无功补偿常见问题分析及对策

无功补偿常见问题分析及对策

米新锋

摘要：无功补偿在供电网络中的作用不可或缺，如何正确处理补偿过程中出现的问题就显的尤为重要。

关键词：无功补偿 过补偿 欠补偿

随着社会经济的发展，电能的消耗日益增多，而在这些大幅增加的负荷中，整流和变频设备增加，无功负荷电流和谐波电流不仅增大了供电损耗，谐波还可能引起个种自动化和智能系统的故障。为了减少损耗，提高电能质量，正确的无功补偿就显得尤为重要，但是在无功补偿设计和运行过程当中经常存在一些问题，影响了无功补偿的效果，甚至导致补偿设备的过早损坏。下面就一些常见问题逐一作出分析。

一、 补偿柜信号采集及传输的问题

自动补偿柜信号采集部分由采信传感器和信号线组成，首先出现的问题就是采信互感器的位置问题。在一些采用 BS60439 标准的配电系统设计中，在总进线开关之后，还会有和电力部门计量互感器上口来电开关并联的一些开关设备。而开关柜在设计和生产时，会有厂家把补偿柜采信互感器不放在总进线开关位置之后，而放在电力公司计量互感器之前位置。这样以来，就造成和计量互感器上口开关并联的开关设备负荷信号无法正常采集，进而不能准确的根据实时负荷情况进行补偿。

再就是补偿互感器的数量问题，通常有很多补偿装置的采信互感器都是采用一只互感器，基于三相平衡的理想状态在采信点三相中任选一相作为采信相。事实上，配电系统在设计和运行过程当中，会有很多单相设备动态的分布在三相负荷中。当采信相和非采信相负荷变化差别比较大时，采信互感器采集到的信号就不能准确的反映整个供电系统的实时负荷情况，造成过补或欠补。

最后就是信号的传输问题。采信互感器变换后的采样信号通常为 5A 或者以下的电流，在补偿柜的放置位置距离采信点所在开关柜比较远时，若信号线的线径过小，在传输过程当中，将会使输入信号衰减过大，直接影响到补偿的效果。

针对以上信号采集及传输时所存在的问题，采用的对策为 : （ 1 ）把采信互感器放置于总进线开关之后，使系统中所有负荷的供电都经过采信互感器的采集；（ 2 ）三相采信，分相补偿；（ 3 ）信号线线径采用 2.5 平方毫米以上的线，减少信号在传输过程中的衰减。

二、使用多级电容器组补偿时，电容器组的投切顺序问题

现在应用较广的无功补偿装置，多采用分级动态补偿的方法。但普遍存在和容易被忽略的一个问题就是电容器组的投切顺序问题。例如有一套 6 级电容器组的补偿装置，习惯的设置为A→F，即投入顺序为1、2、3、4、5、6，切除的顺序设置为F→A，即切除顺序为6、5、4、3、1、1，即在需要投入更多的电容器组时顺序投入；当负荷变动，需要减少投入的电容器组时，把前面因为需要加大补偿容量而投入的电容器组切除。这样设置的结果就是造成最早投入的电容器组一直处于通电工作状态，工作时间过长，提早损坏，缩短了补偿装置的试用寿命。

针对这种问题，可采取的对策为：采取“先进先出原则”，就是把电容器组的投切顺序全部设置为A→F，即1、2、3、4、5、6.即可保证最早投入的电容器组在需要减少补偿容量时，优先切除。这样，基本上就可以保证不同的电容器组投入工作的时间基本均等，延长整个补偿装置的使用寿命。

三、 过补偿问题

供电部门一般对功率因数的要求是不低于0.9，但是随着功率因数的不断补偿和提高，会出现功率因数的过补偿问题。通常造成过补偿的原因主要有：（1）计算误差。计算时，通常以一个时间段的平均负荷为基础，但实际中的用电负荷是不稳定的，而以平均值为基础的计算补偿值是不变的，用户的自然功率因数一般比计算取值要偏小，这就造成补偿后的实际功率因数比计算的理想状态值要偏大。（2）供电电压的升高。在夜间等轻负荷时段，电网中供电电压普遍升高也是造成电容器过补偿的原因之一。

