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个人收集整理 勿做商业用途分类号 密级 U D C 学号 g07109z012 桂林电子科技大学 非 全 日 制 工 程 硕 士 学 位 论 文 题（中英文）目 无功补偿在低压电网中的应用研究 The Investigation of the Application of reactive power compenstaion作者姓名： 贺双明 学校指导教师姓名职务 陈名松 工程领域： 电子与信息工程 企业指导教师姓名职务 提交论文日期： 2011-12-8 _ 2011 年12 月8 日 摘要近年来，随着电网系统的完善，用电规模的进一步扩大，使得电力的供需矛盾越来越突出。电力的供应紧张使人们想到了降损节能。人们从电力在线路中的传输特点，利用无功电流在系统中消耗有功功率的特点，使用了无功补偿装置。电力系统使用无功补偿，可以提高电网的质量,降低网损，达到节能的目的。现系统地介绍了低压无功补偿技术，并具体分析各个部件的选型和成套装置的技术，并对目前无功补偿的问题进行了一定的探讨和研究.关键词：无功补偿 节能 功率因数 Abstract In recent years, with further improvement in power net， expanding use of electricity， making power supply and demand will become sharp. Short of power supply force people to want to energy conservation。 With the operating characteristics of power net， consumption active power for reactive current, reactive power compensation was used. With reactive compensation， that can improve the power quality, reduce network loss, save energy .The reactive power compensation of low voltage technology and equipments were introduced systematically。 The parts and whole system were expounded。 Study and research were worked on the issues of the reactive power compensation currently。个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途Keyword: reactive power compensation save energy power factor 目录第一章 前言11.1无功补偿应用的概述11。2无功补偿的原理21。3本课题的立题依据4第二章 实际应用方案52。1补偿方案分析52。1.1 无功补偿配置原则52.1.2无功补偿方案的实施52。1。3无功补偿方案的选取的注意事项62.1。4就地补偿技术分析72。1.5变压器补偿技术分析92.1.6照明电路的无功补偿分析92。1。7 三相不平衡负载的混合补偿方式102.1.8 无功功率补偿容量的计算122。1.9 无功功率补偿注意问题132.1。10 配电线路的无功功率补偿132。1.11 无功补偿装置组件的选用132。1.11。1电容器132。1。11.2投切开关142.1.11。3串联电抗器192。1。11。4熔断器212。1.11。5断路器232。1.11。6避雷器282。1.11。7低压无功补偿控制器302。2智能型低压无功补偿成套装置352。3 无功补偿成套装置的安装调试与运行维护412。