低压无功补偿装置复合开关的分组投切
如何做好低压配电网无功补偿
如何做好低压配电网无功补偿【摘要】随着社会的发展、科学技术进步，城乡一体化逐步形成，人民生活水平不断提高，大量的用电设备进行办公室及普通家庭，要求低压配电网的供电可靠性和供电质量不断提高。
而无功补偿技术作为低压配电网电压质量的重要技术控制措施，在低压配电网中被广泛应用。
本文重点介绍低压配电网电容无功补偿的现状和今后发展趋势。
【关键词】无功功率产生；无功补偿现状；发展趋势一、配电网无功功率的产生在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时也发无功功率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率，称为线路的充电功率，它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。
电能的用户（负荷）在需要有功功率的同时还需要无功功率，其大小和负荷的功率因数有关；由此可见，无功功率在输、配电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗，产生电压降落。
一般情况下，电力系统中发电机所发的无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗，为了减少有功损失和电压降落，提高线路的供电能力，不希望大量的无功功率在网络中流动，所以在负荷中心需要加装无功功率电源，以实现无功功率的就地供应、分区平衡的原则。
二、低压配电网无功补偿的现状（一）目前低压电网无功补偿普遍采取在配电房集中补偿、分散就地补偿和个别补偿三种方式。
（二）无功信号的采集使用单相信号，利用三相电容器进行三相共补：现在控制信号采集一般在单相上进行，这种方式不能满足三相负荷量在同一时间不同变化要求。
三相共补偿方式适用于负荷主要是使用三相负载的地方，如工业开发区的工业用电。
多采用集中补偿和就地补偿，即随机补偿。
但对于当前的负载主要为居民用户，由于电源接入点不同和用电负荷不同，三相负荷很可能不平衡，各相无功需量也不同，采用这种补偿方式会在不同程度上出现过补或欠补。
（三）无功控制方法、投切方式及主要设备无功控制物理量多用电压、功率因数、无功电流，投切方式为：循环投切、编码投切。
低压无功补偿电容器投切装置分析和选型
低压无功补偿电容器投切装置分析和选型韩东明南海供电局大沥供电所摘要：针对低压无功补偿电容器投切装置的选型问题及其在用的几种装置进行了比较和分析，提出了如何选用合适的低压无功补偿电容器投切装置。
关键词：无功补偿电容器投切装置复合开关引言:电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部份属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率，因而消耗电网的无功功率，将使供电系统输送的总电流增加、做成输变电变压器的出力减少、供电线路及系统设备有功功率损耗增大、线路末端电压下降。
因此为了提高输变电设备的供电能力、改善电能质量、降低线路损耗、缓解供电能力不足等问题，在负荷端都会根据实际情况安装低压无功补偿置，而低压无功补偿电容器投切装置的选用是否恰当，直接关系到无功补偿装置补偿效果的发挥。
以下对几种常见的低压无功补偿的电容器投切装置的性能分别进行分析比较，以便根据实际情况选择使用。
一、几种常见和在用的补偿装置1.普通交流接触器。
由于电容器在投入和切除时产生较大的过压和涌流，暂态高压和冲击电流会导致电器绝缘击穿和接触器触头烧损，使接触器频繁损坏，同时还会影响电容器使用寿命和对电网造成干扰。
因此，过往单独使用普通交流接触器投切电容器的控制方式目前已经基本淘汰。
2.电容器投切专用接触器。
针对普通接触器易烧损的问题，人们研制了带有抑制涌流装置的电容器投切专用接触器。
该接触器是在普通交流接触器的主触点上加装了一限流电阻，在电容器投切不频繁时，起到了一定的作用。
但其抑制电容涌流的效果并不理想，当电流较大或无功负荷波动大、电容器投切频繁时，其限流电阻和主触点被烧毁的现象经常发生。
因此采用专业接触器进行电容器投切的无功补偿装置，只适用于在负荷基本平稳、且三相电压基本平衡的工作环境下使用。
3. 晶闸管电子开关。
