一、無功補償概述 當今社會能源成本不斷上升，無功補償可以降低電網損耗，減少使用者的電費支出，是節能降耗實時措施中的重要一環。在工廠供電系統中，絕大多數用電裝置都具有電感的特性，如電力變壓器、感應電動機、電焊機等。這些裝置不僅需要從電力系統吸收有功功率，還要吸收無功功率以產生這些裝置正常工作所必需的交變磁場。然而在輸送有功功率一定的情況下，無功功率增大，就會降低供電系統的功率因數，引起電網損耗的增加。因此，功率因數是衡量企業供電系統電能利用程度及電氣裝置使用狀況的一個具有代表性的重要指標。在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電裝置正常執行所需的電功率，也就是將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。無功功率不消耗電能，但它是電氣裝置能夠做功的必備條件。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。在正常情況下，用電裝置不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電裝置就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那麼，這些用電裝置就不能維持在額定情況下工作，用電裝置的端電壓就要下降，從而影響用電裝置的正常執行。隨著近年來大量非線性負荷和逆變負荷的應用增多，電壓、電流發生嚴重畸變，產生諧波。諧波的產生降低了功率因數，造成裝置無功佔據增大，從而進一步增加了電網損耗。 電流在電感元件中做功時，電流滯後於電壓90o。而電流在電容元件中做功時，電流超前電壓 90o。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差 180o。磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的向量與電壓向量之間的夾角縮小，從而提高電能做功的能力，這就是無功補償的道理。電力系統的無功補償與無功平衡是保證電壓質量的基本條件。有效的電壓控制和合理的無功補償，不僅能保證電壓質量，而且提高了電力系統執行的穩定性和安全性，充分發揮了經濟效益。 無功補償的意義： (1) 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。 (2) 減少發電與供電裝置的設計容量，減少投資。 (3) 提高輸、變電裝置的供電能力。 (4) 降低線損。 從發電機和高壓輸電線供給的無功功率，遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網中要設定一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證使用者對無功功率的需要，這樣用電裝置才能在額定電壓下工作。這就是電網需要裝設無功補償裝置的原因。二、無功補償裝置 由於多數負載為感性負載，一般採用電容器進行無功補償。目前比較通用的補償方式為由控制器控制的電容器分組投切。按投切開關的發展歷程，無功補償裝置可分為以下幾種：1、交流接觸器控制投入型補償裝置 由於電容器是電壓不能瞬變的器件，因此電容器投入時會形成很大的湧流，湧流最大時可能超過100倍電容器額定電流。湧流會對電網產生不利的干擾，也會降低電容器的使用壽命。為了降低湧流，現在大部分補償裝置使用電容器投切專用接觸器，這種接觸器有1組串聯限流電阻與主觸頭並聯的輔助觸頭，在接觸器吸合的過程中，輔助觸頭首先接通，使電容器透過限流電阻接入電路進行預充電，然後主觸頭接通將電容器正常接入電路，透過這種方式可以將湧流限制在電容器額定電流的20倍以下。 