4 无功补偿成套装置的实际组装案例41第三章 结果与讨论43致 谢44参 考 文 献45第一章 前言1.1无功补偿应用的概述无功功率并不是不做功，它实际上有很大的用处。它实际上是线圈电感性磁场贮能与电容器电容性电场贮能。在交流电系统中，无功功率就保持平衡。 由于用户大多是电动机，变压器等电感生负荷 ，必须用容性功率来平衡它。 所以，无功补偿常用并联电容器。据统计，在电网损耗中，10的损耗为有功功率,面3050%的损耗为无功功率。无功补偿的大规模应用， 仅不过十多年历史。这在国内和国外都是如此。主要原因是传统的电力电容器损坏率较高。一般来说，电动机的寿命极条,在并联系电容器则比较容易损坏。第二个原因是传统的电容器能损较大.第三个原因是传统电容器的造价较高,相对不经济。第四个原因是传统的电容器尺寸较大，因而安装的成本较高。因而无功补偿的应用以前很难推广。而到20世纪8090年代，造价低，尺寸小，能损小，高寿命的电容器已经被研制出来了。目前应用多的是金属化薄膜电容器,理论上单位无功平均损耗低于0。5W/kvar,实测在低于2W/kvar。电容器被封装于金属壳中，并被设计成免维护的。基本的电容器是由电极、电介质、外壳、电介液、套管和放电电阻组成。在电力系统中，主要用并联电容器来校正功率因数.在配电网中，电容器安装在变电站和电线杆上。在企业电力系统中,电容器用并联于单个或成组负载上.在实际生活中，比如,工厂、生活用电、农业用电、配电网中，并联补偿电路有实用意义。大多数负荷是感应电动机，它相当于一个电阻串接了一个电感线圈。由于它的功率因数很低，故并联系一下电容器，以提高它的功率因数。因为往往在负荷端并联电容器,所以称为并联补偿。无功补偿的装置目前应用比较广泛的是晶闸管投切电容器（TSC型SVC）,机械投切电容器-晶闸管投切电抗器(MSC+TCR型SVC）,晶闸管抽切电容器晶闸管控制电抗器（TSC+TCR型SVC).1。2无功补偿的原理电网输出的功率包括两部分， 有功功率和无功功率。直接消耗电能,把电能转变为机械能、热能、化学或声能等 的电功率，称为有功功率。不消耗电能,只是把电能转换为另一种形式的能，这种能是电气设备能够做功的必要条件。这种能作为电网中与电能进行周期性转换，这叫无功功率。电流在电感元件中做功过过程中，电流超前电压90度.电流在电容元件中做功时,电流滞后电压90度。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反。所以，如果在电磁元件装上相应比例的电容元件，使两都的电流相互批评消,使电流和电压的矢量夹角减小，从而提高了电流做功的能力，使有功功率增加。见图 1。1Q用户负载无功补偿装置P+jQP+jQ发电厂 图 1.1 无功补偿示意图 在纯电阻电路中，通过消耗电能而做功的元件特性是电阻性元件。通过储存和释放磁场能量面达到一定功能的元件是电感性元件。通过储存和释放电场能量面达到一定功能的元件是电容性元件。电阻在电路中的电压和电流的相位是一致的，电功率为正值.所以电阻只能吸收能量。电阻只有有功功率，P=UI。 其功率因数为零。 在纯电感电路中，有交流电压加在这个线圈L上，则线圈两端出现一个自感电动势.这个电动势和所加的交流电压大小相等，方向相反. 当电压交变时，相应的磁场能量也随着变化.当电压增大时，磁场能量加强，这时磁场将外电源供给的能量以磁场能量形式贮藏起来；当电流减小时，线圈把磁场能量释放并输回到外面的电路中。 在纯电容电路中,有交流电压加在这个电容C上，电压交变时，相应的电场能量也随着变化.当电压增大时，电流和电流和电场能量增大，此时电容器氢外电源供给的能量以电场能量的形式储存起来；当电压减小时，电容器把电场的能量释放并输回到外电路中。如图并联补偿电路,电路中的总电流I 值为负荷电流IL 与通过电容器电流IC 的矢量和。加在负荷与电容器上的外加电压U 是相同的，其公式如下： I = IL + IC IL = IC = 其矢量关系见图1。2 IC ILI 图 1。