集中自动无功补偿的作用及组成原理

所谓集中自动无功补偿，就是在一个配电系统的负载中心处，集中安装补偿电容器，做成一个自动补偿成套装置。低压无功补偿成套装置大多都制作成屏柜结构，目前其型号很多，但工作原理是相同的。包含一次电路、二次控制电路、无功补偿自动控制器、测量与指示电路等。

1.一次电路

无功自动补偿装置的主电路如图4-49所示，包括隔离开关QS、十组熔断器FU1～FU10、接触器KM1～KM10、热继电器FR1～FR10、补偿电容器C1～C10，另外还有电流互感器TA1、TA2和TA3，避雷器FA1、FA2和FA3。其中熔断器和热继电器用于对电容器进行短路及过电流保护；接触器是对电容器进行手动或自动投入、切除的开关器件；电流互感器获取的电流信号用于测量无功补偿装置补偿电流的大小；避雷器用于吸收电容器投入、切除操作时可能产生的过电压，是一种额定电压为AC220V的低压氧化锌避雷器。

图4-49 无功自动补偿装置的主电路

2.二次控制电路

无功自动补偿装置的二次控制电路如图4-50所示，包括一个物理结构分为七层的转换开关2SA、无功补偿自动控制器（以下简称补偿控制器）等元器件。转换开关2SA用来手动控制投入或切除1～10路补偿电容器，并完成补偿控制器电压信号、电流信号的接入或退出。补偿控制器可以根据功率因数的高低或无功功率占用量的大小自动投入或切除电容器，并在系统电压较高时自动切除电容器，以保证补偿电容器的运行安全。

转换开关2SA有一个操作手柄，由图4-50可见，该手柄有自动、停止和手动1～手动10共12个挡位，每旋转一个挡位角度即可转换一次挡位状态。在每个挡位，会有相应的转换开关触头接通。2SA共可转换13对触头，分别是7、8，9、10等，一直到下部的1、2触头。为了标示出转换开关2SA在不同的挡位与各组触头之间的对应关系，与12个挡位相对应的有12条纵向虚线，虚线与每一组触头无形相交的位置标注有圆点或不标注圆点。标注有圆点的，表示转换开关旋转至该挡位时，与圆点处在一条水平线上的一组触头是接通的，否则该组触头呈开路状态。例如，在触头7、8所处位置的一条水平线上，手动1～手动10挡位时均标注有圆点，表示这10个挡位时触头7、8均接通。而在手动1挡位，只在触头7、8和触头1、2位置标注有圆点，说明在该挡位只有这两组触头是接通的。

图4-50 无功自动补偿装置的二次控制电路

图4-51 无功自动补偿控制器接线端子图

无功补偿屏若进入自动控制投切状态，须给补偿控制器接入进线柜或待补偿电路总进线处A相（L1相）电流互感器二次侧的电流信号I_A，以及B相（L2相）和C相（L3相）电压信号，还有接触器线圈吸合所需的工作电源。具体接线如图4-51所示。图中US1、US2端子连接的103、104号线即是B相、C相电压信号（转换开关2SA在“自动”挡位时，103号线经2SA的4、3触头、熔断器FU12、L12端子（见图4-50）、隔离开关QS（见图4-49），连接至B相（L2相）电源；104号线沿类似线路连接至C相（L3相）电源；IS1、IS2端子连接的即是进线柜的电流信号（经由转换开关2SA转接），COM端连接的1号线即是接触器线圈吸合所需的工作电源。1号线经熔断器FU11、L11端子（见图4-50）、隔离开关QS，连接至A相（L1相）电源（见图4-49）。B相、C相电压信号及A相电流信号在补偿控制器内部经过微处理器运算判断后，计算出功率因数的高低、无功功率的大小，一方面经过LED显示器显示功率因数值，同时发送电容器投切指令，例如补偿控制器发出投入电容器C1的指令时，其接线端子中的1号端子经内部继电器触头与COM端（1号线，A相电源）连通，该端子经3号线连接至接触器KM1线圈的左端（见图4-50），线圈的右端经热继电器FR1的保护触头接至2号线，即电源零线N。接触器KM1线圈得电后。主触头动作，将电容器C1投入，实现无功补偿，详见图4-49。与此同时，KM1的辅助触头闭合，接通指示灯HL1，指示第一路电容器已经投入，如图4-52所示。

