无功补偿最基本的形式就使提高感性负载的功率因数

摘要：本文分析了低压无功补偿柜设计中存在的问题，探讨了设计改进思路。

1、无功补偿基本原理

在电力系统中，电机等带有线圈（绕组）的设备是负载的主要形式，我们称之为感性负载。这种负载会消耗一部分电能来建立线圈磁场，会增加供电的负担。功率因数cosφ反映了有功功率在总电力中的比例。从理论公式p=ulcosφ可以看出，当功率因数降低时，为了保持有功功率，电流会增加，这样会增加线路的损耗，增加电压损耗，降低质量供电，不利于提高用电效率。 因此，在供电系统中，增加无功补偿设备以提高供电网络的功率因数，对于电网降低损耗、节电、安全可靠运行具有重要意义。我国大部分供电公司规定用户的功率因数必须大于0.9。

无功补偿最基本的形式是提高感性负载的功率因数，即在感性负载上并联一个容量合适的电容器，使电感中的磁场能量可以与电容器的电场能量交换，从而减少电源与负载之间的能量交换低压无功率补偿柜，在感性负载两端并联适当的电容器后，可有效提高功率因数，使电源系数 cosφ 尽可能接近 1。

2、目前无功补偿柜设计中存在的问题

(1）目前无功补偿柜的设计基本上是在假设负载侧的性质是线性的情况下设计生产的，不能完全满足各种负载特性的需要。采样信号一般取线电压、电容柜和相电流的相位差，电容柜的投切只受电压的约束，功率因数是投切阈值，对控制器来说，要避免闭环投切和投切振荡的技术措施 投切和投切时电容器产生的浪涌电流不考虑，交流接触器很容易起弧 以谐波污染为主要原因的配电网，控制无约束为设备设置，仅以过压作为保护条件，无法满足当前电网的各种运行条件。

(2）电容器选用不当，相当多的无功补偿柜还是用油浸式电容器，没有预充电电阻，电容器内部没有安全保险；为了电容器的保护，相当一部分的补偿柜仍然使用空气开关，使得在电容器失效时无法及时切断电路，导致短路事故、火灾，甚至整个配电柜被烧毁。

(3）无功补偿柜的柜体设计存在严重缺陷，通风设计不注意，导致电容器长期在规定温度以上运行，大大降低电容器的使用寿命；机柜中存在的母线、开关、接触器、电容器、电感器等器件没有有效隔离，当电容器爆炸时（任何好的保护都可能失效），会产生大量的电气粉尘，导致故障扩大，甚至发生电气火灾。

3、关于改进pfc机柜设计的探讨

针对目前市场上无功补偿柜设计存在的问题，本文主要从电容器的选型/保护、柜体设计等方面提出改进思路。

3.1 电容选择

(1）选择能承受至少100in浪涌电流和更高电压的电容（比如用440v电容代替400v电容），像frako电容，能承受浪涌电流200-300in。高电压等级和承受浪涌电流的能力，可以使电容器在谐波存在的情况下具有更长的寿命。

(2）选用节能(能耗在0.2～0.5w/kvar)环保干式电容，由于采用了自愈和分段膜技术, 电容器有预充电电阻和内置保险，可使电容器的灾难性损坏渐进或自愈，不能选用油浸式电容器，不利于环保，有火灾危险。

3.2 电容保护

(1）检查供电侧电能质量，确认是否在可接受范围内（y-thd

(2）选择熔断器隔离开关代替空气开关，电容投切可以使用晶闸管和交流接触器组合的复合开关，可以有效降低电容开通时的浪涌电流，电容器断开接触器的电弧。

(3）pfc组要留30%到40%的余量，内部电缆要适当放大，必须是A级阻燃电缆，控制线也要阻燃.

(4）在控制电路设计中，应采用基于单片机的控制器，对负载侧的有功、无功功率值进行采样，分析计算，自动识别工作电容和备用电容，并发出指令，自动选择不同的电容进行投切，使每个电容的运行时间大致相同，延长电容的使用寿命。控制器还具有过压等保护功能和电容电路的过流。

3.3 补偿柜设计

不能排除电容器会爆炸或着火的可能性，因为无论品牌/型号如何，任何良好的保护都可能失效。当发生短路时，铜和金属在蒸发时会膨胀 22,000 倍，所有气体和热量都会急剧膨胀。因此，让

设计合理的配电盘、隔离、通风、电容组装和IP防护等级非常重要：

(1）电容器和电抗器要相互隔离，两者都应该与接触器、熔断器隔离开关、电缆、母线等隔离。仅限于每个机柜。

(2）使用强制通风系统根据电容器的经验法则，电容器的使用寿命每降低10°C，其工作温度就会增加一倍。通常低压无功率补偿柜，电容器规定的最高工作温度为 55°C，因此预期的电容器工作温度约为 40～45℃。

目前很多无功补偿柜都是自然通风的。强烈建议安装带有自动恒温器和超温报警装置的强制通风系统。如果无功补偿柜的通风系统出现风机跳闸或进风口被堵死等情况，可立即知晓。

(3）电容器的组装方式对通风散热也有重要作用。电容器不宜安装在水平封闭的底板上，底板上应有通风孔。

(4）柜体设计也应体现安全原则，不允许有外露母线和手指可能触及的带电物体。“当心触电”标志。防护板应安装在无功补偿柜顶部，距柜顶约200mm，防止垂直滴落的液体直接进入配电盘，也有利于散热；防护板尺寸应为比电器柜顶部略大的尺寸，叫做折边，稍微倾斜，留一个小口，这样液体可以从柜子侧面落到地上，应该是ipx1。

4、结论

柜体防护等级的无功补偿方式也分为个别就地补偿、组补、集中补偿等形式，以保证通过并联电容器等方式达到补偿线路电流损耗的目的设备。具有保护功能的全面控制技术、通风良好的柜体设计、正确安装和隔离元件、细致周到的安全保护措施、规范的维护保养是补偿柜正常安全运行的保障。改进低压无功补偿柜设计，克服存在的问题，为供电网络系统建设提出新的工作方向，为提升电能质量树立标杆。当然，如何更科学合理的用电，更环保、更健康的生活方式，一直是当前社会生活的目标。