2 并联补偿线电路的矢量图从矢量图中可以看到，在并联补偿前电压与电流间的夹角为L，即它的功率因数的夹角等于cosL；经过并联补偿后，夹角减小为,即它的功率因数从cosL提高到cos. 在并联补偿电路中,如果电容器的容量和电感线圈的容量，从而使电路中电压与电流同相位，则此时电路为阻性。 这样是一种完全的补偿。电源只要向负载提供有功功率即可。Q在实际的线路中，既有有功功率，也有无功功率。它们的关系如较图1.3所示。 SP图 1.3 并联补偿线电路的矢量图有功电流与线路电压的乘积为有功功率，用P表示.无功电流与线路电压的乘积为无功功率，用Q表示。线路电压与线路电流的乘积为视在功率，用S表示.图1-3称为功率三角形。 S= 有功功率与视在功率的比率称为功率因数。 cos= Q=Ptg1。3本课题的立题依据 有关无功补偿的方法和文章虽然很多,但基本上是大型的方案。 对于小型工厂，超市，别墅，咖啡店等的研究的很少。在实际工作中，我发现目前在以上小型的场所,无功补偿有很大的应用空间.本文不仅讨论一般情况上的补偿方案,而且也讨论了低成本的和小型的应用方案。 这些方案在实际应用中有很大的意义。 无功补偿设备过去一般都是在电力行业，如变电所应用较多。即使现在，很多的合同也是在电力局和设备供应商之间进行.但随着各种电器的出现,比如在家庭中有许小家电，还有电脑的应用也越来越广。在超市,咖啡店,空调也越装越多。 而这些设备中几乎都有大大小小的马达。这些马达在轻载时功率因数也很小.所以,从节能的角度来讲，利用无功补偿技术，减少电路的损耗。这些设备节能，虽然单个的不是很多，但整个数量很大,所以总的节能效果非常大。这对于现在全球能源紧张有重要的意义。第二章 实际应用方案2.1补偿方案分析2.1。1 无功补偿配置原则 1） 对于一个配电网,要全网的无功平衡与分区的无功平衡相结合，坚持就地平衡。这样可以充分地利用全网的无功电源，减少无功电流在网络间的流动,从而降低线损. 2） 集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主.即使变电站已经有了集中补偿，也要在配电线路，电力用户等地方做分散和就地补偿。 3）降损和调压相结合,以降损为主。对电压在35kV用以下的电网,由于线路损失在线路输送功率中占的比重较大，因此补偿容量主要要考虑线损。 4）电力部门补偿与用户补偿相结合。据统计，大约50%60的无功轼率消耗在用户方面，剩睛的4060消耗在电力系统的网络元件中。因此，在总的补偿比例中，用户安装的补偿设备应占到时5560%.2。1.2无功补偿方案的实施 要根据用户对无功功率的需求情况来确定方案.一般来说，有以下几种：变电站集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上无功补偿方式、用户终端分散补偿方式。如图2.1。1)变电站集中补偿方式。主要用来提高功率因数，提高终端变电所的电压和补偿主变压器的无功损耗.但这种方案对10kV配电网的降损不起作用。2)低压集中补偿方式。这是国内比较普遍的补偿方式。在配电变压器0.4kV侧进行集中补偿。如图21的方式2。通常采用微机控制电容柜。 容量在几十千乏到时几百千乏不等.这种方案可以根据用户的负载水平的波动进行跟踪补偿。这种方案可以提高专用变压器用户的功率因数，实现无功的就地平衡，对降损有一定的作用。同时对保证用户的电压有一定的作用。一般用的控制器是根据功率因数来进行自动投切的.也有少数是根据电压投切的。3）配电线路固定补偿方式。由于配电网中有大量的公用变压器没有进行低压补偿，所以对线路的补偿，用柱上无功补偿方式，要注意几个方面.补偿点少，不设分组投切，补偿容量要小,保护方式简化.一般用熔断器各氧化锌避雷器作过电流和过电压保护.4）用户终端分散（随机）补偿方式。在10kV以下的电网中，无功消耗中,变压器约占30,低压用电设备占65%以上。理论计算和实践证明，低压设备进行无功补偿,经济效益最佳。 这是一种值得推广的节能措施.感应电动机是消耗无功最多的低压用设备。