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。而实际上晶闸管是存在一个导通压降，一般为1.5V左右，当连接的电容器容量越大，工作电流就越大，此时晶闸管的功率损耗就越大，还产生了很高的温升，而晶闸管正常工作温度不超过80℃，需要使用体积较大的专用散热器、风扇来解决其通风散热问题，加装散热器、风扇以及温控电路后，需要的补偿柜内的安装空间更大，装配非常麻烦，可靠性也随之降低。而且由于晶闸管投切时会产生谐波电流，引起系统谐振后还会被放大，影响电网供电质量。由此可见，采用晶闸管作为电容器的投切装置，虽然解决了电容器投切过程中的过压、涌流等问题，但其自身也存在着明显的不足，所暴露的缺陷已不容忽视。寻求选用性能更可靠、使用寿命更长的电容器投切装置，是达到良好补偿效果、降低运行和维护成本、实现高效、节能、安全、经济运行的重要问题。4.复合开关。由于上述各种电容器投切装置所存在的问题和不足，人们继而开发了一种融合了接触器和晶闸管优点的新型电容器投切开关，将接触器和晶闸管并联在一起。作为电容器的投切开关，通过实践运行取得了很好的运行效果。下面将对复合开关的工作原理、结构特点分析和选用注意事项续一简单介绍二、复合开关的工作原理1工作原理复合开关采用智能控制技术和最新的电子元器件，适用于对交流380V无功补偿电容器的通断控制。其工作原理是将晶闸管开关与交流接触器并联结合，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晶闸管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。其实现投入时先将晶闸管触发导通接通，后延时驱动交流接触器并联连接，待补偿电容器件工作稳定后控制晶闸管断开连接，由交流接触器继续接通；切除时晶闸管再触发导通连接（此时交流接触器仍然在接通状态），然后控制断开交流接触器，接触器断开后晶闸管延时断开连接，从而实现电流过零切除。复合开关采还具有智能监控、自诊断故障保护、缺相保护、空载保护等完善的保护措施，且功耗小、无谐波。这样从根本上解决了接触器在接通和关断时出现的涌流及触头间拉弧现象，也消除了晶闸管开关的散热问题，使开关的使用寿命接近其机械寿命，既大大延长了开关的使用寿命，又提高了系统运行的可靠性。2晶闸管和接触器的开、断时序要求，1）投入时段---首先触发晶闸管在电压过零时刻导通，将电容器平稳可靠地接入电网，并维持导通状态下延时60ms，接着驱动交流接触器闭合导通，使其处于同晶闸管并联工作的状态，并持续一段时间，最后电路已处于稳定工作状态，将晶闸管断开退出工作，由交流接触器独立承担电容器与电网的连接作用。2)切除时段---首先触发晶闸管导通，使其处于同交流接触器并联工作的状态，接着切断交流接触器退出运行，电容器与电网的连接作用短时内由晶闸管独立承担，除后延迟80ms切除晶闸管的触发信号，使晶闸管在电流过零时自然关断。由此可见，无论交流接触器的主触点是在闭合时刻还是在开断时刻，晶闸管都是处于在靠导通的状态，因此交流接触器的主触点上基本不会产生电弧，从而在一定程度上延长了交流接触器的使用寿命，同时消除了电路的电弧干扰。结合新型低压智能无功补偿装置进行科学的补偿，发挥微处理器控制技术实现对负荷的动态最优补偿，使整个供电系统的运作更加安全可靠。三、开关的结构、特点及选用注意事项复合开关的结构形式主要分为一体式和分体式两种，下面分别作简单介绍。1.一体式复合开关一体式复合开关，是将单片机控制单元、晶闸管、交流接触器、以及连接导线和安装附件等，组装在同一个外壳中，形成一个独立的整体。其主要优点是结构紧凑、体制小巧、相应的外部接线少，因此，给安装带来了方便。缺点是由于体积小，器开断容量和通风散热均受到了限制，一般只能用于小容量投切。2.分体式复合开关分体式复合开关，是将单片机控制单元、晶闸管、阻容吸收电路等做成一个整体，构成一个独立的程序化控制单元，该单元不含交流接触器，而是与交流接触器配套使用。其优点是将晶闸管与交流接触器分离独立，提高了系统的抗干扰能力；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。整个补偿装置运行可靠、配置灵活，器件损坏时互换性好。不足之处是由于控制单元与交流接触器需分别安装，所占用的空间较大。3.复合开关的选用注意事项为了达到安全、可靠、长寿命的使用效果，在选用复合开关时应注意一下内容：1）查验控制程序是否符合要求。不同的生产厂家，其控制程序也不尽相同，在选择复合开关时，必须仔细鉴别控制程序是否合理，是否能够确保过零投切。2）开关中晶闸管的选择。晶闸管的质量直接关系到复合开关的使用寿命和可靠性，通常晶闸管选取反向峰值电压和通态电流至少是它所承受的系统额定电压和电流的2.5倍，在满足耐压、电流等要求时，应选用质量好的晶闸管模块。3）复合开关的控制相数。在进行三相平衡补偿时，既可选用两相控制模式的复合开关，也可选用三相全控模式的复合开关，一般在符合当地供电要求的前提下，选用两相控制模式的复合开关，可相应降低设备的成本。4）分相式开关的选用。当需要进行分相补偿或复合补偿时，宜选择专用的分相补偿式复合开关，以对单相电容器进行投切控制。5）一体化结构开关的选择。在选用一体式结构的复合开关时，要对其内部晶闸管和接触器进行鉴别检查，防止个别生产厂家因压缩开关的体积，而使用小容量的晶闸管和用继电器代替接触器。6）多路机电复合开关的应用。当补偿路数达4路或4路以上时，为了降低补偿装置的综合成本并使其结果紧凑，可选用多路输出的复合开关。7）另外，负荷谐波较大时，将损害补偿设备的复合开关和电容器，还需要根据情况采取谐波治理措施。结束语：综上所述，低压无功补偿电容器投切装置技术条件的优劣，直接关系到低压无功补偿装置能否实现高效、节能、安全、经济运行的效果，因此，切实选用合适的、质量好的投切装置对于低压无功补偿装置才能实现最大的综合经济效益。