此類補償裝置價格低廉，可靠性較高，應用最為普遍。由於交流接觸器的觸頭壽命有限，不適合頻繁投切，因此這類補償裝置不適用頻繁變化的負荷情況。2、閘流體控制投入型補償裝置 這類補償裝置就是SVC分類中的TSC子類。由於閘流體很容易受湧流的衝擊而損壞，因此閘流體必須過零觸發，就是當閘流體兩端電壓為零的瞬間發出觸發訊號。過零觸發技術可以實現無湧流投入電容器，另外由於閘流體的觸發次數沒有限制，可以實現準動態補償(響應時間在幾十毫秒)，因此適用於電容器的頻繁投切，適用於頻繁變化的負荷情況。閘流體導通電壓降約為1V左右，損耗很大(以額定容量100Kvar的補償裝置為例，每相額定電流約為145A，則閘流體額定導通損耗為 145×1×3=435W)，必須使用大面積的散熱片並使用通風扇。閘流體對電壓變化率 非常敏感，遇到操作過電壓及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導通而被湧流損壞，即使安裝避雷器也無濟於事，因為避雷器只能限制電壓的峰值，並不能降低電壓變化率。 此類補償裝置結構複雜，價格高，可靠性差，損耗大，除了負荷頻繁變化的場合，在其餘場合幾乎沒有使用價值。3、複合開關控制投入型補償裝置 所謂複合開關實際是閘流體與機械開關的並聯組合。在投入電容器的過程中，首先使用閘流體過零觸發來實現電容器的無湧流投入，然後接通機械開關來保持電容器的連續執行，這樣就避免了入電容器時的湧流，又避免了閘流體連續執行時的損耗。在切除電容器的過程中，首先發出觸發訊號使閘流體導通，然後斷開機械開關，最後撤銷觸發訊號使閘流體電流過零關斷，這樣就避免了機械開關斷開時的電弧，提高了機械開關的壽命。機械開關可以使用交流接觸器也可以使用磁保持繼電器。雖然複合開關中的閘流體只在接通與斷開電容器的瞬間使用，損耗很小，無須散熱片，但是閘流體對電壓變化率的仍然敏感。由於複合開關中的閘流體只是瞬間使用，這就為採取手段避免電壓變化率導致問題提供了一定的空間，因此複合開關的結構設計是可靠性的關鍵。由於複合開關面世時間不長，還沒有形成統一的設計標準，目前市場上的產品良莠不齊，有的產品質量不錯，而有的產品可靠性極差，經過一個雨季幾乎大部分損壞。複合開關是閘流體與機械開關的組合，因此仍然不適用於頻繁投切。此外複合開關結構複雜，價格較高。 以上三種無功補償裝置存在的主要問題如下： （1） 分組投切的方式，對電容器造成衝擊電流過大，尤其是對於無限流措施的補償裝置來說，經常發生電容器燒燬而失掉補償功能問題。 （2） 現代電網諧波電流較大，電容器則會進一步放大諧波，加重汙染。為節約成本，很多廠家選擇電容器引數偏低，在諧波電壓和諧波電流作用下也易造成電容器燒燬。 （3） 無論是機械觸點式投切開關還是閘流體開關，在投切較大的容性電流時都不能避免過電壓、過電流的影響，致使機械觸頭粘連不能分斷或閘流體燒燬。 （4） 分組投切的方式不能根據負載的變化實時連續調整補償容量，即使電容器分組再細，也不能避免功率因數跳變的現象，即不能根據負載變化而使功率因數穩定在某一固定值。從根本上來說，分組投切屬於粗略 “固定步長的跳躍式”補償方式。 雖然無功補償裝置也在不斷改進，例如從純電容補償發展到濾波補償，或在電容器支路增加限流電抗器，對分組投切開關的不斷改進等，但這種補償方式依然存在不可避免的缺陷，再加上市場上的無功補償裝置良莠不齊，有些根本沒有濾波或限流措施，有些電容器電壓選擇不夠，致使電容器被燒燬；有些投切開關質量不過關等等，造成大批次無功補償裝置無法正常投運。另外分組投切的無功補償裝置只能提供粗略補償，即使較細的分組也不能隨著負載的波動實現連續跟蹤調節。三、無極連續可調濾波補償裝置 為了從根本上解決電容器分組投切補償方式的缺陷，我公司經過長期研發試驗，開發出了無極連續可調濾波補償技術，從根本上摒棄了易損壞的投切開關，轉而採用可調電感進行無觸點調節，隨負荷變化改變注入系統的容性電流，從而達到實時跟蹤系統無功需求，穩定功率因數的目的。