为了提高无功补偿装置的使用寿命和投切稳定性，人们利用了晶闸管电压过零投入、电流过零切除、开关无触点、反应速度快等特性，实现了电容器的投入无涌流、切除无过压、投切无电弧的快速动态补偿功能，较好地解决了电容器投切时产生的涌流、过压等问题。
低压配电无功补偿容量选择
低压配电无功补偿容量选择摘要：随着社会经济的快速发展，低压电网的无功补偿一般都选择在各电力用户装设电容器装置。
同其他无功功率补偿装置相比，并联电容器无旋转部分，具有安装、运行维护简单方便，有功损耗小以及组装增容灵活，扩建方便、安全，投资少等优点，因此，并联电容器改善功率因数可获得较显著的经济效益，并获得广泛应用。
并联电容器的补偿方式一般分为集中补偿、分组补偿和单机补偿三种。
关键词：低压配电；无功补偿容量；选择引言低压电网主要采用并联电容器组进行无功补偿，其补偿方式一般分为集中补偿、分组补偿和个别补偿。
补偿容量的确定与补偿方式有关，应考虑选用最优的补偿方式和合理的补偿容量，以提高电网无功补偿的经济效益。
1无功补偿最优方式的选择1.1 集中补偿集中补偿方式是将电容器组装设在用户专用变电所或配电室的低压或高压母线上，这种补偿方式中的电容器组利用率较高，能补偿变配电所低压或高压母线前的无功功率。
其接线如图1中的 C1所示。
集中补偿的效益表现在如下三个方面：可以就地补偿变压器的无功功率损耗。
由于减少了变压器的无功电流，相应地可减少变压器容量，或者说可以增加变压器所带的有功负荷。
可以补偿变电所以上输电线路的功率损耗。
可以就近供应380V 配电线路的前段部分本身及所带用电设备的无功功率损耗。
但这种补偿方式也有一定的局限性，它只能减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所造成的损耗，而不能减少用户内部配电网络的无功负荷所引起的损耗。
正是由于用户内部的无功线损没有减少，其降损节电效益必然受到限制。
集中补偿的容量再多，其作用仅限于减少变压器本身及其以上输配电线路的无功功率损耗。
凡是向负荷输送的无功功率，由于仍然要经过线路的电阻和电抗，低压配电线路上产生的无功损耗并未减少，因此集中补偿的容量选择不宜过大，应为平均所需无功容量的 13% ～23% 为宜。
为了弥补这种补偿方式的不足，对生产车间内的用电设备最好采取分散补偿方式。
智能低压复合开关介绍
智能低压复合开关介绍低压智能复合开关是低压无功补偿装置中电容器的投切开关，是一种智能化的环保节能型控制执行部件。
技术参数1. 工作环境条件环境温度：-20℃～+70℃；相对湿度：40℃时，20%～90%；2. 额定电压、工作电源及额定电流额定工作电压：380V（共补）/220V（分补）三相四线交流50HZ;允许偏差：三相电压同步变化不大于±20%;波形为正弦波，失真度小于5%;额定频率：50HZ±5%;额定电流：24/30/38/45/60A。
3. 主要技术指标：使用寿命：100万次相数：三相(△型接法)；单向(Y型接法)控制容量：三相共补电容器组容量：≤16/20/25/30/40Kvar分相补偿三相电容器组总容量：≤16/20/25/30/40Kvar功耗：≤2W接点耐压：≥2000V响应时间：≤20ms连续两次接通间隔：≥10秒主要技术特点1. 过零投切复合开关的基本工作原理是将可控硅与磁保持继电器并接，实现电压过零导通和电流过零切断，使复合开关在接通和断开的瞬间具有可控硅开关过零投切的优点，而在正常接通期间又具有接触器开关无功耗的优点。
其实现方法是：投入时是在电压过零瞬间可控硅先过零触发，然后再将磁保持继电器吸合导通；而切除时是先将磁保持继电器断开，可控硅延时过零断开，从而实现电流过零切除。
2. 采用单片机控制投切1) 电源电压缺相保护：工作电源缺相供电时，开关拒绝闭合；接通后若出现缺相则自动退投；2) 欠压保护：电压≤额定电压(220V)的20%时开关拒绝闭合；3)自诊断故障保护：系统自动监控可控硅、磁保持继电器的运行状态，若其出现故障，则拒绝闭合或自动退投断开；4) 停电保护：接通后遇突然停电时，自动跳闸断开。
3. 无谐波注入由于导通瞬间是由可控硅过零触发，延时后由继电器吸合、导通，而继电器吸合导通就不会产生谐波。
4. 功耗小由于采用了磁保持继电器，控制装置只在投切动作瞬间耗电，平时不耗电；且由于磁保持继电器的的接触电阻小，因而不发热，这样就不用外加散热片或风扇，降低了成本。
低压电网具有无功补偿等功能的综合自动化装置的研究
