第六节 无功补偿装置
1.无功补偿装置中智能无功补偿控制器的设计要求是什么?
答:无功补偿控制器在运行中要求既能保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又能兼顾补偿效果。要能自由选择电容器组合，针对△－Y结合情况根据配电系统三相中每一相无功功率的大小智能选择电容组合，可提供循环投切、智能投切，供电力用户选择。智能低压复合开关的性能:应能实现过零投入和过零关断，又可保证开、关时无涌流、无谐波，工作期间能耗小，避免对电网产生冲击，还应具备抗干扰、缺相保护、闭锁保护等功能，具有辅助接点。
2.什么是配电网10 kV线路无功优化智能系统?
答:自动化系统无功优化使用DotNet技术开发，并且通过C/S结构运行。在客户端系统上运行后可以随时访问服务器，监控设备状态在线补偿。通过自动调度的第一侧线系统参数局域网、服务器系统，以及通过GPRS和通信领域的补偿装置、控制或访问，以获取工作现场补偿设备的运行状态。系统服务器用来访问存储在数据库中的实时数据，数据库使用SQLSERVER的2005设计与管理系统，客户可以对数据库的数据进行统计和分析，可以自动生成Excel文件存储的统计报告的形式。
3.什么是无功补偿远程无线集控系统?
答:使用一个遥控器设置GPRS无线通信技术、自动化设备、远程监控、无线数据传输。控制显示器的主要是一种单芯片16位微处理器和一套核心的监管系统、一套电信系统、智能手机芯片技术。该系统采用大规模集成电路技术，高精度A/D转换器，微控制器技术、抗干扰技术，有可靠性高、精度高、功能齐全、易于安装等特点。后端系统软件灵活，易于安装，操作简便，装有XP操作系统环境中常见的作业系统和Access数据库软件，并不需要单独维护。
4.智能低压无功补偿装置的结构是什么?
答:智能低压无功补偿装置主要由无功补偿控制器、智能投切开关、低压电容器等元器件组成。采用一系列国内领先的技术和最新的电子元器件及新型的机电一体化的智能复合开关，集电网监测与无功补偿于一体，不但可以补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量;同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据，可完成对整个低压配电线路的监测、分析处理、报表输出等综合管理，为低压配电线路的科学管理提供第一手的可靠数据。
5.智能低压无功补偿装置的原理是什么?
答:利用双向反并联的晶闸管与磁保持开关组成的智能复合开关投切电力电容器。当断路器闭合后，控制器开始工作，对无功电流(功率因数)进行计算监测，当无功电流Iq值增大到设定值时，控制器对指定的复合开关输出过零触发脉冲使之导通将电容器投入运行，直到功率因数逼近设定值，当无功电流Iq值下降到低于设定值时，控制器停发触发脉冲信号而将电容器退出，以免电压过高。其工作流程见图2－1。
图2－1 智能低压无功补偿装置工作流程
6.无功补偿装置的控制器有哪些类型?
答:控制器是无功补偿装置的核心器件。选用的控制器可采集三相电压、电流，分级分相采用综合判据来控制投切电容器。其具备优化无功补偿策略程序，控制物理量如无功功率(功率因数)、投切时间、电流电压门限等参数可设置，按照用户需求和特性动态无功补偿，并将共补与分相分组补偿有效结合起来。该控制器实时采集电网三相电压、电流，计算出实际无功大小(功率因数)，然后根据设定值自动循环投入电容器进行补偿。当夏季或无功缺口比较大的时候，自动投入共补电容器，以减少分补投入次数。当无功缺口比较小时，主要由分补电容器进行补偿。防止损坏电容器，控制器投切电容器时加上三种限制条件:谐波闭锁、电压闭锁、电流闭锁。
7.无功补偿装置的投切开关有哪些类型?
答:电容器投切开关是无功补偿装置的另一个重要器件。早期多采用的是接触器，在投入过程中涌流大，严重时会发生触头熔焊现象。即使是带有抑制涌流装置的电容器投切专用接触器，在无功负荷波动大，电容器投切频繁的情况下，也存在使用寿命短，需要经常进行检修的问题。随后出现的可控硅投切开关，具有电压过零投入、电流过零切除、开关无触点、反应速度快等特性，但其最明显的缺点是功率损耗大，会产生很高的温升，需要使用专用散热器，来解决其通风散热问题，可靠性不高。现在选用新型的机电一体化的智能复合开关，具有无冲击、低功耗、高寿命等显著优点。该开关为晶闸管开关和磁保持开关并联运行，其在接通和断开的瞬间具有可控硅过零投切的优点，而在正常接通期间又具有磁保持开关零功耗的优点。
8.智能低压无功补偿装置有哪些特点?