图4-52 无功补偿的指示电路

如果无功功率数值较大，补偿控制器则控制各路电容器依次投入，直到功率因数补偿到接近于1。每一路电容器投入时的时间间隔是可调的，通常将其调整为几秒至几十秒之间。补偿控制器遵循循环投切的原则，即先投入的将先切除，保证每一路电容器具有接近相同的工作机会。如果补偿后由于负载状况变化导致补偿过度，控制器将最先投入的电容器首先切除，直至功率因数恢复到1为止。(www.xing528.com)

无功补偿自动控制器是一台智能化的仪表装置，投入运行前应对有关参数进行设置，这些参数有

（1）过电压保护值，由于投入电容器补偿后，系统电压会有一定程度的提高，为了保护电容器等设备的安全，当系统电压达到一定值时，应适当减少电容器的投入数量。

（2）自动投切的时间间隔。即当第n路和第n+1路电容器都需要投入时，两路电容器先后投入的时间间隔。

（3）补偿预期达到的功率因数值，通常设置为滞后0.9～0.98，即补偿后系统仍略显感性。

（4）自动补偿时回路数的设定。补偿控制器将根据该设定进行投切控制。例如一个最多可以控制10路电容器投切的补偿控制器，当设定为6路时，则控制器只在1～6路之间循环动作，防止进入7～10路时的空循环。

（5）取样电流互感器变比的设定。

各个厂家生产的补偿控制器功能会有少许差异，设置参数应根据说明书的要求谨慎进行。而有的补偿控制器还具有手动投入、切除功能，甚至可以省却上述的转换开关2SA。这种电路方案的缺点是，补偿控制器一旦损坏出现故障，整个补偿屏即处于瘫痪状态，连手动投切也不能进行。

下面介绍转换开关2SA如何进行手动与自动控制的切换以及在手动状态时如何投入或切除电容器。2SA置“自动”挡位时，从图4-50可见，触头3、4和5、6是接通的，补偿控制器所需的B、C相电压信号经由这两组触头连接至电源L2和L3；触头1、2不接通，由进线柜取来的A相电流信号经由此处送达补偿控制器，并使之进入自动工作状态。

2SA置“停止”挡位时，触头3、4和5、6两组触头断开，补偿控制器的B、C相电压信号在此被切断；触头1、2接通，由进线柜取来的A相电流信号在此被短路，不能送往补偿控制器。补偿控制器乃至整个补偿装置都停止工作。

2SA置手动挡位时，由图4-50可见，无论在手动的任何一挡，1、2、3、4和5、6三组触头的状态均与停止挡位相同，因此补偿控制器不工作。无功补偿屏只能使用转换开关2SA操作控制电容器的投切。例如，2SA旋转至“手动1”挡位，触头7、8处标注有圆点，表示该触头接通，这时1号线连接的A相电源经触头7、8使接触器KM1线圈得电，受KM1控制的第一路电容器C1投入电路开始补偿。当2SA旋转至手动2挡位时，会有两只电容器投入补偿。当2SA旋转至手动n挡位时（由于2SA最多只有10个手动挡位，因此n≤10），会有n只电容器投入补偿。操作转换开关2SA可使已投入的电容器依次切除退出。手动投切时不能实现循环动作。

图4-53 无功自动补偿装置的测量电路

3.信号与测量电路

信号电路参见图4-52，10只指示灯可以指示有几只电容器正投入运行补偿，它们由相应的接触器辅助触头控制。测量电路如图4-53所示，电压测量由转换开关1SA及电压表实施。旋转开关1SA可以选择测量AB相、BC相或CA相之间的线电压。功率因数（cosϕ）表可以测量补偿前后的功率因数值。三只电流表用来指示本屏柜电容器的补偿电流值。