例如油田抽油机、矿山提升机、港口卸船机等厂矿企业的大容量电动机,诮分散补偿.这种补偿的优点是，线损率可减少20%,改善电压质量，减少电压损失，提高线路供电能力。要针对不同用电设备，开发体积小，造价低、易安装、免维护的智能型装置。变电站负载10kV0.4kV专变房0.4kV配电房负载负载方式2方式4方式3方式1图2.1 配电系统的各种无功补偿方式示意图2.1.3无功补偿方案的选取的注意事项1） 方案应根据用户端的电压电流的波动情况来决定。当三相电压、电流基本平衡时，采用共补或分补的方案。三相电压、电流轻微不平衡时，采用共补或共补与分补相结合的方案。当三相电压、电流严重不平衡（如系统中有频繁起动的设备），采用三相不平衡的方案.2） 装置的可靠性主要在于投切开关和电容器。电容器的寿命与工作条件有关，因此投切开关是关键。大量的工程实践表明，户外补偿装置工作条件差，晶闸管或接触器很难满足可靠性的要求. 机电一体开关是比较理想的选择。3)对不同的场合，可有不同的选择。如配电+补偿、补偿+计量、配电+补偿+计量、补偿+综合监测等。4）尽量选择用无功功率为控制量。5)要避免无功倒送.固定补偿部分容量选取要适当,如果过大，容易出现无功倒送。一般动态补偿能有效避免无功倒送。6）要注意谐波。谐波会使电容器过早损坏或造成控制失灵。谐波放大会使干扰更加严重。要分析用户负载的性质，必要时就对补偿系统的谐波进行测试。存在谐波但不超标可选抗谐波无功补偿装置。如谐波超标,则应治理谐波。2。1。4就地补偿技术分析 对电动机进行就地补偿，是因为电动机的自然功率因数往往较低。一般为cos=0。7.对异步电动机进行无功补偿，一般都可进行.但要注意有以下情况不宜进行.1） 通过电源反相(换接两相线）的反接制动来实现停机与反转的.2） 需要快速点动的电动机.3） 需要频繁起停电动机。4） 电动机的功率因数已接近或达到0。9及以上的异步电动机。用电容器来补偿的电动机，最好是长时间稳定运行，无需电源反相制动，cos较低,远距离供电的电动机.另外补偿的容量不要选择过大.如过大,一方面不经济,另一方面产生过补偿。过补偿会给电动机和监视器带来一定的损害。 对大惯性负载的损害更大。 就地补偿主要以低中小型电动机为主。电容器和电动机直接相连。当电动机与电源断开后，其定子绕组可为为电容器放电.所以电容器不用专门的放电装置。如图2.2。 对大型的异步电动机,由于投切电流和工作电流大,要注意浪涌和谐波的问题。可加装0.1的限流电抗器和熔断器。如图2.3。SMC图2.2 电容器和电动机直接并联M3图2.3 大型异步电动机的方案FUL电容器组2.1。5变压器补偿技术分析变压器在0。4kV 的低压侧进行无功补偿，可以降低变压器的漏磁载功损耗和负载本身的无功消耗。一般来说,对200kVA及以下的变压器，按15%配置。对200kVA以上的,按20%配置。补偿的容量以下式计算.Qc=P(tan1- tan2)2。1.6照明电路的无功补偿分析据统计，我国照明用电年平均增长率达16。 这样使供电短缺的问题进一步增加。所以在照明电路中应用用无功补偿也有重要的意义.由于照明电路中有气体放电型电光源，其工作时会有电流畸变。这亲，补偿后的功率因数就在0。80.9为好.选用的电容的容量由下式计算出。 C= P（tan1- tan2）/(2fU2）C为补偿电容器的电容量(F）；P为光源的有功功率;1为补偿前的相位角（度）；1为补偿后的相位角(度）；f 为工作频率;U为电压。对于相对独立而且灯不是很集中的场合,比如灯光球场，工厂车间等,可以用局部集中式补偿。电容器装于相应的配电箱中。对于功率较大的灯，可以单独补偿。电容器直接并联在灯上.目前种气体放电型灯应用较多,这些灯的功率因数一般较低，可用无功补偿来达到节能的目的。2。1。7 三相不平衡负载的混合补偿方式在工厂等用户的场合中，有大量的机械设备。如电弧炉、轧钢机、电力机车等冲击性负载。这些设备的功率因数大都比较低,无功变化大而且急剧。在运行的过程中，使电网电压急剧波动, 在线路中产生大量的无功损耗。