方向为地方电力系统 自动化技术及装备。
通 讯 作 者 Ｅ ｍａ：ｙ ５ ３ ＠１３ ＣＢ － ｉ ｚ １６ １ ６ ．Ｏ ｌ
组合 ，虽然软件控制 比较复杂 ，但却大大节 约了
要：在 电力 系统 中，由于无功不足 而给 系统 带来的危 害 已不容 忽视 ，目前低压 电网的无功补偿 大多采用
并联 电容器方式 ，虽然其控 制 简单 ，但补偿精度 不高，而且无 功补偿和低 压保护都是分别控制的 。文章 以单 片机 为控制部分的核心 ，具有无功补偿 、保 护等 多种 功能进行研 究。 电容器采用 ８ ４ ２ １ ： ：： 的不等容分组 方式 ，提 高补 偿精度的 同时还可减 少投 切开关的数量。研 究 中采用的电容投切 开关是 集交流接 触器和 晶闸管二者优点 于一 身的 机 电复合开 关，变压 器低压侧保护用交流接 触器代替 断路 器，利用单片机进行控制。结果提 高了系统 的 自动 化功
能 。 同 时也 大 大 降 低 了 系统 的 造 价 。
关键词 ：无功补偿 ；机 电复合 开关 ；单片机
中图分类号 ：Ｔ ７ Ｍ６ 文献标识码 ：Ａ
目前低 压电网普遍 存在着功率 因数低 、电压 质量差 、电能损耗大 ，没有足够 的无功 补偿 等问 题 ，因此 ，就地无功补偿是解决这些 问题 的有效 措施【 ” 。如今低压系统 的无功补偿和变压器低压侧 保护都是分别控制 的， 目前 的配 电变压器低 压侧
置的寿命较长。应用此种开关的缺点是其造价 比晶 闸管和交流接触器都高 ，控制也较复杂。 在控制策略上 ，目前的无功补偿大多采用 电容 器等容分组方式 ，虽然其控制简单 ，但补偿不够精 确 ，如果级数分得够细 ，则需要数量很多 的开关 ， 因此本无功补偿采用电容按 ８４ ２ １ ：： ： 的不等容分组
复合投切的智能低压无功补偿电容器设计
复合投切的智能低压无功补偿电容器设计摘要：重点阐述了复合投切开关的结构及内部控制原理，且详细介绍了智能投切控制器的内部结构及软件设计。
该智能电容器采用多投切判据的“循环投切”方式以实现快速自动投切，并具有自诊断功能，可自动切除故障电容器。
测试结果表明该装置能够达到快速精确补偿的目的。
关键词：电容器；复合投切；磁保持继电器；循环投切中图分类号：TN710?34；TM53 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）07?0156?04Keywords：capacitor；compound switching；magnetic latching relay；cycle switching0 引言在配电系统中，低压电容器是一种应用非常广泛的无功补偿设备，其安全可靠运行对配电系统的正常供电起着关键作用[1]。
目前无功补偿装置种类繁多。
传统的低压补偿装置通常采用交流接触器作为投切开关，接入时会产生涌流，触头易粘结且不易拉开。
之后，出现了晶闸管开关，它具有过零触发能力，能限制合闸涌流，但导通时会出现导通压降，产生较大损耗和发热现象。
为解决此问题，又出现了复合开关，它由晶闸管、交流接触器并联组成，具有两种开关的优势，但正常运行时交流接触器的线圈需一直通电，增加了线路损耗。
最新的投切开关则采用磁保持继电器来代替交流接触器与晶闸管并联，组成了低功耗的复合投切开关。
智能低压无功补偿电容器（以下简称智能电容器）是以若干台三角型联结的低压电容器为主体，采用微电子技术、数字通信技术、传感器技术、电力电子技术等技术成果，将其集成、智能化，通过对其运行参数的实时监测实现了故障自诊断功能，采用低能耗磁保持继电器实现复合投切，多台电容器通过并联方式按控制要求投切，实现无功自动补偿，并具备了三相欠压、过压、过流、缺相等保护。
能很好地适应现代低压配电网对无功补偿的需求。
1 硬件结构智能电容器的硬件主要由检测电路、电源模块、智能投切控制器、电容器组及外围电气设备组成，硬件结构如图1所示。
低压无功补偿装置说明书
求质量之上乘守信誉于天下系列无功智能补偿装置山东特安电气有限公司SHANDONG TEAN ELECTRIC CO., LTD目录一、产品简介........................................ 错误!未定义书签。
二、产品型号及含义 .................................. 错误!未定义书签。
三、主要技术指标 .................................... 错误!未定义书签。
