无功补偿在农网改造中的应用

我国的农村电网发展，已经有50余年的历史，期间经过了四个阶段的改造，取得了巨大的成就。根据国家对农村电网的要求，在2000～2010年第五个改造阶段内，将对农村电网进行大规模的技术改造，其目的是提高农网的供电可靠性，降低农网的损耗，保证农网供电电压质量，增加农网经济效益。在农网的低压系统中，电容器的无功补偿，因其是保持农网网络的无功平衡，提高电压质量，降低网络损耗的有效措施，已被越来越多的用户所接受和采用。现将结合我们在农网低压改造中无功补偿的相关实践作一介绍。
1　三相平衡补偿
　　三相平衡补偿，是依据低压供电系统的负荷为三相基本平衡的原理，补偿电容器采用三角形接法，以交流接触器或晶闸管作电容器的投切执行元件，由功率因数控制单元控制投切的无功静态补偿装置。
1．1　接触器投切方式
　　该方式采用电容器专用接触器作投切单元，以投切电容器进行补偿。
　　该方式由控制器根据电网的功率因数（也可以根据电网无功功率）来控制投入或切除电容器，以达到合理的功率因数。该种方式制作简单，价格较低，应用较广泛。但由于接触器在投入时冲击电流大，切除电容器时会产生过电压，自身触头易损甚至熔焊，噪声大，投切时间相对较长，这些将影响整套补偿装置的运行。该方式对于投切不频繁的地方，只要选用质量较好的接触器，还是可以满足补偿要求的。
1．2　晶闸管投切方式
　　该方式采用双向可控硅作投切单元，以投切电容器进行补偿。
　　该方式克服了用接触器投切电容器所存在的问题，通过晶闸管过零投切，避免了电容器投入时的“浪涌电流”的产生，无机械动作，补偿快速，特别适用于投切频繁的场所。由于无“流涌电流”产生，因此可以大大延长补偿装置的主要器件——电容器的使用寿命。可靠性更高。但是该方式的投切器件——晶闸管的价格较高，因此用该元器件组成的补偿装置的价格要高于方式①的50％～70％左右，同时，由于晶闸管在投入及运行时有一定的压降，平均为1V左右，需消耗一定的有功功率，并且发热量较大，需对其实施相应的散热措施，以避免损坏晶闸管。
1．3　接触器与晶闸管结合的投切方式
　　该方式集上述2种结构的优点，采用由晶闸管投切、接触器运行的投切方式。
　　该方式在控制器发出投入电容器信号时，晶闸管即在电压过零时投入相应电容器，控制器紧接着发信号给接触器，接触器合闸，由于接触器与晶闸管并联，而接触器合闸后的接触电阻远小于晶闸管导通时的电阻，接触器将晶闸管短路，使晶闸管退出运行，而由接触器接替运行。当需投切电容器时，控制器首先发信号给接触器，使接触器断开。此时晶闸管仍在线路中运行。紧接着控制器发信号给晶闸管，晶闸管在电压过零时断开，电容器切除。由于采用晶闸管“过零”投切，因此在电容器投切过程中，不会产生“浪涌电流”，有效地提高了电容器的使用寿命；在电容器运行时，用接触器代替晶闸管作为运行开关，避免了晶闸管在运行时的有功损耗和发热，提高晶闸管的使用寿命。晶闸管投切、接触器运行的低压无功补偿方式现已得到较广泛的应用。通过近2年的运行，证明其补偿效果良好，维护工作量小，安全可靠，是近年来农网改造中普遍应用的方式。
2　三相分相补偿
　　农网一个显著特点，就是其三相负荷的不对称性。如果采用三相平衡补偿方式对农网进行补偿，将造成：①由于三相平衡补偿是采集任选一相的无功信号并以此作为无功补偿投切容量的依据，如果三相负荷基本平衡时，其补偿效果较为理想，但如果三相负荷不一样时，其明显缺陷是对采样相的补偿量尚可，而对其余两相则可能会出现过补或欠补。欠补偿时，受电端电压低于送电端电压；过补偿时，受电端电压高于送电端电压。运行电压的升高，对电容器及整个系统的安全运行会产生不利的影响。另外，三相不对称负载用三相对称三角形接法的电容器进行补偿，将使变压器的容量得不到充分的利用。同时，三相不对称负荷，将使线路的损耗增加；②由于三相平衡补偿方式对不对称负荷补偿会产生上述问题，因此，必须采用对每相负荷分别进行补偿的方式，对三相不平衡负荷进行补偿即三相分相补偿。
　　该方式由具有能三相独立检测功率因数的控制器分别对A、B、C相的功率因数（也可以根据电网无功功率）进行取样，并根据取样的结果来分别控制A、B、C相投入或切除电容器，以使三相的功率因数基本达到一致——一个设定的合理的功率因数。该方式电容器的投切单元采用晶闸管；通过晶闸管过零投切，避免电容器投入的“浪涌电流”的产生，并且无机械动作，补偿快速，能适应投切频繁的场所及延长补偿装置的主要器件——电容器的使用寿命，具有较高的可靠性。电容器采用“星形接法中性点引出”式电容器，该电容器有四个接线端子，其中一个为中性点端子，内部接成星形连接，这样可以在单元电容器上，实现三相补偿容量的分别投入或切除，方便客户安装、使用和维护。该方式能将三相不对称负荷的功率因数（或无功功率）补偿到基本一致，在提高供电网络的功率因数同时，避免因某一相过补或欠补造成的三相电压高低，使供电电压质量得到保证。虽然该方式制造成本相对较高，但已引起供电部门的注意，并在实际使用中取得了良好的效果，相信该方式具有越来越广泛的使用前景。
　　以上是该公司在农网低压无功补偿实践中，实施的几项补偿方案，符合“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则，是切实可行的。补偿实施后，电网功率因数普遍达到要求值，线损明显下降，电压质量得到改善，以前无法正常启动的电动机也能正常启动和运行，收到了较好的经济效益和社会效益。

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