答:控制器内部具备优化的无功补偿策略程序，控制物理量如无功功率(功率因数)、投切时间、电流电压门限等参数可设置，按照用户需求和特性动态无功补偿，并将共补和分相分组补偿有效结合。
采用智能低压电子复合开关作为开关元件，彻底解决了电容器投入时的浪涌电流问题，无触头烧损之虑，无须散热，更不会产生谐波注入，安全可靠性高。
具有完善的过压、欠压、缺相、谐波、振荡等保护措施。
具备GPRS通信功能，可将补偿结果反馈给配电管理系统，计算无功功率经济效益，并可接受系统控制。控制器同时具有配电监测的功能，可通过GPRS通信模块将配电信息上传到主站端。
9.相对于传统模式，智能无功补偿有哪些改进?
答:低压无功补偿的传统模式主要有三种形式，①装于低压电动机的单台就地补偿;②装于配电变压器低压侧的补偿箱;③装于企业配电房或车间以及高层建筑楼层配电间的自动补偿柜(如PGJ柜等)。
低压补偿箱和补偿柜的技术改进和新技术应用归纳起来主要有以下几方面:
(1)由三相共补到分相补偿，以求达到更理想的补偿效果。
(2)由单一的无功补偿到同时具有滤波及抑制谐波功能的补偿装置。
(3)从采用交流接触器进行投切，到选用晶闸管开关电路投切，以及发展为等电压投、零电流切的最佳投切模式。
(4)智能型自动补偿控制器和配电变压器的运行记录仪相结合。
(5)将低压补偿的功能纳入箱式变电站或美式箱变的低压部分。
(6)采用不锈钢或航空铝板的箱体，具有防寒、防晒、密封、防潮、防锈的特点。
(7)选用干式或充SF6的自愈式并联电容器，提高运行可靠性，延长使用年限。(www.xing528.com)
10.智能无功补偿装置有哪些接线方式?
答:三相共补的接线、三相分补的接线、△－Y共补与分补相结合的接线。
11.三相分补的接线特点是什么?
答:三相分补方式就是各相分别取样，各相分别投入不同的补偿容量。适用于各相负载相差较大，其cosφ值也有较大差别的场合。与三相共补的不同特点是:①单台并联电容器的额定电压为230 V，Y接;②控制器分相进行工作，互不影响。当然，其价格高于三相共补的装置，一般要贵20%～30%。
12.△－Y共补与分补相结合的接线特点是什么?
答:三相共补部分的电容器为△接线，三相分补部分的电容器为Y接线，例如某厂家△接电容器组的单台电容器分别为400 V，10 kvar、15 kvar、20 kvar、30 kvar。Y接电容器组的单台电容器分别为:230 V，3 kvar、4 kvar、5 kvar、6 kvar、8 kvar、10 kvar。这种接线方式的补偿装置，运行方式机动灵活，其成套价格低于图2－2所示的接线方案。也有的厂家对Y接的电容器组仍采用400 V的电容器，其单台铭牌容量与△接电容器组选用相同的电容器，而Y接部分的电容器实际输出的容量只有铭牌的1/3。这样做的目的是由于400 V的产品比较便宜，即使实际容量较铭牌值小，但由于工作场强低，寿命较长，且整个装置只用一个规格的电容器，互换性强。
图2－2 并联电容器△－Y三相共补与分补相结合的接线
13.并联电容器的投切开关有哪些?
答:交流接触器、双向晶闸管开关电路、晶闸管和二极管反并联的开关电路、等电压投零电流切的新型无触点开关电路、两相两管开关电路投切的三相△形接线电容器组。
14.双向晶闸管开关电路的特点是什么?
答:采用双向晶闸管的无触点开关电路(又称固态继电器)取代交流接触器用于投切电容器的接线如图2－3(a)所示。其优点是过零触发，无拉弧，动作时间短，可大幅度地限制电容器合闸涌流，特别适合频繁投切的场合。但也存在以下缺点:①采用双向晶闸管制造成本高，晶闸管开关电路的补偿柜价格要比采用接触器的补偿柜贵70%～80%;②晶闸管开关电路运行时有较大的压降，运行中的电能损耗和发热问题不可忽视;③晶闸管电路的本身也是谐波源，大量的应用对低压电网的波形不利。因此，除了对晶闸管开关电路加以改进外，还应使之在完成开合闸操作后退出，仍由与之并联的接触器维持电容器的正常运行。
图2－3 晶闸管开关电路的接线方案
15.晶闸管和二极管反并联的开关电路的特点是什么?
