中文摘要
本课题研究以低压电网无功补偿改造为背景，研究低压无功功率补偿装置，该装置以实时的电网监测数据为依据，采用动态补偿的方式，投切、分段时按国家有关规定限制涌流，补偿断电源功率因数不低于0.95，自动补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量。
装置采用PQC —100系列无功功率自动补偿控制器，取样物理量为无功电流，交流采样抗电网高次谐波干扰，提取基波电力参数控制投切电力电容器来提高功率因数。电容器接触器则采用
CJ19-63/21系列，该接触器带有抑制涌流装置，能有效的减少合闸涌流对电容的冲击和抑制开断时的过电压。
关键字：无功补偿，低压, 控制器，接触器，电力电容器
英文摘要
The research of the low voltage reactive power compensation transformation as the background, research for low voltage reactive power compensation device, the device to the real-time grid based on the monitoring data, the dynamic compensation method, switching, segmented according to relevant state regulations limit the inrush current, the compensation off power supply power factor of not less than 0.95, automatic compensation of power grid reactive power loss, improve power factor, reduce the line loss, thereby increasing the load of the power grid and power quality.
Device using PQC - 100series of reactive power automatic compensation controller, sampling the physical quantity for reactive current, AC sampling of power system harmonic interference, extracting the fundamental harmonic power parameter control switching power capacitor to improve the power factor. Capacitor contactor adopts CJ19-63/21 series, the contactor with inhibition of inrush current device, can effectively reduce the inrush current of capacitor and the impact of inhibition at breaking overvoltage.
Key words: reactive power compensation, low voltage, controller,contactor, electric power capacitor
目 录
中文摘要................................................................1
英文摘要................................................................2
目录....................................................................3
第1章 绪论.............................................................4
1.1 研究背景.......................................................4
1.2 无功补偿的发展状况.............................................5
1.3 本文的研究内容.................................................6
第2章 无功补偿的原理...................................................7
2.1 无功补偿的原理.................................................7
2.1.1 无功功率....................................................7
2.1.2功率因数....................................................7
2.1.3无功补偿....................................................7
2.2 无功补偿的作用..................................................8
2.2.1 提高电压质量................................................8
2.2.2 提高变压器的利用率，减少投资................................8
2.2.3 减少用户电费支出............................................9
2.2.4 提高电力网传输能力..........................................9
2.3低压电网中的几种无功补偿方式.....................................9
2.4补偿容量的计算..................................................10
2.5低压无功补偿装置的选择应注意的问题..............................12
2.5.1 控制器的选型................................................12
2.5.2电容器投切开关的选型.........................................13
2.5.3电容器的选型.................................................13
第3章 低压成套无功功率补偿装置的工艺...................................15
3.1 低压无功补偿装置的原理图........................................15
3.2 低压无功补偿装置的主要元器件....................................16
