简述中压电容补偿对供电系统的影响

简述中压电容补偿对供电系统的影响

李柏松

西门子工厂自动化工程有限公司鞍山分公司辽宁114001

摘要：随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，大量的高层楼房、高档商场、宾馆、办公楼等民用建筑在城市中拔地而起，使城市用电量快速增长。但是，在这些民用建筑场所内使用的多为单相电感性负荷，因其自身功率因数较低，在电网中滞后无功功率的比重较大。为保证降低电网中的无功功率，提高功率因数，保证有功功率的充分利用，提高系统的供电效率和电压质量，减少线路损耗，降低配电线路的成本，节约电能，通常在供电电系统中装设电容器无功补偿装置。

关键词：供电系统；电容补偿；电压调节；应用

引言：为保证降低电网中的无功功率，提高功率因数，保证有功功率的充分利用，提高系统的供电效率和电压质量，减少线路损耗，降低配电线路的成本，节约电能，通常在供电系统中装设电容器无功补偿装置。本文主要通过设计工作中所遇到的具体工程对无功自动补偿的方式和安装位置作出了分析和比较。得出电压补偿对供电系统的影响。

一、电容电流的产生

（一）供电系统对地存在电容

任何导体对地间均存在电容。电力设备的对地电容值在整个供电系统的电容总量中所占比例很小，对系统的影响不大。为了使计算简化，在不影响研究结果的情况下，把输电线路均匀存在的对地电容和配电装置母线对地电容集中在线路的中间。其大小与输电线路的截面、材质、长度及周围介质有关[1]。

（二）电容电流的产生

由于供电系统对地有电容存在，因此，在供电系统带电运行时，就会通过对地电容而产生电容电流。其大小与系统电压、线路长度成正比。一个系统中总的电容值则是该系统输电线路、配电装置母线及母线设备对地电容、系统中其它需经电容器组接地的电容值的总和。正常运行情况下，供电系统三相对地电容电流值基本相等：Ia=Ib=Ic，且三项向量相加和为零：Ia+Ib+Ic=0。故供电系统中电容电流的影响很小。只在中性点不直接接地的供电系统发生单相接地短路时，其危害才表现出来。

二、无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿

三相电容自动补偿主要适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相，根据检测结果，三相同时投切可保证三相电压的质量。在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。据有关资料介绍，某地综合楼是集商场、银行、办公、车库、宾馆为一体的一类高层建筑，总建筑面积3.2万m2。主要用电设备有空调机组、水泵、风机及照明灯具等，其中照明灯具均为单相负荷，功率因数在0.45～0.75之间。低压有功计算负荷2815kW，其中，照明用电有功负荷1086.5kW，其它负荷基本为空调、风机、水泵、电梯等三相负荷。补偿前无功功率3182kvar，若整体功率因数补偿到0.92，需补偿１９82kvar，补偿后无功功率１200kvar。原设计采用低压配电室并联电容器组三相集中自动补偿，工程竣工投入使用后，经常出现仪器、灯具等用电设备烧坏或不能正常使用等情况，影响正常经营和工作。经现场测试，发现低压馈线回路三相负荷不平衡，差距越大，电流差也越大，最大相电流差为900A；检测母线电压，三相母线电压有的高达260V，有的低到１90V。通过分析是三相电容自动补偿造成的结果。对于三相不平衡及单相配电系统采用分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的办法，其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况[2]。

三、电容补偿的使用：智能三相自动无功补偿

该装置的控制模块和数据采集模块采用新型单片机和大规模集成电路，开关模块采用大功率晶闸管，实现电容器组的零电压投入和零电流切除，无合闸浪涌电流冲击，无火花和谐波干扰。产品特点如下：第一，实现了控制模块的数字化和智能化，开关执行单元无触点，确保了控制精度和运行的可靠性；第二，全自动分相、分级按需补偿；第三，可灵活设定过压、欠压、欠流延时等参数，具有完善的越限报警和过压、欠压、缺相、缺零、谐波越限保护缩闭功能，保证系统安全运行；第四，实时数字式测量、显示电网中的主要参数：功率因数、电压、电流、谐波电压及电流、有功功率及电度、无功功率及电度等；第五，带有谐波分析，测量总的谐波失真（THD）以及1～31次谐波电压及电流，为治理谐波提供准确的数字依据；第六，采用“自愈式”电容器，具有使用寿命长、可靠性强、温升小、无需专门散热装置等优点；第七，具有数据采集功能和标准的通信接口（RS232），可实现远程实时监测和计算机联网管理；第八，采用模块化结构设计，易于维护和升级。从上述产品的功能可以看出，智能三相自动无功补偿能自动检测各相负载的功率因数，同时自动分相投入各相所需的电容补偿量，以使各相的无功功率补偿达到最佳状态，对于大量使用单相用电负荷，易产生三相不平衡的用电单位如住宅小区、宾馆、饭店、大型商场等民用建筑的配电系统有改善功率因数、提高电网效率、改善电压质量、节约用电、增大变器有功容量等显著效果，较大程度满足了“电网绿化”的要求。2分组电容自动补偿的应用在低压电网中大量的用电设备为电感性，尤其是在大面积、大开间的商场、办公楼等日常生活和办公场所，大都会采用发光效果好的荧光灯进行人工照明。荧光灯具有光效好、寿命长、无污染等特点，属绿色光源。目前，民用建筑工程中大量使用电感型镇流器荧光灯，压它具有成本低、寿命长、维修工作量少、投资少等优点，但其启动时间长，功率因数低，约为0.5～0.6，自身损耗大，加大了供配电系统网络损耗，造成了能源的浪费。通过电容补偿的方式来解决大面积商场、办公楼的感性负荷功率因数低的问题是目前设计中常用的方法[3]。

结论

简而言之，在目前补偿电容器技术和制造质量、自动投切装置有了很大提高的前提下，笔者认为在这类民用建筑的配电系统中分组设置补偿电容，即根据建筑使用功能分区，用电较集中、电气设备功率因数较低的配电箱处设置电容补偿装置较为适宜。基于此，文章主要围绕中压电容补偿对供电系统的影响方面展开了详细分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值[4]。

参考文献：

[1]陈珩.电力系统稳态分析[M].北京：中国电力出版社，2017：73-76

[2]鞠平.电力工程[M].北京：机械工业出版社，2015：237-239

[3]张德丰.MATLAB/SIMULINK建模与仿真实例精讲[M].北京：机械工业出版社，2014：204-243.

[4]刘青，郑振华，王增平，等.静止同步串联补偿器的机电暂态特性研究与仿真[J].电力系统保护与控制，2018，36（9）：10-14