这些设备三相有时平衡而且有波动。这就要用混合补偿的方式，即三相共补和单相分补相结合的方式. 三相共补是的电容器为三角形接法。其取样的物理量为三相无功功率总量。单相分补的电容器为星形接法，其取样的物理量为各相的无功差额。由于负载的三相无功功率不变化，这样在投切时就要动态地跟踪并计算出要各相要投入的电容容量。如图2。4。C相分补量B相分补量三相共补量A相B相C相图2.4 混合补偿方案示意图混合补偿方案设计原则:1）要保证电压的质量。当电压过高时，既使欠补偿，也要切除电容。这样可以使电压回到正常的水平。2）三相共补为主，单相分补为辅。设计程序控制互锁。3）投切程序要最简洁。4）三相共补用智能循环投切，单相分补用A、B、C循环投切方式。如图2.5所示. A相取样B相取样C相取样显示无功功率门限三相共补控制过电压门限三相分补控制图2.5 混合补偿方案原理图无功功率比较三相是否过电压方案中，取样是取三相电压和三相电流,取无功功率。显示则可以显示三相线电压，三相相电压，三相有功功率，三相无功功率，单相有功功率，单相无功功率，投入电容时的门限，切除电容时的门限，过电压指示，故障指示，投切指示。在运行时则显示三相功率因数。混合补偿的控制要用到无功功率自动补偿控制器.这种控制器一般以单片机为核心，对三相进行分相分级投切。2.1.8 无功功率补偿容量的计算 无功功率补偿一般用这个公式，Qc=P（tan1- tan2)。式中Qc为无功补偿容量（kvar)； 为平均有功负载因数，一般取0。70 0.75；P为有功负载(kw）； tan1为补偿前功率因数角正切值;tan2为补偿后功率因数角正切值.2。1.9 无功功率补偿注意问题 1)要防止电动机产生自励磁。 2)要防止产生谐振。对发生谐振的,要加装串联电抗器。对五次谐波，可用4。5%Xc的电抗器。对三次谐波,可用12%Xc电抗器。 3)防止过电压。并联电容器会使安装处的电压增加.国家标准要求，电容器的长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压. 4）要防止维持电压时间过长。对于自动投切或可逆运行的电动机,在从正转到反转的过渡时间内，电容器的端电压必须降到额定峰值的10以下.否则会有自励磁，从而使电动机的端电压升高得非常高。 所以投切时间间隔要中够长,使电容器的电压降下来。 5）要限制涌流。若投切涌流超过100 ICN时，要有限涌流的措施。ICN为电容器的额定电流。2。1。10 配电线路的无功功率补偿在低压电网中线损很高，所以要对其进行补偿。一般来说，线路长，负载重，电压质量差的线路，要进行无功补偿.补偿时电容器的容量不宜过大。一般以补偿局部电网中配电变压器的空载无功损耗为标准。在负载均匀分布的线路上，电容容量选为该线路平均无功负载的2/3;安装的最佳位置是自送电端起的线路长度的2/3处。2.1.11 无功补偿装置组件的选用2.1.11。1电容器电容器应用时要求有保护装置，如内熔丝,外熔断器，继电器等。对于有涌流的场合，选0。1 1的电抗器.对于有谐波的场合,如有5次及以上的谐波，取4.56%的电抗器；当有3%及以上的谐波时，要用12电抗器。电抗器的额定电流不应小于所加连接的电容器组的额定电流，其允许的过电流值不应小于电容器组的最大过电流值。电容器就满足在45环境温度下长期运行。温度高,将导致电容器在高温下发热，从而膨胀、漏液。电容器一般在1.1UN条件下能长期运行。但如超过1。15UN，运行时间不超过30分钟。如在电压不稳定的场合，就选取电压等级高的，如原先选用0.4kV的可改选 为0。45kV的。这样可以延长电容器的寿命。电容器一般要求有内装的放电电阻. 这样可以不受安装地点的限制而能可靠迅速地放电。电容器在实际投切时，一般采用分级分组投切。补偿级数越高，补偿的精度越高，但随着补偿级数的增加,装置的成本会大幅度提高，而且装置外箱也会变大。2。1。11。2投切开关 a）交流接触器。交流接触器是现在仍在应用的一种投切开关。其缺点有以下几个方面。