近年來，在我國政府的大力引導(dǎo)與扶持下，三大產(chǎn)業(yè)均進(jìn)入快速發(fā)展階段，與此同時也提高了對我國電力能源及設(shè)施的使用需求。在長期研究中發(fā)現(xiàn)，目前我國所采用的供電設(shè)備已經(jīng)無法滿足三大產(chǎn)業(yè)正常生產(chǎn)的電力需求，電力供應(yīng)與需求之間的矛盾日益凸顯。在本文中筆者將著重探討分析電力系統(tǒng)中安裝無功補(bǔ)償設(shè)備的必要性與重要性，詳細(xì)羅列了目前常用的無功補(bǔ)償?shù)姆N類及無功補(bǔ)償方式，并從無功功率補(bǔ)償柜配置方案及元器件設(shè)計方面探討如何實現(xiàn)無功補(bǔ)償，在實踐中起到節(jié)能效果，能緩解電力的供需矛盾。

在我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)不斷推進(jìn)的今天，農(nóng)業(yè)、工業(yè)及服務(wù)業(yè)的電力負(fù)荷量呈現(xiàn)出明顯的上升，大幅度增量電源，這樣不僅導(dǎo)致整個電力供應(yīng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，同時也使得整個系統(tǒng)的電源分布產(chǎn)生改變，這樣導(dǎo)致整個電網(wǎng)系統(tǒng)的無功分布出現(xiàn)明顯的不合理現(xiàn)象。如果在配電網(wǎng)中出現(xiàn)明顯的感性負(fù)荷時，則會降低電網(wǎng)的功率因數(shù)，其原因在于感性負(fù)荷吸收了電網(wǎng)中的無功功率。在配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中，功率因數(shù)作為一項重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，如果能夠通過安裝無功補(bǔ)償裝置來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，則可能極大的改進(jìn)電網(wǎng)的電能質(zhì)量，降低配電網(wǎng)的線損值，最終起到節(jié)能效果。

1 概述

1.1 系統(tǒng)中安裝無功補(bǔ)償裝置的必要性

客觀地講，無功補(bǔ)償可提高功率因數(shù)、增加用電設(shè)備的出力，消除力率電費(fèi)。減少線路及變壓器的電能損耗，減少相應(yīng)電費(fèi)。改善電壓質(zhì)量和電動機(jī)運(yùn)行狀況，降低動力設(shè)備的使用電流。減輕電器、開關(guān)和供電線路負(fù)荷，減少維修量延長使用壽命，提高電力系統(tǒng)的可靠性。降低變壓器負(fù)荷，釋放變壓器容量，使變頻調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能效果提高。

1.2系統(tǒng)中安裝無功補(bǔ)償裝置的作用

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，居民、商業(yè)和工業(yè)的用電量越來越大，由于線路的負(fù)荷功率因數(shù)較低以及無功消耗較大，從而對整個配電網(wǎng)的供電質(zhì)量與效益產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，在配電網(wǎng)中采取無功補(bǔ)償，可有效提升配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性及經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)置配電網(wǎng)無功補(bǔ)償時可以通過計算獲取最佳方案，同時用戶也可以自愿選擇使用無功補(bǔ)償裝置，這樣不僅有利于改善整個配電網(wǎng)及用戶的電壓質(zhì)量，有效降低線路的損耗，減少配電網(wǎng)的運(yùn)行成本，提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，還為廣大用戶節(jié)約了大量的經(jīng)濟(jì)支出。

2 無功補(bǔ)償?shù)姆N類

靜態(tài)補(bǔ)償：靜止無功補(bǔ)償器SVC（Static Var Compensator）是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受限制[2]。當(dāng)電壓變化時靜止補(bǔ)償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)男枰?，同時還能做到分相補(bǔ)償；對于三相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性，該方法既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無功功率。

動態(tài)補(bǔ)償：動態(tài)無功補(bǔ)償是從補(bǔ)償效果來進(jìn)行描述定義的，一般的補(bǔ)償是有級的，也就是常用的補(bǔ)償裝置如電容，是按組來進(jìn)行投切的，也就用電系統(tǒng)里產(chǎn)生的無功不會是你補(bǔ)償?shù)囊粯佣啵怯捎谶@種補(bǔ)償已經(jīng)將功率因數(shù)達(dá)到0.95。用行業(yè)內(nèi)的話就是動態(tài)補(bǔ)償裝置能夠產(chǎn)生的無功是呈線性的。總體來說，動態(tài)無功補(bǔ)償就是能夠根據(jù)實際的無功需求快速進(jìn)行補(bǔ)償，也就是能夠跟上網(wǎng)內(nèi)需求的變化節(jié)奏，所以稱之為動態(tài)無功補(bǔ)償。

3無功補(bǔ)償方式選擇

3.1 自動補(bǔ)償

無功功率自動補(bǔ)償控制器是低壓配電系統(tǒng)補(bǔ)償無功功率的專用控制器，可以與多種等級電壓在400V以下型號的靜電容屏配套使用。產(chǎn)品具備RS485通訊接口，其所采樣得到的電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、有功諧波百分量、功率因數(shù)、溫度可通過通訊接口傳送到其它外部設(shè)備。

3.2 分相補(bǔ)償

分相補(bǔ)償是在補(bǔ)償裝置中使用一定數(shù)量單相電力電容器，通過檢測三相電流來進(jìn)行分別計算并控制各相電容器的投入數(shù)量來達(dá)到補(bǔ)償目的，因此可以使各相的無功電流均獲得良好的補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式適用于對辦公樓、居民小區(qū)等單相負(fù)荷為主的負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。單相電容器分相投切型補(bǔ)償裝置只能補(bǔ)償不平衡的無功電流，對不平衡有功電流沒有調(diào)整能力。