四、原理简介........................................ 错误!未定义书签。
五、接线与运行...................................... 错误!未定义书签。
六、参数设置........................................ 错误!未定义书签。
七、装置外形尺寸 .................................... 错误!未定义书签。
八、安装方法和注意事项 .............................. 错误!未定义书签。
九、相关资料........................................ 错误!未定义书签。
附一一次原理图 .................................... 错误!未定义书签。
附二安装图........................................ 错误!未定义书签。
一、产品简介随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，社会对电力的需求日益增长，对供电的可靠性和供电质量提出更高的要求。
由于负荷的不断增加对电网无功的要求也随之增加。
无功功率如同有功功率一样是保证电力系统电能质量，电压质量，降低网损和安全运行不可缺少的部分。
解决好无功补偿问题对降损节能有着极为重要的意义，这是当前供电系统优先关注的缘由。
无功补偿装置分组投切说明
分组投切调试说明本程序可控制三组电容器的分组自动投切，投切的原则如下：本程序设有分列无功上下限及并列无功上下限四个限值定值，装置工作在那组限值根据母联的合位置自动判断。
各分组投切的判据如下：一．在分列运行方式下（母联DL合位置为0）Q当前=Q(本侧)其中Q1C,Q2,Q3C为三组分组电容器的容量，当它们的容量不一致时，要求设置时应把Q1C设成大容量的一组，Q3C设成小容量的一组。
具体的动作如下：一）Q当前＞Q分列上限进入电容投判断模式1.A K投切系数×Q3C < Q当前－Q分列上限< K投切系数×(Q1C+Q2C)a.在本侧电容器DL合位置为0时，退出电容分组投切b.在本侧电容器DL合位置为1时：1.在接触器1合位置为0时，动作投Q1；2. 在接触器1合位置为1时，动作投Q2；3. 在接触器1.2合位置为1时，动作投Q3；1.B K投切系数×(Q1C+Q2C) < Q当前－Q分列上限< K投切系数×(Q1C+Q2C+ Q3C)a.在本侧电容器DL合位置为0时，退出电容分组投切b.在本侧电容器DL合位置为1时：1.如在接触器任2组合位置为0时，动作投该两组电容；2.如接触器任两组合位置为1时，动作投合位置为0的那组电容；1.C Q当前－Q分列上限> K投切系数×(Q1C+Q2C+ Q3C)；a.在本侧电容器DL合位置为0时。
退出电容分组投切b.在本侧电容器DL合位置为1时：1.如在接触器三组合位置为0时，动作投Q1.Q2.Q3；2.如接触器任2组合位置为1时，动作投该两组电容；3.如接触器任2组合位置为1时，动作投合位置为0的那组电容；二）Q当前＜Q分列下限进入电容切判断模式2.A K投切系数×Q3C < Q分列下限－Q当前< K投切系数×(Q1C+Q2C)a.在本侧电容器DL合位置为0时。
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低压无功补偿装置复合开关的分组投切
【摘要】本文针对国内现有低压无功补偿装置的运行现状，结合无功补偿装置的实用性，经济性和可靠性，对现有补偿装置的分组投切开关进行研究改进，提出将机械式投切开关(MSC)与无触点电子开关（TSC）相结合组成复合开关，共同控制电容器组的投切，实现对低压电网的环保、高效、安全可靠的智能无功补偿控制。
【关键词】低压无功补偿；复合开关；分组投切
电网功率因数偏低已成为当今供电领域迫切需要解决的重要课题之一。
无功补偿是维持电网电压稳定，维护电力系统安全运行的重要手段。
目前，国内集中无功补偿装置研究多以高压系统为主，而针对低压分组投切的装置，国内目前仍多以交流接触器(Mechanical Switching Capacitors -MSC)作为电容器投切开关为主[1]，也有一些场合选择双向可控硅（Thyristor Switch Capacitor ?TSC）来控制。