在投入电容时会产生数倍至数十倍的涌流，容易在接触器的触点处产生火花,烧损触头；切断电容时,容易粘信触头,不能切断电流；产生的涌流过大时，会减小电容的寿命。所以有以下的注意点。选用时选取比额定容量大的接触器，如要投切15kVA的三相电容器（IC=21.7A），就选用40A的接触器；采用专用的接触器,其型号有CJ16、CJ19、CJ20C、B25CB75C、CJ41等；每台电容安装串联电抗器，以抑制涌流.采用串联电容器可控制涌流至额定电流的20倍以内. 在实际应用中，一般用专用切换电容接触器.这种专用切换电容接触器附加有抑制浪涌的装置，可以有效地减少合闸时产生的浪涌电流对电容器组的冲击,降低操作时产生的过电压,同时也可以避免接触器的主触关产生熔焊现象。选用切换电容器接触器要注意以下两个条件：a)接触器的额定工作电流必须持续达到电容器组额定工作电流的1.5倍，由于谐波和网络电压误差的存在，会导致在电路中产生一个持续性流支的电流,其值大约是电容器额定电流的1.3倍左右。但考虑到电容器的制造误差，电容器的实际功率可达到其额定功率的1。15倍，这样电容器的最大热电流IT=1.31.15In=1。5In 。式中IT为电容器的最大热电流，In为电容器组的额定工作电流。 b)接触器的触点闭合时必须能够承受短暂而巨大的峰值电流，好浪涌峰值电流.就浪涌峰值电流的大小与电网中的电感、变压器的容量、短路电压、功率因数补偿类型等诸多因素有关.其中,功率因数补偿类型的主要有两种情况.第一种情况，电容器组的投入是一步到位的固定式功率因数补偿。在这种情况下，电容器组投入时涌流可达电容器额定电流的30倍左右。浪涌计算如下： IS = In 式中， IS为涌流峰值电流；In 为电容器的额定电流；Q为电容器容量；S为安装处的短路容量。第二种情况是，在电容器组被分成多个单元逐步投入。这种情况下，投入涌流峰值可达电容器额定工作电流的数十倍.多组相同功率的三相电容器组逐步投入运行时，涌流峰值计算如下: IS=式中, IS为涌流峰值电流；U为相电压；为拟投入电容器组和已运行电容器组的每相串联电抗; 为拟投入的电容器组和运行电容且和其间回路的每相串联感抗.当电气回路的电感很低，涌流峰值远大于数十倍的电容器额定工作电流时，应选用带有阻尼电阻的专用切换电容器的接触器.这种接触器的工作原理是,当接触器的线圈通电前,先接通辅助触头，辅助触头把电容器组通过附加电阻接入电网,从而有效地限制涌流峰值，数毫秒后，接触器的主触头闭合,将附加电阻短路，而此时涌流已被大大减小了。当接触器断电时，辅助触头先断开，以确保电容器组经过主触头断开。此外,根据现场的情况，还可以在电力回路中串接附加电感，从而增加回路的电抗，使涌流峰值电流衰减. b）双向晶闸管开关（TSC）。这种开关又称固态继电器。如图2.6。其优点是过零触发，无拉弧,动作时间短，可以在幅度地减小合闸涌流。这在频繁投切的场合很有用。其缺点是成本高；运行时有较大的压降，电损和发热比较大；会产生谐波。但是，如果导通角选择合适，则电容器投入时不会产生涌流，这样 电容器分级补偿可以一步到位。采用晶闸管投切,电容器无须放电即可重投。动态响应时间在一个周期（20毫秒）内.其工作原理是采用地零触发电路,检测当施加到晶闸管两端电压为零时，发出触发信号,晶闸管导通。晶闸管导通时,电容器的电压与电网电压相等，因此不会产生合闸涌流,从而解决了接触器合闸涌流的问题。但其运行时，晶闸管结间会产生 1V左右的压降。通常一个15kvar的三相在角形接法的电容器，额定电流为22A，则一个晶闸管的消耗功率约为22W.如果一个150kvar的电容柜，运行时其晶闸管投切装置的消耗功率可达600W.这些功率都变成了热量，使机柜温度升高。同时由于晶闸管有漏电流存在,当未接电容时，即使晶闸管未导通，其输出端也是高电压。当有事故或晶闸管被触发时，电容器组合闸会产生幅值很大,频率很多的涌流。而电容器对谐波的阻抗小，这样会使电容器通过很大的电流。另外，当电网中有谐波时，可能会有谐振，使电容器的电流增加更大。解决方案是加装串联电抗器。如果电流过大,应选空芯电抗器,并安装在电容器组的电源侧，即母线侧。