答:一个晶闸管和一个二极管反并联的接线方案如图2－3(b)所示。与图2－3(a)所示的接线方案对比，由于相同容量的二极管的价格低于晶闸管，故用一只晶闸管和一只二极管反并联的无触点开关电路制造成本较低，而技术性能相近，但反应时间则较慢些，切除电容器时，从切除指令的输出到工作任务的完成，可以在半周波内完成，(即时间t≤10 ms)。如采用图2－3(b)所示的方案，由于二极管的不可控性，通常其切除时间要在0.5～1 ms之间，即切除时间t≤20 ms。
16.等电压投零电流切的新型无触点开关电路的特点是什么?
答:等电压投零电流切的新型无触点开关电路的接线如图2－4所示。其运行操作顺序说明如下:当投入电容器时，先由微电脑控制器发出信号给开关电路，使之在等电压时投入电容器，微电脑的控制器紧接着又发信号给接触器，使其触点也闭合，将晶闸管开关电路短路，由于接触器闭合后的接触电阻远小于开关电路导通时的电阻，达到了节能和延长开关电路使用寿命的目的。当需要切除电容器时控制器先发信号给接触器，使接触器触点断开，此时开关电路处于导通状态，并由开关电路在电流过零时，将电容器切除。本方案的优点是:运行功耗低、涌流小、谐波影响小，制造成本低，开关电路和接触器的使用寿命长。
图2－4 等电压投零电流切的开关电路
17.智能型自动控制器检测量和控制目标是什么?
答:检测量主要有cosφ、无功功率Q和无功电流Iq三种，20世纪80年代中期多选用以cosφ为检测量的控制器，执行手段是投切电容器，补偿的最终目的是减少进出电网的无功功率。此方案的主要缺点是:轻载时容易产生投切震荡，重载时又不易达到充分补偿，故新型的控制器已不再选用以cosφ为检测量。检测量为Q的控制器，其工作原理是将电压和电流的信号送入霍尔元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以测出Q=UIsinφ，由于检测量和控制目标都是同一物理量，技术上是合理的，但检测难度要大些。检测量为Iq的控制器，利用了相电压u由正到负过零的瞬间，恰好就是A相无功电流最大值Iqmax的原理，用相电压u负过零信号控制，采用开关和简单的保持电路，以完成对Iq实时检测。这种方案的优点是:检测方法简单，不会发生震荡，补偿效果与电网电压的波动无关。
18.对自动控制器性能及质量的要求是什么?
答:为了提高自动控制器的技术性能和可靠性，电力行业标准DL/T 597—1996《低压无功补偿器订货技术条件》，对控制器的基本功能提出以下要求:①应具有电容器投入及切除门限设定值、延时设定值、过电压保护设定值的设置功能;②对可按设定程序投切的控制器，应具有投切程序设置功能;③面板功能键的操作应有容错功能;④面板的设置应具有硬件或软件闭锁功能。为了提高控制器工作的可靠性还应注意以下几点:①控制器应有防止在小负载情况下出现投切震荡的措施;②合理简化控制器的电路设计，元器件数量越多，电路越复杂，则控制器的故障率越高;③减少一些控制器本身不必要附加功能，例如自动和手动的切换、电容器故障的报警等功能均应由控制器转移到无功补偿屏上;④选用质量优良的单片机和电子元器件;⑤注意自动控制器抗电磁干扰的能力;⑥合理选择检测量和控制方案。
19.智能自动电压控制的技术特征是什么?
答:(1)无功优化。自动实现电网无功优化运行。组成电网的各(发电厂、输电线路、降压变压器与用电企业)元件都做到无功就地平衡。输电线路与联络变压器中只通过最少量的无功。
(2)柔性控制。即完全可控性。无级差调整的动态无功补偿装置具备柔性特征。
(3)更安全、高质量、高效率。电网的安全、优质(电能质量供电电压偏差)与输电效率(降低线损)三个指标同时抵达最好状态。这是电网效益转变发展方式的重要体现。
(4)先进的预防机制。先进的预防机制，就是无功就地平衡的机制。即什么地方用，就什么地方补偿;什么时候用，就什么时候补偿，用多少就补偿多少的机制。
(5)自适应计算功能电网具有适应任何情况下的无功潮流计算功能。
(6)自愈功能。电网发生事故后，具有自己恢复电压水平的功能。自愈功能实际上就是电网发生事故后实现无功就地平衡的能力。自愈功能应该包括自适应功能与无功自动调节功能。
(7)人性化互动。电网无功的电压控制依赖发、供、用三方的共同努力，需要发、供、用三方的互动合作功能。
(8)市场化。电网无功电压控制的动力在于市场化，智能AVC应当考虑电网调度管理下的市场化的运行和使用。
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