低壓配電無功補償裝置投入補償電容離不開性能優(yōu)越的低壓無功功率自動補償控制器(比如昌暉YR-GFBS型)，本文對控制器不做深入介紹。按照國家規(guī)范規(guī)定，補償電容器采用機電開關(guān)投入，涌流不能夠超過100倍電容器額定電流，如果采用晶閘管或復(fù)合投切，涌流不能夠超過電容器額定電流的5倍。這里所說的涌流，是有前提條件的，是指電容器補償柜內(nèi)的其它電容器都處于正常工作狀態(tài)下，再把最后一組電容器投入，這最后一組電容器的投入時的涌流被規(guī)定為電容器的投入涌流。
1、機電開關(guān)投切
投切電容器的機電開關(guān)一般是電容器專用投切接觸器，一般情況下是滿足要求的，不過觸頭容易燒蝕，為此要加大接觸器的容量，而且要采用電容器專用接觸器，此種接觸器帶有投入時傳入過渡電阻。例如，電容器額定容量20kvar，額定電壓0.4kV，額定電流28.8A，可選擇額定電流50A的電容器專用接觸器(一般不小于電容器額定電流的1.65倍)。投切電容器用接觸器采用CJ19比CJ16效果好，前者接頭端子是螺栓固定，不易松動，后者是插入壓接式，受熱脹冷縮的影響，容易松動。
接觸器投切成本低，維護容易，但投入沖擊電流大。機電開關(guān)可以使用上述專用交流接觸器，也可以使用磁自保持接觸器，相比之下使用磁自保持接觸器的效果更好，因為磁自保持接觸器只有在接通或者斷開瞬間控制線圈耗電，其余時間控制線圈因斷電而不耗電，因此可以使補償裝置的自耗電降至最小。
采用接觸器還有一個不足之處，那就是投入與切除電流變化大，即陡度高，從而造成過電壓的產(chǎn)生，對電容器不利。由于觸頭容易燒壞。不適合頻繁投切。
2、復(fù)合開關(guān)投切
所謂復(fù)合開關(guān)實際是晶閘管與接觸器的并聯(lián)組合。在投入電容器的過程中，首先使用晶閘管電壓過零觸發(fā)來實現(xiàn)電容器的無涌流投入，然后用接觸器來保持電容器的正常連續(xù)運行，晶閘管退出運行，這樣就避免了入電容器時的涌流，又避免了晶閘管連續(xù)運行時的損耗及諧波的產(chǎn)生。在切除電容器的過程中，首先接通并聯(lián)晶閘管，然后斷開接觸器，最后在電流過零時發(fā)觸發(fā)信號，使晶閘管電流過零關(guān)斷，這樣就避免了接觸器斷開時的電弧燒蝕，提高了接觸器的壽命。復(fù)合投切裝置可以與電容器、電抗器、數(shù)顯表及液晶顯示等組合在一個殼體內(nèi)，形成智能型補償電容器單元，此種電容器組合單元得到廣泛應(yīng)用。
實際運行實踐中，復(fù)合投切裝置故障率比較高，主要是接觸器、電容器、晶閘管等元件集中在一個殼體內(nèi)，散熱不容易，另外，晶閘管對電壓變化率(dv/dt)很敏感，對過電流的承受能力不強，因此晶閘管是復(fù)合開關(guān)的薄弱環(huán)節(jié)。
不論投入或切除，晶閘管都是瞬時工作，與晶閘管平時一直接入回路不同，如果晶閘管始終處于工作狀態(tài)，它的額定電流要比復(fù)合投切用的晶閘管大得多，復(fù)合投切中的晶閘管是瞬時工作的，這樣它的額定電流就小了，節(jié)約了投資與損耗。復(fù)合投切用的晶閘管由于容量小，容易擊穿，不適合525電容器電壓回路。
3、同步開關(guān)投切
同步開關(guān)也是機電開關(guān)之一，同步開關(guān)投切是近年來最新發(fā)展的技術(shù)，就是使機械開關(guān)的接點準(zhǔn)確地在需要的時刻閉合或斷開，也就是采用機械開關(guān)達到電壓過零投入，電流過零切除的作用。對于控制電容器的同步開關(guān)，就是要在開關(guān)接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現(xiàn)電容器的無涌流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現(xiàn)開關(guān)接點的無電弧分?jǐn)唷２捎脵C電開關(guān)來代替晶閘管進行過零投切，必須采用微處理器驅(qū)動機電開關(guān)，采用高精度采樣回路，控制機電開關(guān)準(zhǔn)確閉合或斷開，要求微處理器高可靠性及高的控制精度，要求機電開關(guān)動作靈敏才行。