过补偿对供电电网和用户的危害主要有：（1）造成网络供电电压升高。由于各段配电线路和变压器电压升高的情况是叠加的，所以在夜间等轻负荷时段，电压升高将相当严重，对电网中的电气设备带来危害。例如，交流电动机，其工作电压不能超过额定电压的5%。长时间在过电压状态下运行，则会严重降低电机的绝缘性能，缩短使用寿命。对照明而言，电压要求更高，过压损害更严重。例如白炽灯，当电压升高5%时，使用寿命就会缩短50%左右；而且电压升高，也会威胁到补偿设备自身电容器组的安全。我国电容器产品标准规定，电容器的最高运行电压不宜超过1.1倍的额定电压，一旦电压超过，电容器必须退出运行，否则将因过电流而加大发热升温，缩短寿命甚至烧毁。（2）增加损耗。无功损耗方面，主要是过补偿时，电容器组输出的无功功率向电源方向倒送。由于现时供电部门为防止因为客户过补偿而造成的无功功率表倒转，普遍采用双向无功脉冲电能计量表，无功功率无论正向还是反向流动，无功电能表都是正转，即一律视为无功的消耗。所以当因为过补偿而导致无功功率反送，则等同于在降低功率因数，从而就要多付出电费，甚至接受电力部门的罚款。而有功损耗方面，则是因为电容器的有功损耗和供电电压有着直接关系，当因出现过补偿而导致供电电压上升时，电容器的有功损耗随之增加。

目前，针对过补偿，可采用的主要对策有：（1）设计中，应优先采用电容器自动投切装置。自动投切装置（现一般称为功率因数控制器）能检测电网中负荷的变化，并根据负荷的变化自动投入或切除电容器组。这是目前最有效，也是最常用的防止过补偿的办法。（2）在进行系统改造或者增加负荷时，将电容器组与设备共同控制。即将电容器组（其投入值需要配合补偿的电动机经过计算确定）与大型电动机采用同一个来电开关控制，电容器组和电动机同时通断，从而达到电容器和和负荷同时增减的目的。因为采用电容器组自动投切装置价格较高，在不采用的地方，设计配置时，不应将功率因数提的太高，留下余地，减少过补偿的可能性；在运行时，还应加强对电容补偿装置的监视，根据负荷变化情况，及时投切电容器组。

四、 欠补偿问题

为避免因功率因数低而造成对电网和设备的危害乃至接受电力部门的罚款，用户一般都尽力去提高功率因数。但在补偿过程中，经常出现因补偿效果不好而出现的欠补偿问题。究其原因，主要是：（1）自动投切装置定值设置不当，导致欠补偿。目前的自动投切装置都是将信号采集回路输入的信号同预先设定的定值进行比较，来控制电容器组投切的数目。由此看来，自动投切装置的定值设置是否合理，将直接影响补偿效果。其导致补偿效果不佳，首先是因为门限过低，使补偿柜处于欠补状态运行。可采用的对策为：设置投入门限时，应略高出供电部门核定功率因数标准。因为现行逻辑控制器本身存在一定的精度误差，设置时必须给予考虑。再就是切除门限过高，产生过补偿，前文已有所述，过补偿又导致欠补效果出现。根据有关资料，切除门限设置在0.97较为合理。最后就是投切的延时时限设置过长，同负荷对无功需求响应速度不同步。对此，则应根绝负荷变化的特点，合理设置投切延时。（2）电容器组供电设备损坏，检修不及时导致欠补偿。现在的补偿柜一次设备从上到下通常为进线开关、熔断器、接触器，电容器。当熔断器中的某一组或一组中的某一相因为故障而熔断时，则该组电容器不能正常投入工作。加上检修时，不易发现，进而在负荷变动，需要该组电容器投入时，不能投入运行，出现欠补偿。对此则应勤巡视、勤检查、勤维护，定期更换补偿柜中易损一次设备。

参考文献：

（1） 张朝英，供电技术，机械工业出版社， 2009.

（2） 曾龙章，电网无功补偿实用技术，中国水利水电出版社， 2009.

米新锋