浅析供配电系统三相不平衡的无功补偿

邓治宇

【摘 要】单相电器在三相供电中数量多，引起三相不平衡的同时还导致无功补偿难度加大。论文分析了三相不平衡的无功补偿问题，采用先三相共同补偿，再单相独立补偿的混合补偿方法，避免在三相共同补偿时出现过补偿和欠补偿情况。保证了无功补偿的高效性、可靠性、经济性，取得较好效果。

【Abstract】In the three-phase power supply， the number of single-phase power supply is more and more serious， which leads to the unbalance of three-phase power supply and increases the difficulties of reactive power compensation. In this paper， the problem of unbalanced three-phase reactive power compensation is analyzed， which is based on the method of three-phase compensation and single-phase independent compensation. It can avoid the overcompensation and under compensated phenomenon in the process of three-phase reactive power compensation， ensure the high efficiency， reliability and economy of reactive power compensation.

【關键词】无功补偿；三相不平衡；电容器

【Keywords】 reactive power compensation； three-phase unbalance； capacitor

【中图分类号】TM714 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0149-02

1 问题的提出

目前，在用电设备中大多数为感性负载，消耗有功功率的同时，还产生大量无功功率，导致功率因数（cosφ）偏低。功率因数低造成有功功率一定时线路电流和变压器容量增加，电力系统无法得到充分利用，降低了电能质量、电网的经济效益。我国供电企业每有向用户收取电费，如平均功率因数低于规定值时，则要收取额外费用，以鼓励用户提高功率因数。100kV·A及以上高压供电用户功率因数为0.9以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数0.85以上[1]。

在工厂中三相交流电动机、变压器等三相对称负载给三相电源每一相引起的无功功率是相同的，也就是说三相电源每一相的功率因数相同。但是在供配电系统中存在有大量的单相负荷，例如家电、办公设备、手持电动工具、小功率电焊机、照明灯等，这类负荷的使用没有规律，呈现出明显的随机性，因此电网三相不平衡问题非常普遍，并且电网中三相电源每一相的功率因数也有明显差别。如何对三相不平衡电力系统的进行有效的无功补偿，减小电能损耗，改善电网的运行是当前许多电力用户面临的问题。

2 并联电容无功补偿的种类

在工程技术中主要采用并联电容的方法实现无功补偿，感性电路的无功功率可和与电容电路的无功功率相互补偿，从而减小与交流电源进行交换的无功功率，提高线路功率因数。

2.1 高压集中补偿

高压集中补偿一般是将高压电容安装在10kV电压以上的母线上。这种方式可以补偿高压母线上的无功功率，对于用户在母线以后和低压则的无功功率作用不大，更无法有效解决三相不平衡时的功率补偿。但是高压集中补偿投资少，维护方便，可以满足单相设备容量少（单相容量小于总容量的15%）的大中型工厂的总功率因数要求。

2.2 低压集中补偿

低压集中补偿主要用于380V母线上，针对低压侧的无功功率进行有效的补偿，成本低、效果好。采用低压电容组，按Δ联结，通常是取B相的功率因数后，对三相同时补偿，三相平衡配电系统中表现优异。但是在解决三相不平衡时的无功功率补偿问题上表现出其先天不足。因为补偿后的三相功率因数不同，以B相为标准进行补偿可以达到良好的效果，而A相、C相就有可能出现欠补偿或者过补偿的情况，不能从根本上解决问题。

2.3 单相补偿

单相补偿是对低压三相负荷的功率因数进行分别计算，算出每一相所需要补偿的电容量进行自动补偿，完全避免低压集中补偿中出现的欠补偿和过补偿的情况。这种方式对三相不平衡系统可以获得理想的补偿效果，能从根本上解决问题。单相补偿中注意电容器容量要与线路容量相匹配，大容量电容补偿小容量线路会导致精度降低；小容量电容补偿大容量线路会出现切换频繁。为了提高补偿的精度，将单个补偿电容器的容量减小，总组数增加。由于每组电容器的投切都需要一只开关器件控制，更多的分组意味着开关器件使用量的增加，这将引起成本的上升[2]。

2.4 混合补偿

混合补偿是将低压集中补偿和单相补偿相结合的方式，先用低压电容组对三相负载中对称分量进行集中补偿，再采用单相电容器对三相负载的不对称分量进行补偿。混合补偿能吸取优点，在满足技术要求的前提下实现对成本的控制。混合补偿可广泛应用于居民小区、大型综合建筑、单相设备比重大的企业等。

3 混合补偿的应用

3.1 混合补偿的结构

用JKGFF-3G3F型智能混合无功补偿控制器实现某用户的无功补偿，如图1所示。其中前3路为三相共补回路，后9路为分别为A单相补偿回路、B单相补偿回路、C单相补偿回路。该控制器先执行三相共同补偿，再通过分析计算，对每一相的无功功率进行单相补偿，实现混合补偿。在图1中因篇幅限制未绘制出放电灯、保护装置和端子等内容。

JKGFF-3G3F型智能混合无功补偿控制器与电流互感器、电压互感器相互配合，获取三相线路上的电流、电压、功率因数参数，按用户预先设定的工作模式进行无功补偿。JKGFF-3G3F的主要端子分配如表1。

3.2 补偿电容器的保护

电容器对电压较为敏感，对于电容器所受电压不超过额定电压的10%。在电容器应用的线路中如果易出现电压波动要加入过电压保护装置，否则有可能导致补偿电容器过压击穿。

在现在供配电系统中存在有大量的非线性负荷，使得电网中的谐波含量常常很高。在线路中变压器电抗、电网电感和电容器形成一个振荡回路。当该同路的固有频率与电流谐波的频率相互重合时，振荡回路励磁而产生很高的过电流，造成供电回路过载，甚至引起电容器的烧毁[2]。有必要在电容器支路中串联一个电感用于防止产生谐振和吸收高次谐波电流。

4 结语

现代电网中负荷出现的多样性、复杂性，电网的三相不平衡和无功功率补偿等问题日益突出，是供电系统中一个重要的研究方向。电网的三相不平衡的综合治理措施及智能换相GUI技术研究也得到发展，今后有希望从技术上解决一定范围内的三相不平衡问题。新型的静止无功补偿装置（SVC）、静止无功发生器（SVG）等的研究与运用，会使得无功补偿技术更加完善与智能。

【参考文献】

【1】刘介才.工厂供电（第4版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

【2】蔡金珠，刘文杰，胡建刚，等.一种不对称负荷的无功功率混合补偿方式[J]. 电器与能效管理技术，2009（17）：46-49.