同步開關(guān)技術(shù)是傳統(tǒng)的機械開關(guān)與現(xiàn)代電子控制技術(shù)的完美結(jié)合產(chǎn)物，使機械開關(guān)重新煥發(fā)青春，使機械開關(guān)在具有獨特技術(shù)性能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。對于三相同步開關(guān)，三相接點必須能夠分別動作才行，三相接點同時動作的開關(guān)不能夠?qū)崿F(xiàn)同步開關(guān)的功能，因為三相電流及電壓相位相差120度，也就是三相電流或電壓分別過零的。同步開關(guān)的機械開關(guān)部分可以是電控的真空開關(guān)或者磁保持繼電器，具備動作迅速，固有動作時間短的特點。由于同步開關(guān)沒有晶閘管部分，因此同步開關(guān)比復(fù)合開關(guān)的結(jié)構(gòu)簡單得多，可靠性也高得多。但是為了控制接點的同步投入與切除，同步開關(guān)的控制裝置要復(fù)雜得多。通常使用普通的純硬件電路不能實現(xiàn)如此復(fù)雜的控制操作，一定要使用32位單片機來進行控制。
為了實現(xiàn)同步開關(guān)功能，控制機構(gòu)必須對電源的周期及相位進行準(zhǔn)確地檢測。由于機械開關(guān)接點的動作較慢，通常從發(fā)出驅(qū)動信號到接點動作到位需要若干毫秒的延時時間，因此控制裝置必須能夠首先確定接點的固有動作時間，以便提前發(fā)出動作信號，從而保證接點在需要的時刻動作到位。通常的開關(guān)在接通與斷開的過程的固有動作時間是不同的，因此控制機構(gòu)在接通與切除的過程中要使用不同的提前量。由于機械接點的動作遲后時間受環(huán)境以及電源等諸多因素影響，因此控制機構(gòu)必須具有一定的適應(yīng)能力，保證在各種環(huán)境條件下都能夠?qū)崿F(xiàn)同步操作，這也是同步開關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)所在。
4、純晶閘管投切
由于晶閘管接入主回路，而且在工作期間一直接在主回路中，晶閘管容量大，晶閘管PN結(jié)壓降大，造成損耗大，例如晶閘管本身壓降1.5V，通過40A的電流，要產(chǎn)生60W的損耗，因此一般要強制通風(fēng)散熱及鋁合金散熱底座。晶閘管體積大，安裝空間大，成本高，維護困難，可靠性比較差。它的優(yōu)點就是實現(xiàn)跟蹤實時補償，實現(xiàn)電壓過零投入電容器，電流過零切除電容器，但在實際運行中，也很難做到比較準(zhǔn)確地過零投切。
筆者體會到，一般情況下，無功功率的波動是正常的現(xiàn)象，不但不必實時補償，而且還要延時一定的時間，當(dāng)功率因數(shù)的確低而且穩(wěn)定時，再投入補償電容器也不遲。在很多情況下，雖然從總體上看，無功負(fù)荷多，功率因數(shù)低，但它的用電設(shè)備也多，比較大的無功功率設(shè)備少，造成功率因數(shù)波動不大，不必采用晶閘管實時投切，或者雖然個別設(shè)備無功功率大，無功功率波動也大，但這種設(shè)備比較多，從總體上看，變電所母線上無功功率波動卻并不大。由此可見，采用接觸器投切也是可行的，它的投資低，維修更換容易是其它投切裝置不可比的，因此，不能認(rèn)為接觸器投切是過時的，也不能夠認(rèn)為選擇接觸器投切是落后的設(shè)計。采用晶閘管實時投切，晶閘管耗電量太太，而且要加強制散熱裝置，造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從昌暉儀表的實踐經(jīng)驗看，即使采用晶閘管投切，但難能夠做到過零投切，從回路保護用熔斷器經(jīng)常熔斷，可以判斷晶閘管沒有做到過零投切。
對于單臺設(shè)備，容量大，無功功率大而且無功波動也大，可采用晶閘管就地實時無功補償是合適的。
5、各種投切裝置的價格比較
有源濾波器(APF)用于無功補償，性價比最低，采用接觸器投切，投資最少，下面就各種投切裝置一般需要人民幣數(shù)。
①接觸器投切(MSC)................26元/kvar
②復(fù)合開關(guān)投切........................33元/kvar
③晶閘管投切(TS).....................45元/kvar
④無功發(fā)生器(SVG).................100元/kvar
⑤有源濾波器(APF)..................110/A
此數(shù)值只供參考，不同廠家，不同的質(zhì)量及不同的時期，有不同價格。采用有源濾波器(APF)可以進行無功補償，但性價比太低，非常不合算。采用無功發(fā)生器(SVG)可以實現(xiàn)實時動態(tài)連續(xù)補償，但投資較高，一般在35kV系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，在低壓系統(tǒng)中應(yīng)用比較少。
作者：湯繼東