因为带铁芯的电抗器在电流过大时铁芯会饱和，影响限流效果本文为互联网收集，请勿用作商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途晶闸管有三个电极,即阳极a、阴极k、控制极g.其特点有：要使晶闸管导电，必须加正向电压，即阳极为正，阴极为负,而且控制极需加控制电压。在控制极没有电压时,即使阳极和阴极之间加有正向电压，晶闸管仍截止。当阳极和阴极加上正向电压,在控制极加下向电压的瞬间，昌闸管立即导通，而闸管一旦导通，再不受控制极电压的控制，当电源电压过零时,晶闸管将自行截止。当阳极各阴极之间加上正向电压，在控制极不加电压，此时晶闸管称为正向截止状态。当阳极和阴极之间加反向电压，在阳极和阴极之间呈现很大的电阻，这时称为反向截止状态。在正、反向截止状态下，阳极和阴极之间电压都是有极限的，超过极限，晶闸管将发生击穿而损坏.晶闸管投切电路中，两个反向并联的晶闸管起着将电容器投入或切除的作用,而串联电抗器主要用来抑制电容器投入电网锂可能造成的冲击电流,还可抑制高次谐波。因此，当电容器投入时,TSC 的电压电流特性就是该电容器的电压电流特性。在实际应用中，一般将电容器分为几组,每组都有晶闸管投切.TSC实际上是断续可调的提供容性无功功率的动态无功补偿装置。 TSC一般可按电压等极、应用范围、补偿组合方式来分类。 按电压可分为1kV以下的和1kV以上的。对1kV以下的电压的补偿，使用单一晶闸管阀即可满足耐压要求，可直接接入低压系统中进行补偿。 按应用范围，可分为负荷补偿方式和集中补偿方式。负荷补偿方式 是直接对某一负荷时行针对性补偿，可对电网中频繁起动的运转负荷进行动态补偿，消除对电网的无功冲击；集中补偿方式是对电网供电采取系统补偿的方法来解决整个电网中的各种无功功率的波动问题。 按补偿组合方式可分为固定补偿与动态补偿相结合的方式、三相共补与分相补偿相结合的方式、稳态补偿与快速跟踪补偿相结合的方式.固定补偿与动态补偿相结合的方式是因为单纯的固定补偿已经不满足需求，新的动态补偿技术能较好地适应负载的变化。三相共补与分相补偿相结合的方式是因为现在的新的用电设备中，很多是两相供电，这样电网中的三相不平平衡的情况越来越多。三相共补同投同切的方案已经不能适应了.如全部采用单相补偿则投资较大。因此要采用混合补偿的方案，才比较经济，效果也好。稳态补偿与快速跟踪补偿相结合的方式是未来发展的一个趋势。主要是针对大型的钢铁冶金等企业，工艺复杂，用电量大，负载变化快,波动大。采用这种补偿方式，可以充分挖掘设备的的工作容量，充分发挥设备能力，提高工作效率，提高产量与质量，经济效益好。图2.6 双向晶闸管开关CVTVTCVTLLVD图2.7 晶闸管和二极管反并联c)晶闸管和二极管反并联的开关。如图2。7。这是为了降低双向晶闸管开关电路的成本而做的改进。其优点是成本低，而技术性相近.其缺点是反应时间慢。如果用双向晶闸管开关电路,从切除指令的输出到工作任务的完成，如果用双向晶闸管开关电路可在半个周波内完成(即时间t10ms）,如果采用晶闸管和二极。管反并联的电路，由于二极管的不可控性，一般的0.51Hz之间,即切除时间t20ms。d) 复合开关。复合开关是由晶闸管和接触器并联构成。在电容无功补偿的投入和切断瞬间利用晶闸管实现，在电容器正常工作后，则利用接触器工作。其运行的顺序是：当投入电容器时，先由微电脑发出信号给开关电路，使之在等电压时投入电容器,微电脑紧接着又发出信号给磁保持交流接触器,使其触点闭合，这时会使晶闸管开关电路短路。由于接触器闭合后的接触电阻远小于开关电路导通时的电阻，这样就达到了节能和延长开关电路寿命的目的.当需要切除电容器时,微电脑发出指令给晶闸管，使其导通，然后再发指令给接触器，使接触器触点断开，此时开关电路处于导通状态,在开关电路电流过零时,将电容器切除，再断开晶闸管。其优点是运行功耗低、涌流小、谐波影响小、制造成本低、使用寿命长。其缺点是响应时间较慢。完成整个投入或切除过程一般在60ms160ms之间。