无功补偿元件的选型与应用(投切开关篇)—安科瑞 胡烨.pdfVIP

无功补偿元件的选型与应用(投切开关篇) 安科瑞 胡烨 江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405 摘要： 随着中国经济的飞速发展，企业对供电的需求与电力设备的质量提出了更高的要求，电力 系统运行的经济性与电能质量、无功功率有着密不可分的关系。 关键词：无功补偿 投切开关 复合开关 晶闸管开关 引言：无功补偿对电网的安全、优质、经济运行具有重要作用。合理选择无功补偿方案和无功补 偿元器件意义重大，投切开关的选择更加是决定了电容器的使用寿命。本文重点分析了常用无功 补偿元器件投切开关的特点，并对各种投切开关的性能进行了比较。 1简介 无功补偿投切开关顾名思义是用来在无功补偿装置中控制电容投入与切除的元件，无功补偿 投切元件又分为很多种类，大致可以分为机械开关类和电子开关类。 2 原理 最先应用于低压电容器投切的开关是交流接触器，这是一种传统的电容器投切方式，由于三 相交流电的相位互成120°，对交流接触器投切控制，理论上不存在最佳操作相位点 （即投切瞬 时不可选择性），使得它投入或切除电网时，要产生一个暂态的过渡过程，又因电容器是电压不 能瞬变的器件，并联电容器由交流接触器投切电网时，由于其相位点是随机的，所以会产生幅值 很大、频率很高的浪涌电流 （涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流）。为了改善这些缺陷， 出现了所谓投切电容器专用接触器，就是在接触器的主触头处并以带电阻的辅助触头，在合闸时 先合上辅助触头，然后再合上主触头，以此减低浪涌电流；而分闸时时序恰好相反，先分主触头， 而后再分辅助触头，以此减轻电弧对触头的烧损。但这一措施仅仅是一种改良而已，并未在根本 上解决问题，涌流、过电压和谐波污染仍然存在，对电容器和装置的寿命仍有很大的影响，所以 其在低压电容器投切领域的应用将越来越少。但由于其投资低、控制简单，所以至今在不少技术 要求低的地方仍在应用，但可以预见，随着电容器投切开关的发展，将逐步被淘汰。 随着电力电子器件应用的发展和普及，后来人们研发出由可控硅为核心的固态继电器。其原 理为通过电压、电流过零检测控制，保证在电压零区附近投入电容器组，从而避免了合闸涌流的 产生，而切断又在电流过零时完成，避免了暂态过电压的出现，这就从功能上符合了电容器的过 零投切的要求，另外由于可控硅的触发次数没有限制，可以实现准动态补偿（响应时间在毫秒级）， 因此适用于电容器的频繁投切，非常适用于频繁变化的负荷情况，相对于交流接触器有了质的飞 跃。可控硅开关的缺点是结构复杂、体积大、损耗大、成本高、可靠性差，优点是能实现过零投 切、动作迅速、反应快，多用于动态补偿的场合，而不适用于常规低压电容器投切的无功补偿装 置中。 当仔细分析研究了交流接触器和可控硅开关的各自优缺点之后，发现如果把二者巧妙地结合 来，优势互补，发挥接触器运行功耗小和可控硅开关过零投切的优点，便是一个较为理想的投切 元件，这就是开发复合开关的基本思路，这种投切开关同时具备了交流接触器和电力电子投切开 关二者的优点，不但抑制了涌流、避免了拉弧而且功耗较低，不再需要配备笨重的散热器和冷却 风扇。要把二者结合起来的关键是相互之间的时序配合必须默契，可控硅开关负责控制电容器的 投入和切除，交流接触器负责保持电容器投入后的接通，当接触器投入后可控硅开关就立即退出 运行，这样就避免了可控硅元件的发热。 3 三种投切开关的对比 老式补偿设备 （接触器投切） 新式补偿设备 （可控硅无触点开关投切） 复合开关 （可控硅和接触器并联使用） 电 机械触点 无触点 投入无触点，维持导通有触点 容 有火花 无火花 无火花 （过零投切） 补 有过电流、过电压、污染电源 无过电流、过电压、不污染电源 无过电流、过电压、不污染电源 偿 触点易烧蚀，寿命短，功耗小 无触点，寿命长，功耗大 寿命长，功耗小 装 动作时间较长 （几分钟）