摘要：综合国内低压并联电容器补偿装置的最新动态，对此类装置的发展趋势进行了分析，指出当今新一代的补偿装置将向主要采用智能式复合开关来投切电容器的方向发展，本文对智能式复合开关及补偿成套装置的性能、结构作了介绍。
在低压配电系统中，由于配电变压器、低压用电设备等无功负荷的大量存在，造成了网络损耗的增大，电压质量的下降，从而严重影响了低压电网安全可靠的运行。随着供电部门对配电建设的重视和无功补偿技术的发展，以及日前电力紧缺，使低压无功补偿技术在配电系统中的应用越来越广泛，并在近几年的两网改造中，被作为是一种降损调压的有效措施。因此低压并联电容器补偿装置得到了广泛使用，补偿装置安装于配变二次侧，采用自动投切并联电容器组，以期改善功率因素，达到无功就地平衡，它在补偿电网所需无功、降损节能、提高电压质量、增加电网输送能力和电气设备利用率等方面，取得了明显的经济效益。
目前在市场上不同类型和不同型号的低压并联电容器装置成套产品已达数百种之多，其投切方式也是多种多样，目前国内市场上的装置所采用的投切器件可分为三类：机械式接触器、无触点晶闸管(即固态继电器)和电子复合开关。
早期的装置多采用接触器来投切电容器组，但由于此类产品在投入过程中，电容器组的初始电压为零，而在合闸瞬间，电网电压又往往不为零，使加在电容器组两端的电压突然升高，而产生一个很大的电流，即是我们常说的合闸涌流，这种情况在背靠背投入时会更严重，甚至可能达到额定电流的几十倍，不仅对电网造成冲击，而且影响电容器的使用寿命，后来出现了专用于电容器组的接触器，通过加入限流电阻来抑制涌流，试验证明，以此类接触器投切电容器组，涌流一般能控制在额定电流的20倍以内。接触器在切出时，不一定是在电流过零时关断，会产生拉弧，会导致交流接触器触头逐渐损坏。从长期运行情况来看，由于涌流及拉弧致使交流接触器触头烧毁或粘结，始终是影响此类装置使用寿命的根本原因。而其优点是在接触后，无压降，因而无损耗。
晶闸管投切电容器的技术在无功补偿方面的应用特点是：在检测到电网电压过零时，控制大功率可控硅触发导通，电容器上电压缓慢上升而无合闸涌流冲击；在切出时，利用可控硅的电流过零自动关断特性，使在电流过零时自动关断，不会产生拉弧。从而根本上解决了电力电容器投切时交流接触器经常绕结而损坏的不良情况。但在实际运行中，无触点开头也暴露出不足，一是由于可控硅导通后，存在0.7V的结压降，因而会产生谐波电流，影响电容器的正常运行；二是可控硅的大功耗特性使其在长期运行中，会产生较大的热量，从而引起过高的温升，影响它正常工作，就要求在装置内安装散热风扇，但由于风扇的寿命有限，使其没有发挥应有的作用。三是功耗大，在电网中减少损耗的同时，亦增加了损耗。从上面分析知：交流接触器与晶闸管投切电容器进行无功补偿的优缺点适好相反。
近年来浙江大荣电气有限公司总结了机械式接触器开关和无触点晶闸管开关各自的特点及弊端，并结合多年的开发和实际运行经验，开发出新一代开关器件----接触器和可控硅并联工作的开关，也就是复合开关，其工作原理是：将可控硅开关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，稳定后再将磁保持继电器吸合导通；而切出时是先将磁保持继电器断开，可控硅投入，再延时过零断开，从而实现电流过零切除。
大荣公司出品的复合开关采用单片机控制投切并智能监控可控硅、磁保持继电器以及输入电源和负载的运行状况，从而具备完善的保护功能：电压故障缺相保护：系统电压缺相供电时，开关拒绝闭合；接通后若出现缺相则自动退投。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。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。空载保护：未接负载时开关拒绝闭合；停电保护：接通后遇突然停电时，自动跳闸断开；
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；并且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；由于磁保持继电器的接触电阻小，因而不发热，这样就不用外加散热片或风扇，降低了成本。彻底避免了可控硅的烧毁现象，同时也对同机运行的其它电器不造成危害，真正达到了节能降耗的目的，是一个绿色电力产品。
