平衡度、电能质量参数等电量参数。
　　由于现在企业中大量使用电力电子装置,这些电力电子装置中的整流电路具有非线性负载特性,是引发低压供电系统谐波畸变和功率因数滞后的谐波污染源,不仅对供电系统造成严重污染,使电能质量下降,给电气设备带来严重的危害。所以多功能配电监测仪需能适应谐波污染严重场合使用,即在谐波污染严重时仍能正确的计算无功补偿容量并给出正确的补偿信号。
　　另外,多功能配电监测仪能支持电容器编码投切及循环投切,避免反复投切同一组电容器,避免某只电容器的过度使用。
　　3 电容投切开关
　　在无功补偿控制系统中,电容投切开关是操作执行元件,其性能的好坏对无功补偿控制系统的可靠性起着很大的作用。电容投切开关元件的性能对整个装置的寿命和稳定性起着非常关键的作用。
　　早期的投切开关元件为交流接触器,在其投切的瞬间,无法保证电压为零,这样会使得电容器电压生高,产生合闸涌流。合闸涌流会减小电容器的使用寿命而且会对配电网产生一定的冲击。交流接触器噪音大容易产生火花,轻载时容易产生投切震荡,重载时未补无功功率较大。故交流接触器只能运行在一般场合,负载变化不大,无功量稳定不需要频繁投切的场合。
　　几年前,晶闸管投切电容器(TSC)已经在低压无功补偿装置中占得一席之地。晶闸管投切电容可以动态跟踪系统无功功率,过零投切,低噪音补偿一步到位,无漏补现象。相对于交流接触器,它有着无法比拟的优点。它可以在电压过零点触发导通电路,避免过电压和涌流的产生。在电流过零点自动切断,不利于电弧的产生,而且还可以快速跟踪无功功率变化进行投切,投切速度相当快。但是晶闸管对驱动信号要求非常严格,所以驱动电路相当复杂。
　　目前最为广泛使用的电容器投切开关是复合开关[4],复合开关是将交流接触器与晶闸管有机结合,充分利用各自的优点。投切瞬间用晶闸管开断,而稳定运行时接通交流接触器,此时应该关断晶闸管,否则会有不必要的损耗。这种复合开关具有使用寿命长、动作可靠等优点。复合开关的输入信号与开关光电隔离,抗干扰能力强,可直接与任何无功补偿控制器配合使用。使用寿命在20万次以上,有很好的适应性、涌流很小运行可靠,保护完善可以满足绝大部分的现场需求,适用于谐波不太严重的低压供电系统。
　　4 结语
　　无功补偿是电力系统运行的基本需求,为了实现电力系统的无功平衡,需要在负荷附近进行无功补偿,其中并联电容器补偿是最为简单易行和经济可靠的。
　　目前多家国外企业生产高水平的能在谐波较严重环境实现正确投切电容器的无功补偿控制系统,如西门子、欧高等。在实际工作中存在的问题是:高精度的用户电力监测与较低精度无功补偿控制器测的是同一个电压电流(前者安装于进线柜,后者安装于电容柜,通常两柜距离小于10m),但却使用了两套精度不一的信号采集装置,这使得一方面重复测量造成浪费;另一方面无法利用用户电力监测的高精度实现高水平的无功补偿控制。
　　参考文献
　　[1] 王兆安,杨君,刘进军,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2006:6～74.
　　[2] 徐柏榆.对无功功率及电容补偿的再认识[J].广东电力,1995(3):43～45.
　　[3] 刘永超,姚军.国内外无功补偿装置的发展历程、现状及趋势[J].经济技术协作信息,2005.
　　[4] 王晓伟,华洪武.智能化复合开关在无功补偿中的应用[J].齐齐哈尔大学学报,2003(4).