1、產品簡介 無極連續可調濾波補償裝置是力迅電通公司自主研發，首家推出的濾波補償成套產品，該產品技術屬國際領先。該裝置可應用在高低壓系統中，包括0.4KV、6KV、10KV及以上。裝置分四部分：1、濾波補償單元；2、可調電感單元；3、智慧控制單元；4、監測及保護單元。濾波補償單元濾波補償並舉，一方面對系統中數值較大的特徵諧波進行濾波，同時補償無功功率；可調電感單元是實現無觸點調節的關鍵部分；智慧控制單元和監測單元也稱系統實時跟蹤調節單元，可根據設定的任意功率因數；監測及保護單元具有電引數檢測和過壓、過流保護等功能。該裝置能自動跟蹤系統無功變化，並隨時吸收或釋放所需無功量，使系統執行功率因數穩定在設定值；與分組投切的無功補償裝置相比，本裝置屬連續可調型，無投切無觸點操作，使用壽命長，因其維護簡單，尤其在高壓系統中，不存在高壓開關頻繁投切問題，可替代分組投切補償裝置。本裝置在抑制濾除電網諧波、降低電網損耗節約能源，最佳化電網的供電質量方面效果顯著。2、效能優勢 ★ 濾波補償功能兼備，即保護了裝置自身，又改善了電能質量； ★ 提高系統功率因數，可將功率因數穩定在設定值，可達0.98； ★ 程控無功補償實時跟蹤功能，特別適用於負載變化頻繁的工況； ★ 無投切無觸點操作，維護簡單； ★ 裝置中採用連續可調電抗器，調節靈活方便，可準確地調整在要求的工作點上； ★ 結構設計優良，本身節約電能； ★ 使用壽命長； ★ 執行噪聲低。3、應用行業 無極連續可調濾波補償裝置可應用在任何需要無功補償的地方，包括電力、石油、化工、製造、冶煉、水處理……等行業，可單獨配置，也可與我公司生產的品字型磁性濾波器結合使用，如圖2所示：圖 磁性濾波器和無極連續可調濾波補償裝置的結合應用
一、無功補償概述 當今社會能源成本不斷上升，無功補償可以降低電網損耗，減少使用者的電費支出，是節能降耗實時措施中的重要一環。在工廠供電系統中，絕大多數用電裝置都具有電感的特性，如電力變壓器、感應電動機、電焊機等。這些裝置不僅需要從電力系統吸收有功功率，還要吸收無功功率以產生這些裝置正常工作所必需的交變磁場。然而在輸送有功功率一定的情況下，無功功率增大，就會降低供電系統的功率因數，引起電網損耗的增加。因此，功率因數是衡量企業供電系統電能利用程度及電氣裝置使用狀況的一個具有代表性的重要指標。在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電裝置正常執行所需的電功率，也就是將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。無功功率不消耗電能，但它是電氣裝置能夠做功的必備條件。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。在正常情況下，用電裝置不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電裝置就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那麼，這些用電裝置就不能維持在額定情況下工作，用電裝置的端電壓就要下降，從而影響用電裝置的正常執行。隨著近年來大量非線性負荷和逆變負荷的應用增多，電壓、電流發生嚴重畸變，產生諧波。諧波的產生降低了功率因數，造成裝置無功佔據增大，從而進一步增加了電網損耗。 電流在電感元件中做功時，電流滯後於電壓90o。而電流在電容元件中做功時，電流超前電壓 90o。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差 180o。磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的向量與電壓向量之間的夾角縮小，從而提高電能做功的能力，這就是無功補償的道理。電力系統的無功補償與無功平衡是保證電壓質量的基本條件。有效的電壓控制和合理的無功補償，不僅能保證電壓質量，而且提高了電力系統執行的穩定性和安全性，充分發揮了經濟效益。 無功補償的意義： (1) 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。 (2) 減少發電與供電裝置的設計容量，減少投資。 (3) 提高輸、變電裝置的供電能力。 (4) 降低線損。 從發電機和高壓輸電線供給的無功功率，遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網中要設定一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證使用者對無功功率的需要，這樣用電裝置才能在額定電壓下工作。這就是電網需要裝設無功補償裝置的原因。二、無功補償裝置 由於多數負載為感性負載，一般採用電容器進行無功補償。目前比較通用的補償方式為由控制器控制的電容器分組投切。按投切開關的發展歷程，無功補償裝置可分為以下幾種：1、交流接觸器控制投入型補償裝置 由於電容器是電壓不能瞬變的器件，因此電容器投入時會形成很大的湧流，湧流最大時可能超過100倍電容器額定電流。湧流會對電網產生不利的干擾，也會降低電容器的使用壽命。為了降低湧流，現在大部分補償裝置使用電容器投切專用接觸器，這種接觸器有1組串聯限流電阻與主觸頭並聯的輔助觸頭，在接觸器吸合的過程中，輔助觸頭首先接通，使電容器透過限流電阻接入電路進行預充電，然後主觸頭接通將電容器正常接入電路，透過這種方式可以將湧流限制在電容器額定電流的20倍以下。 此類補償裝置價格低廉，可靠性較高，應用最為普遍。由於交流接觸器的觸頭壽命有限，不適合頻繁投切，因此這類補償裝置不適用頻繁變化的負荷情況。2、閘流體控制投入型補償裝置 這類補償裝置就是SVC分類中的TSC子類。由於閘流體很容易受湧流的衝擊而損壞，因此閘流體必須過零觸發，就是當閘流體兩端電壓為零的瞬間發出觸發訊號。過零觸發技術可以實現無湧流投入電容器，另外由於閘流體的觸發次數沒有限制，可以實現準動態補償(響應時間在幾十毫秒)，因此適用於電容器的頻繁投切，適用於頻繁變化的負荷情況。閘流體導通電壓降約為1V左右，損耗很大(以額定容量100Kvar的補償裝置為例，每相額定電流約為145A，則閘流體額定導通損耗為 145×1×3=435W)，必須使用大面積的散熱片並使用通風扇。閘流體對電壓變化率 非常敏感，遇到操作過電壓及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導通而被湧流損壞，即使安裝避雷器也無濟於事，因為避雷器只能限制電壓的峰值，並不能降低電壓變化率。 此類補償裝置結構複雜，價格高，可靠性差，損耗大，除了負荷頻繁變化的場合，在其餘場合幾乎沒有使用價值。3、複合開關控制投入型補償裝置 所謂複合開關實際是閘流體與機械開關的並聯組合。在投入電容器的過程中，首先使用閘流體過零觸發來實現電容器的無湧流投入，然後接通機械開關來保持電容器的連續執行，這樣就避免了入電容器時的湧流，又避免了閘流體連續執行時的損耗。在切除電容器的過程中，首先發出觸發訊號使閘流體導通，然後斷開機械開關，最後撤銷觸發訊號使閘流體電流過零關斷，這樣就避免了機械開關斷開時的電弧，提高了機械開關的壽命。機械開關可以使用交流接觸器也可以使用磁保持繼電器。雖然複合開關中的閘流體只在接通與斷開電容器的瞬間使用，損耗很小，無須散熱片，但是閘流體對電壓變化率的仍然敏感。