复合开关有三相共补型和三相分补型，分相补偿对于居民用电网的无功补偿能够发挥很大的作用。因为目前居民用电消费不断增长，大量的家用电器的使用，特别家用空调机、节能的日光灯等低功率因素的单相电器的使用，使三相耗电不平衡，也就是三相负荷不对称，造成三相所需的无功补偿也不相同，如果还用三相共补型补偿装置，就会使某相补偿合适而其他相过补或欠补，对电容器及整个系统的安全运行会产生不利的影响，这是我们不希望的，现在有了三相分补型复合开关，配合相应的无功补偿控制器（要求有三相电压和三相电流取样的控制器）及“星形接法中性点引出”式电容器或单相电力电容器，就能将三相不对称负荷的功率因素（或无功功率）补偿到基本一致，很好的解决这个问题，这也是复合开关的一亮点。
复合开关具有本身基本不发热及分相补偿的特点，使使用复合开关的无功补偿装置的结构可以很紧凑，使其体积能实现小型化，更适合于柱上型装置和结构非常紧凑的箱式变电站。
相对于早期的低压无功补偿装置
多采用功率因素作为控制物理量的传统控制方式，它存在的最大不足之处是：控制不够精确，尤其在电网负荷较轻时，极可能发生不投则欠补偿，投了又过补偿这样的投切振荡现象，使电网处于欠补或过补状态，不但会对电容器造成损坏，而且导致供电网络振荡，但由于此方式简单，较易实现，且价格较低，因此至今仍有一定的市场。
基于功率因素型控制器的缺陷，一种采取无功功率（无功电流）和功率因素相结合的控制方式，能根据安装的电容器单组容量来整定投入门限，如功率因素超前即切除电容器组，真正做到缺多少，补多少，控制更准确，补偿更为合理，充分发挥装置的补偿作用。此类产品一般采样三相电压、三相电流，通过电压波形由正趋负过零点时，测量电流的瞬时值方式，并利用傅立叶变换，计算有功功率、无功电流（无功功率）等参数，正由于采用了傅立叶变换，此类控制器一般能检测电网的2-13次谐波，计算各次电压、电流谐波的含量及总的畸变率，所以控制器就能提供谐波保护功能。如今越来越多的电力电子产品的使用，控制器设置谐波保护功能有积极的作用，也是必然的趋势，最新电力行业标准《低压并联电容器装置使用技术条件》DL/T842-2003中要求装置应具有电流或电压谐波超值保护功能。居民生活用电，在以前仅仅是指照明用电，而且照明灯具基本上都是白炽灯，功率因数接近1。由于居民生活用电量很小，可以不考虑功率因数奖惩。但自改革开放以来，在照明用电上推广荧光灯和节能灯，这些灯具的功率因数仅0.6；特别严重的是家用电器迅速普及，绝大多数家用电器的功率因数一般在0.7左右；只有电热水器属于电阻负荷，功率因数比较高。节能灯虽然可以节约有功电力和电量，但节能灯消耗了大量无功电力和无功电量，在推广节能灯时，只讲节约有功，不讲多消耗无功，不采取补偿措施是不妥当的。由于居民生活用电中大量使用家用器，用电量的比重急剧增长，仅居民生活用电占总用电量的比重已经达到12％，如果包括商业、宾馆、写字楼等楼宇用电，估计用电比重可达30％左右。这么大的用电量的功率因数严重偏低，对电力部门的经济发供电的影响是很大的。我国目前农村居民的家用电器的普及率还不高，随着农村电气化水平的提高，居民生活和楼宇的用电量还会有很大提高。世界上工业发达国家居民生活用电的比重可达30％-40％，加上楼宇用电可以超过50％，所以目前居民用电的公共网络的无功补偿的建设应该得重视。浙江大荣电气有限公司结合以上的因素和本公司最新的科技成果，成功开发研制了符合最新电力行业标准《低压并联电容器装置使用技术条件》DL/T842-2003的DJ型低压无功补偿装置，由于使用了本公司的复合开关，使用装置具有体积小、重量轻、工作可靠等等很多优点，如果搭配电网监测功能，配合通讯接口它就是供电企业的降损降耗、提高供电质量、考核台区工作的好帮手。关于无功补偿装置的补偿方案，在居民用电中以单相负荷为主，由于各相负载的使用时间不同，造成了三相负荷不平衡，因此采用三相共补的方式，极有可能会导致某两相补偿不当的现象，为了解决上面的这种情况，我们的方案是采用分相补偿或三相共补与分相补偿相结合的方式，这就需要上节所讨论的新型无功控制器及“星形接法中性点引出”式电容器，根据电网的实际情况来配置补偿装置的共补和分补的配比或全部采用分相补偿，。实际使用情况表明采用共补与分补相结合的混合补偿方式，在补偿效果、装置成本等方面达到较好的性能价格比。
3/2/2005
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