摘要：无功补偿是电力系统广泛采用的改善电能质量、节能降损最经济有效的方法之一，为了提高现有TSC无功补偿系统补偿的实时性和稳定性，文章分析并探讨了现有TSC无功补偿装置存在的问题，提出了改善投切质量的优化措施，并通过实际运用，验证了其合理性。
关键词：TSC无功补偿；无功率变化；无功补偿；TSC 控制系统；投切开关
随着国民经济的不断发展，现代工业的飞速发展，各种电气应用不断增多，对电力系统的设计提出了更高的要求。目前，在电力系统中，低压无功补偿装置的使用可以提高功率因数，减少配网输电过程中的功率损耗，稳定配电网电压，保证配电网安全稳定运行的同时能够提高电力系统运行过程中产生的经济效益。因此，在配电设计中，做好无功补偿装置的设计应用工作尤为重要。
1.现有TSC 补偿装置主要问题
现有的TSC 无功补偿控制器以三相共补的方式进行无功补偿，主电路采用的是TSC 三角形接线，将并联补偿电容器分成若干组，由双向反并联晶闸管组成开关，以负荷无功的变化情况为投切依据，通过入或切除电容器组来实现对无功补偿量的调节。
实际投切过程中，容易出现以下问题：
（1）在实际配电网的应用中，无功功率无法实现连续调节，在无功变动时容易发生逆变现象，通常需要通过加大电感或大电容来形成无功。此外，由晶闸管导通压降产生的功耗以及温升还会降低装置的可靠性；
（2）在总补偿容量确定的情况下，无功补偿过程中存在如何保证提供尽可能多的无功补偿级数，减少控制盲区，提高设备的控制精度等问题；
（3）TSC 控制器以功率因数为基本的控制量时，在负载比较小时若电容器容量选择与编码方式不当，容易出现投切震荡现象；当控制器采用无功功率为控制物理量时，在负载比较小的时候容易出现补偿装置不能投入电容器，或达不到用户设置的目标功率因数等现象。
2.改善投切质量的优化措施
2.1 投切开关优化（TSC+MSC 复合开关）
补偿装置中选用由双相反并联晶闸管（TSC）主电路与接触器（MSC）主接点相并联形成的复合投切开关，共同实现补偿电容器组自动投切控制。
开关在接通和断开的瞬间具有可控硅过零投切的优点，由晶闸管精确控制电容器投切时刻，实现电容器的无涌流投入；而在正常接通期间又具有机械开关无功耗的优点，由接触器来保持电容器的连续运行。此结构集成了两者该应用领域中两代传统产品（MSC 和TSC）各自的优点，并完全克服了二者原理性和结构性的缺点，满足了电力系统无功补偿电容器在“投入—运行—切除”全过程对开关产品的特殊功能需要，大大延长了电容器的使用寿命。
结合整个无功补偿装置来讲，控制器根据系统电压和无功情况作出投切决策，并将投切指令传达给晶闸管触发电路，由触发信号来控制晶闸管的开通和关断，分别作为TSC 投入和切除电容的时刻。工作时动作次序为：
（1）投入时：投入电容时复合开关的工作过程如图1 所示。
图1 投入电容时复合开关工作过程
（2）切除时：切除电容时复合开关的工作过程如图2 所示。
图2切除电容时复合开关工作过程
（3）缺相指示：运行前/运行中，电压或电流缺相，LED闪烁告警。
2.2 电容器分组方式优化
依据JB/T9663—1999《低压无功功率自动补偿控制器》中有关规定，在380V的低压无功补偿的应用中，常见的分组类别及相应的投切方式大致分为：等值分组循环投切、等差分组投切和二进制分组温度计式投切等几类。每种编码方式下分别存在不同的优势和控制盲区，各分组结构的特点及性能的优劣对比见表1。减小这些控制盲区，可以避免投切振荡，有利于提高TSC 控制系统的可靠性与经济性。
在实际分组过程中，补偿精度和投切控制之间存在着一定矛盾。为了达到较高补偿精度，同时避免过补偿，宜考虑二进制编码分组，且分组容量级差应尽可能的小；为了延长电容器寿命，降低各组电容器投切频率，同时避免单组电容器投切过频，宜考虑等容分组且加大分组容量。经综合考虑，补偿电容组投切时，拟采用等容分组循环投切与二进制编码温度计式投切相结合的混合分组模式。