3.3 混合補(bǔ)償

所謂的混合補(bǔ)償是針對三相還是單相補(bǔ)償來說的。混合補(bǔ)償就是大部分補(bǔ)償為共補(bǔ)，少部分采用分補(bǔ)。其補(bǔ)償一般分為：低壓側(cè)，高壓側(cè)，集中補(bǔ)償，分散補(bǔ)償。其原理是通過調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的每一相，根據(jù)每一相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)的平衡補(bǔ)齊，然后再進(jìn)行三相補(bǔ)償。

4 無功功率補(bǔ)償柜配置方案及元器件設(shè)計選擇

4.1 改進(jìn)無功功率補(bǔ)償柜設(shè)計的探討

4.1.1 電容器的選擇

（1）選擇至少可以承受 100/n的浪涌電流和電壓高一個等級的電容（比如用 440V 電容取代 400V 電容），像 FRAKO 電容，可以承受 200-300/n的浪涌電流。較高的電壓等級和耐浪涌電流的能力，可以使電容在諧波存在的情況下，壽命更長。

（2）選擇節(jié)能（能耗在 0.2～0.5W/Kvar）環(huán)保型的干式電容，由于采用了自愈式和分段薄膜技術(shù)，電容器帶有預(yù)充電電阻，內(nèi)置保險，可以使把電容的災(zāi)難性的損壞變成漸進(jìn)式的或自愈式的。不能選擇油浸式的電容，不利于環(huán)保并有火災(zāi)的風(fēng)險。

4.1.2 電容器的保護(hù)

（1）檢查供電側(cè)的用電質(zhì)量，確認(rèn)是否在可接受的范圍之內(nèi)（V-THD<3%，I-THD<10%），如果超出范圍，建議使用有解諧的補(bǔ)償柜（例如使用 7%的電抗器）來防止系統(tǒng)電容產(chǎn)生共振，諧波的抑制可以有效的延長電容的壽命。

（2）選擇熔斷器隔離開關(guān)代替空氣開關(guān)，電容投切可以采用可控硅與交流接觸器相結(jié)合的復(fù)合開關(guān)，可以有效的降低電容投入時的涌流和電容斷開時接觸器的拉弧?！　。?span>3）無功功率補(bǔ)償組應(yīng)該留出 30%～40%的余量，內(nèi)部電纜應(yīng)適當(dāng)放大，并且必須是 A 級阻燃電纜，控制電線也必須是阻燃的。

（4）在控制線路設(shè)計中，應(yīng)采用以單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制器，按負(fù)荷側(cè)有功、無功的值取樣，進(jìn)行分析計算，自動識別工作電容器和備用電容器，發(fā)出指令，自動循環(huán)選擇不同的電容器進(jìn)行投切，使每個電容的運(yùn)行時間大致相同，延長電容器的使用壽命?？刂破魍瑫r還具有電容回路過壓，過流等保護(hù)功能。

4.2 無功功率補(bǔ)償柜柜體的設(shè)計

（1）電容器要與電抗器要相互隔離，兩者都要與接觸器，熔斷器隔離開關(guān)，電纜，母排等隔離，同時每個柜之間也要隔離，把故障限制在每個柜子里。下圖1是一個很好的例子（其中的進(jìn)線開關(guān)不建議安裝，應(yīng)由電纜供電）

（2）使用強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)電容器的經(jīng)驗法則，電容器的工作溫度，每降低 10℃，壽命會增加一倍。一般電容器規(guī)定的最高工作溫度為 55℃，所以期望電容器工作溫度在40～45℃左右。

目前很多 PFC 柜都是自然通風(fēng)方式，強(qiáng)烈建議安裝強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)。PFC 柜前后都有進(jìn)風(fēng)口，頂部安裝至少兩個抽風(fēng)扇（下面裝有防止風(fēng)扇意外跌落下來的裝置），帶自動恒溫調(diào)節(jié)器和超溫報警裝置，如果 PFC 柜的通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)跳閘或進(jìn)風(fēng)口堵死等情況，可以立即知道。

（3）電容器的裝配方法對于通風(fēng)和散熱也起到很重要的作用，電容器不應(yīng)該安裝在水平封閉的底板上，底板板上應(yīng)該有通風(fēng)孔。

（4）柜子的設(shè)計還要體現(xiàn)安全的原則，不允許有裸露的母排和手指可能觸摸到的帶電體。若有，必須用阻燃隔板加以隔離，并貼有“當(dāng)心觸電”的標(biāo)識。PFC 柜的頂部應(yīng)該安裝防護(hù)板，距離柜頂約 200mm，防止垂直滴下來的液體直接進(jìn)入配電盤，也利于散熱；防護(hù)板的尺寸應(yīng)略大于電柜柜頂尺寸，四周有折邊，略微傾斜，留一面小開口，讓液體可以從柜體旁落到地面，使柜體的防護(hù)等級達(dá)到應(yīng)為 IPX1。

5 總結(jié)性論述

綜上所述，無功電流在系統(tǒng)中大量流動， 使線損增加、電能質(zhì)量降低， 對發(fā)電、供電、用戶三方都產(chǎn)生不良影響。因此必須對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償， 以消除這些不良影響。在配電網(wǎng)中利用無功功率補(bǔ)償?shù)霓k法，可使系統(tǒng)中的用電設(shè)備所需的無功功率就地平衡， 使配電網(wǎng)的功率因數(shù)得以調(diào)節(jié)， 對改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量， 降損節(jié)能具有重要意義。在補(bǔ)償技術(shù)和裝置不斷發(fā)展和完善的趨勢下，無功補(bǔ)償技術(shù)和無功補(bǔ)償裝置會在電網(wǎng)和廣大的城鄉(xiāng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。