关于MSC投切和TSC投切的工作特点及性能对比，见表1所示：结合目前我国低压电网运行的现状，针对无功补偿装置实际运行中存在的投切涌流大、投切效率低、控制方式落后等问题，笔者提出将机械式投切开关与无触点电子开关相结合(即MSC+TSC)组成复合开关，应用于无功补偿装置，共同控制电容器组的投切。
1.TSC+MSC复合开关的工作原理
(a) TSC+MSC结构(b) TSC+MSC接线形式
图3TSC+MSC投切开关
图3所示为TSC+MSC投切开关接线结构，该装置结构由晶闸管主电路与交流接触器主接点并联形成，工作时动作次序为：
1)投入时：选择电压过零时刻触发晶闸管，将电容器接入电网并保持，继而吸合交流接触器并保持，待电路稳定，再断开晶闸管。
2)切除时：先触发晶闸管导通，然后断开交流接触器，最后切除晶闸管的触发信号，在电流过零时使晶闸管自然关断。
3)缺相指示：运行前电压或电流缺相，吸合LED闪烁告警频率，0.5秒/次，运行中电压或电流缺相，吸合LED闪烁告警，频率1秒/次。
2.TSC+MSC复合开关的控制特点
将电容器投切和运行的不同特性，分为暂态和稳态两个过程，分别采用不同特性的器件进行控制。
2.1暂态开关—可控硅
利用晶闸管的易控和无触点特性，使反向并联晶闸管工作在电容器投切瞬间的暂态过程中，起到抑制涌流、过压和拉弧现象，并能实现快速投切。
结合整个无功补偿装置来讲，控制器根据系统电压和无功情况做出投切决策，并将投切指令传达给晶闸管触发电路，由触发信号来控制晶闸管的开通和关断。
2.2稳态开关—交流接触器
利用交流接触器在可靠闭合时，其主触点接触电阻小、导通容量大、压降小、功耗小、工作安全可靠等特性，使其工作在电容器投入后和切除前的稳态过程中，起到电容器向电网提供无功能量的主通道作用。
3.TSC+MSC复合开关的元件选型
由于补偿装置的投切开关要用到可控硅和交流接触器两种元件，因此要结合
各自的功能特点和选型标准，分别进行选择。
3.1可控硅选型
目前，市面上可供选择的晶闸管开关种类繁多，应用比较广泛的大致有双向可控硅反并联模块结构和双向可控硅分立元件结构和两种形式。
本装置中选用反并联模块做双向可控硅投切电容器的半导体开关。
该元件具有以下一系列特点：
(1)国际标准封装，芯片与底板电气绝缘。
(2)全压接结构或氮气保护焊接结构，优良的温度特性和功率循环能力。
(3)安装简单，重量轻。
3.2接触器选型
可选择通用型交流接触器或切换电容器专用交流接触器来实现稳态控制。
二者的区别在于，电容器投切专用在主触点上加装了一套限流阻抗，很大程度上抑制了接通时出现的涌流。
国内外接触器生产厂家有很多，如西门子、施耐德、正泰等。
以ABB公司提供的UA系列带有串限流电阻结构的投切电容器接触器为例，其功能特点有[2]：
(1)限流主触头和接触器主触头在正常运行中是分开的，它们各行其事。
(2)辅助触点多，32A以下为三对，40A以上为4对，可以任意组合常开常闭。
(3)设计切换电容器所控制的容量，安全系数大，并有一定的余量，安全可靠。
(4)限流电阻组对称，线状，绝缘，耐热。
(5)产品技术经济指标高，具有高的分断能力和限流能力。
适用于通断进行功率补偿的单级或多级电容器组。
4.TSC+MSC复合开关的功能特点
1)暂态开关与稳态开关相互独立，系统的抗干扰性能提高。
2)独立的控制单元具有通用性，可根据补偿电容器的实际容量，与不同容量的交流接触器配套使用。
3)整个补偿装置器件损坏时互换性好、配置灵活，运行可靠。
本文中所研究的TSC+MSC型复合开关，完全克服了该特殊应用领域中两代传统产品(MSC和TSC)各自原理性和先天性的缺点，集成了两者各自的优点[3]，即：开关在接通和断开的瞬间具有可控硅过零投切的优点，由晶闸管精确控制电容器投切时刻，实现电容器的无涌流投入；而在正常接通期间又具有机械开关无功耗的优点，由接触器来保持电容器的连续运行。
完全满足了电力系统无功补偿电容器在“投入—运行—切除”全过程对开关产品的特殊功能需要，可大大延长电容器的使用寿命。
[科]
【参考文献】
［１］姜齐荣，谢小荣，陈建业．电力系统并联补偿-结构、原理、控制与应用．机械工业出版社，2004：175－177．
［２］GB50227-2008并联电容器装置设计规范．
［３］苏崇文.配电网低压无功补偿的应用现状及发展趋势．武汉船舶职业技术学院学报，2006.3：76－78.。