3.工程实例分析
3.1 工程概况
某小区配电站的配变容量为800 kVA，单母线分段结构，中间设母联，运行方式为2 路进线，不允许变压器并列运行。未装设无功补偿装置前，通过连续监测得到单段母线的实际负荷情况为平均有功功率：P=264.7kW；平均无功功率：Q=163.8kvar；平均功率因数：cosφ=0.854。
3.2 传统补偿方案
原先采用的无功补偿方案中：选用双向反并联晶闸管作投切开关，设8组16kvar 补偿电容实现循环投切，由于长期运行设备损耗严重，通过连续监测得到单段母线的实际负荷情况为平均有功功率：P=282.3 kW；补偿平均无功功率：Q=128kvar；平均功率因数：cosφ=0.910 6。
依据该小区配电站原先补偿装置投运后低压侧无功监测现状，无功补偿容量可计算为当前补偿现状cosφ=0.910 6；若要满足规定中cosφ≥0.95 的要求，得无功补偿容量增量最小值为ΔQCmin=S（cosφ-cosφ′）=310×（0.95-0.9106）=12.2 kvar。
3.3 补偿方案优化实施
结合以上补偿容量的推算，新补偿方案共设7组三相补偿，各组三相电容器分别为：10kvar 补偿容量2组，12kvar 补偿容量2组，24kvar 补偿容量2组，48 kvar补偿容量1组，总补偿容量为140kvar。无功补偿装置7组全投最大补偿容量为QCmax=140kvar；单组投切最小补偿容量为QCmin=10 kvar；分组补偿级差可达2kvar。
由于电容补偿装置会对谐波有放大作用，实际测试结果中3次谐波较为明显，因此补偿装置各支路应抑制3次及以上谐波，选择电抗率为14％的电抗器，用于抑制谐波同时降低涌流。
3.4 方案优化效果对比
可以从4 个效果方面进行比较：
（1）复合开关。复合开关取代传统的单一的晶闸管投切开关，精准地把握控制过程，降低了开关在工作过程中的能耗和空间，提高了装置的安全系数；
（2）补偿精度。等容编码补偿精度为16 kvar，混合编码的常规补偿精度为10 kvar，甚至可达2 kvar。同时，混合分组可以实现更多的容量组合，实现智能投切；
（3）设备投入。传统补偿方案采用了8 组补偿电容实现循环投切，已接近设备空间的上限，同时成本也是必须考虑的因素。实施方案优化后，省去了1组电容，节约了设备空间和成本；
（4）单组容量投切率。混合编码中的最小单组容量（10 kvar）与构成组合使用率高的单组电容（12kvar、24 kvar），分别设2组等容来分担投切频率，控制精度与稳定性得到保障。
3.5 调试与运行
经过2 周的现场调试与近1年的运行，结果表明设计的无功补偿装置起到了很好的补偿效果，功率因数设定在0.95以上，运行结果表明在0.96~0.98 范围内波动，记录没有发生投切涌流，节能效果显著，达到了预期目标。
4.结束语
总之，在配电设计中，通过对无功补偿装置的应用，可以有效的促进配电设计工作的高标准化，促进电力事业的发展。本文通过技术措施的优化，成功对低压TSC无功补偿装置的投切质量进行了改善，在降低开关耗能、提高电力系统稳定性以及经济效益方面都发挥了重要作用，因而具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]逄亮.网络化低压三相TSC无功补偿装置的研究[D].安徽工程大学，2012.
[2]张俊林.变电设计中无功补偿装置的设计方式[J].科学与信息化，2017（13）.
[3]邓德卫，暴国辉，梅柏杉.TSC无功补偿装置的过零投切过程研究[J].电气开关，2014，52（2）：39-42.
论文作者:刘锦尧
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
标签：电容器论文; 装置论文; 容量论文; 晶闸管论文; 电容论文; 功率因数论文; 功率论文; 《基层建设》2018年第1期论文;