通常利用晶闸管20ms内电流可过载10倍额定电流的特性，过零投入,再用接触器闭合运行。这样方式下，接触器的寿命为100万次左右。复合开关中的交流接触器受复合开关控制单元控制，复合开关由无功补偿装置控制器控制,控制器每路输出12直流电压。复合开关控制单元是复合开关的核心部分，由正反向并联晶闸管开关、阻容能量吸收元件和复合开关控制电路组成。这些无器件电路板装在一个壳体中，组成一个整体，称为复合开关控制单元。复合开关控制单元接收到控制器的投切命令，12V直流电压信号经光电耦合器送到单片机进行处理，单片机的输出信号经过功率入大电路和隔离电路，才能去触发相应的晶闸管和继电器.对于复合开关，其投切时间间隔可控制在几秒以内.d） 低涌流真空开关。低涌流的真空开关采用自身的控制装置检测电源和电容器的端电压，在事先设定的相位用发出合闸脉冲，使开关分相依次合闸.这类类似于晶闸管过零导通的原理。其优点是功耗小，灭弧性能好，低涌流开关一般采用永磁操作机构，使用寿命超过十万次。其开关线圈公在合闸或分闸时通过一个小的脉冲电流,线圈的发热很小，从而延长了寿命. e)两相两管开关电路投切三相三角形接线电容器组。如图2。7示。 f) 真空断路器。在实际应用中,投切电容使用的断路器大多数是真空断路器.其优点是合分闸速度快,灭弧性能好，过电压而受能力强。其缺点是成本高,不能要根据无功缺额投入适量的补偿,三相不能分别进行控制.这样在投入电容时，最少会有两相电容不能在电压过零时投入，或在电流过零时切除。电容的电流与电容电压对时间，当断路器投入电容时，当电容器上的电压与电源的电压不相等时,最大压差可达2。8倍的额定电压.当这个在的压差加在电容器上，使电容器的电压发生突变,这时通过断路器和电容器的电流 可达额定电流的几十倍的冲击电流。这种情况在背靠背的电容器组的投切中成尤为严重.冲击电流中的谐波分量会被电容器放大，而且，谐波电流叠加在基波电流上，使电容器的电流有效值增大,温升增加而可能过热，降低了电容器的寿命。RVDVTJVDVTJR图2.7两相两管开关电路投切三相三角形接线电容器组A相B相C相C对于投切元件的选择，要看具体情况.在无功负载比较稳定时，不需要频繁投切时，可选用变通宾真空断路器。如果要求成本低,可用接触器.对于需要快速投切电容补偿的场合,如电焊、电梯等设备，可选用无触点晶闸管投切。对于其他的一般工厂、小区等，无功量变化时间大于30s时，可选用复合开关。在造价允许时，可选用低涌流真空开关.2。1。11。3串联电抗器串联电抗器主要有两个作用.一是限制合闸涌流，使其不超过额定电流的20倍；二是抑制代电系统的高次谐波，保护电容器。电网在运行时不可能没有谐波。一般情况下，谐波对电网的影响不大，不会危及正常的供电和用电.但在一些特定的场合，如变压器铁芯饱和、电弧炉炼钢、大型整流设备的运行等，会对电网产生严重的干扰，影响供电质量。这要进行谐波治理.其中一条重要的措施就是在电容器回路中串联一定数值的电抗器，即造成一个对n次谐波的滤波回路。在实际运行中，3次、5次、7次的谐波分量往往偏高。当串联电抗器的n次谐波感抗与电容器的n次谐波容抗相等时，即nL=1/（nC)时,构成串联谐振条件，则母线的n次谐波电压将被抑制。对3次谐波：3XL=（1/3)XC , 则XL=（1/9)XC=0.11XC ；对5次谐波:5XL=(1/5)XC , 则XL=(1/25）XC=0。04XC.实际运用中，一般采用12来应对3次谐波,6的来应对5次谐波。这是为了使电容器的回路阻抗呈感性，避免完谐振时电容器过流。当用两组以上的电容器组来补偿,且既有串联大电抗器又有串联中电抗器时，要注意电容器组的投切顺序。由于仅当电容器回路对谐波呈感性时，才不会发生对系统的谐波放大.根据电抗器对谐波的阻抗分析，串12的电抗器的电容器回路对3次和5次谐波均呈电感性。串6%的电抗器的电容器回路对5次谐波呈电感性，对3次谐波呈电容性。也就是说，串6的电抗器的电容会对5次谐波进行抑制，对3次谐波进行放大.如果这时系统正好有3次谐波,则这个谐波电流被放大后，