由於複合開關中的閘流體只是瞬間使用，這就為採取手段避免電壓變化率導致問題提供了一定的空間，因此複合開關的結構設計是可靠性的關鍵。由於複合開關面世時間不長，還沒有形成統一的設計標準，目前市場上的產品良莠不齊，有的產品質量不錯，而有的產品可靠性極差，經過一個雨季幾乎大部分損壞。複合開關是閘流體與機械開關的組合，因此仍然不適用於頻繁投切。此外複合開關結構複雜，價格較高。 以上三種無功補償裝置存在的主要問題如下： （1） 分組投切的方式，對電容器造成衝擊電流過大，尤其是對於無限流措施的補償裝置來說，經常發生電容器燒燬而失掉補償功能問題。 （2） 現代電網諧波電流較大，電容器則會進一步放大諧波，加重汙染。為節約成本，很多廠家選擇電容器引數偏低，在諧波電壓和諧波電流作用下也易造成電容器燒燬。 （3） 無論是機械觸點式投切開關還是閘流體開關，在投切較大的容性電流時都不能避免過電壓、過電流的影響，致使機械觸頭粘連不能分斷或閘流體燒燬。 （4） 分組投切的方式不能根據負載的變化實時連續調整補償容量，即使電容器分組再細，也不能避免功率因數跳變的現象，即不能根據負載變化而使功率因數穩定在某一固定值。從根本上來說，分組投切屬於粗略 “固定步長的跳躍式”補償方式。 雖然無功補償裝置也在不斷改進，例如從純電容補償發展到濾波補償，或在電容器支路增加限流電抗器，對分組投切開關的不斷改進等，但這種補償方式依然存在不可避免的缺陷，再加上市場上的無功補償裝置良莠不齊，有些根本沒有濾波或限流措施，有些電容器電壓選擇不夠，致使電容器被燒燬；有些投切開關質量不過關等等，造成大批次無功補償裝置無法正常投運。另外分組投切的無功補償裝置只能提供粗略補償，即使較細的分組也不能隨著負載的波動實現連續跟蹤調節。三、無極連續可調濾波補償裝置 為了從根本上解決電容器分組投切補償方式的缺陷，我公司經過長期研發試驗，開發出了無極連續可調濾波補償技術，從根本上摒棄了易損壞的投切開關，轉而採用可調電感進行無觸點調節，隨負荷變化改變注入系統的容性電流，從而達到實時跟蹤系統無功需求，穩定功率因數的目的。1、產品簡介 無極連續可調濾波補償裝置是力迅電通公司自主研發，首家推出的濾波補償成套產品，該產品技術屬國際領先。該裝置可應用在高低壓系統中，包括0.4KV、6KV、10KV及以上。裝置分四部分：1、濾波補償單元；2、可調電感單元；3、智慧控制單元；4、監測及保護單元。濾波補償單元濾波補償並舉，一方面對系統中數值較大的特徵諧波進行濾波，同時補償無功功率；可調電感單元是實現無觸點調節的關鍵部分；智慧控制單元和監測單元也稱系統實時跟蹤調節單元，可根據設定的任意功率因數；監測及保護單元具有電引數檢測和過壓、過流保護等功能。該裝置能自動跟蹤系統無功變化，並隨時吸收或釋放所需無功量，使系統執行功率因數穩定在設定值；與分組投切的無功補償裝置相比，本裝置屬連續可調型，無投切無觸點操作，使用壽命長，因其維護簡單，尤其在高壓系統中，不存在高壓開關頻繁投切問題，可替代分組投切補償裝置。本裝置在抑制濾除電網諧波、降低電網損耗節約能源，最佳化電網的供電質量方面效果顯著。2、效能優勢 ★ 濾波補償功能兼備，即保護了裝置自身，又改善了電能質量； ★ 提高系統功率因數，可將功率因數穩定在設定值，可達0.98； ★ 程控無功補償實時跟蹤功能，特別適用於負載變化頻繁的工況； ★ 無投切無觸點操作，維護簡單； ★ 裝置中採用連續可調電抗器，調節靈活方便，可準確地調整在要求的工作點上； ★ 結構設計優良，本身節約電能； ★ 使用壽命長； ★ 執行噪聲低。3、應用行業 無極連續可調濾波補償裝置可應用在任何需要無功補償的地方，包括電力、石油、化工、製造、冶煉、水處理……等行業，可單獨配置，也可與我公司生產的品字型磁性濾波器結合使用，如圖2所示：圖 磁性濾波器和無極連續可調濾波補償裝置的結合應用