㈠ 工艺检验标准...................................................16
㈡ 元器件及其检测 ................................................18
总结....................................................................22
参考文献................................................................23
致谢....................................................................24
第1章 绪论
1.1 研究背景
目前，我国的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较大的情况。导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的70%，而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为cos φ=0. 70。
在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必要的，世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。从我国电网功率因数和补偿深度来看，我国与世界发达国家有不小差距。因此大力推广无功补偿技术是非常必要的，并且从以下数据，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。2007年 ，我国年总发电量为32559亿千瓦时，统计线损率为8.77%，但是这个数字没有包含相当大的110千伏、35千伏、10千伏的输电线损及0.38千伏的低压电网线损。据报道，估计实际的统计线损率约为15%，即2007年全国年线损量约为4800亿千瓦时。设全国的理论线损与统计线损相一致，其中可变线损约占理论总线损的80%，则年可变线损电量约为3900亿千瓦时。设当前全国电力网总负荷的当前功率因数cos φ=0. 85，采用无功功率补偿后，把电力网总负荷的功率因数提高到cos φ=0. 95，则每年可以降低线损约为390亿千瓦时，按0.5元每千瓦时计，价值约为185亿元。设2007年全国电网的最大负荷利用小时数为5000小时，则电网的最大负荷约为2亿千瓦，当用无功功率补偿法把功率因数cos φ=0. 85, 提高到cos φ=0. 95，全国电网需总补偿容量约为0.58亿千瓦。当前无功功率补偿装置设备主要为电力电容器，设无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为50元，则全国无功补偿装置的总投资约为29亿元。应当指出，节省240亿千瓦时约相当于一座400万千瓦火电厂的年发电量，而建一座400万千瓦的火电厂需综合费用约为300亿元，同时每年需燃烧煤约为1200万吨，每年产生CO 2, SO 2等有害物质约为600万吨。由此可见，产生相同的电力，无功补偿的费用约为新建电厂费用10%，而且无功补偿设备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可全部收回。
综上所述 ，无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染等作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造等作用。
1.2 无功补偿的发展状况
国家在大力倡导建立节约型社会，从国家到地方已明确的下达了各种节能指标。节能、节电事业正在蓬勃的发展，这是一股强大的潮流。在所有电力节能产品中，首先要提到的就是无功补偿装置，这也是唯一在供电政策以及电力法中提到的节能措施。作为节能降耗的生力军，无功补偿装置在我国有着巨大的潜在市场。2009年，一系列的经济振兴计划给电力电子行业带来了很多机会，主要供方和用方两方面。供方主要是对用户的补贴上，另外，在这个政策的拉动下，企业也降低了成本压力。无功补偿装置在节能降耗领域，趋势是一直向好的。首先是企业降低成本的需求，另一个是外部环境的压力，地方政府的政绩和节能降耗的水平已经挂钩，国家和地方政府补贴能达到30％以上。近年来，国内无功补偿市场发展极其迅猛，产品的质量和数量都有了大幅度的提升，相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场并取得了不俗的业绩。随着电力工业的快速发展和技术进步，以及节能降损管理的加强等，引发了许多领域对无功补偿的需求。
2006-2008年市场对无功补偿装置的需求量达到240亿元左右；其中动态无功补偿装置的需求量三年分别达到1.07亿元、2.35亿元、4.88亿元。动态无功补偿设备的成长空间巨大，成长前景看好。2006-2008年，谐波治理设备市场需求规模分别为1.79亿元、4.48亿元和12.52亿元，此市场的成长空间很大，未来几年中国电能质量谐波治理设备市场仍将保持高速的增长，并有广阔的市场发展空间。2006-2009年，是国内电力滤波器和无功补偿装置的大力发展阶段，但受到金融危机的影响，国内对电网建设的投资增速减缓，因此国内谐波治理设备和无功补偿装置市场增速减缓。随着国内经济的逐步复苏，国内对电网建设的投资将逐步增长，2009-2012年谐波治理设备和动态无功补偿装置市场将保持高速而平稳的增长。预计到2012年，仅以动态消谐补偿综合电力成套设备市场需求规模来看，我国销售额将达到505亿元。2006-2012年的市场规模复合增长率为115%左右。
在“十二五”期间甚至更长的时间内，可以期待电力需求以10％左右的速度稳步增长。2008年我国共新增发电装机容量7943万千瓦，全国发电装机容量达79272万千瓦，同比增长10.34%。全国发电量增长5.18%，用电量增长5.23%。未来几年对电力的需求将稳定增长，年增长率在10％左右。
近20年来，世界各地（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国）发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视。持续了短短72 小时的8.14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响，这次事故提醒人们，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。在我国也曾多次发生电压崩溃事故，如1993 年和1996 年南方电网的几次事故，这些事故都促使人们采取各种措施以维持电网稳定。
早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。至今并联电容器仍是一种主要补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不断的更新发展。同步补偿器的实质是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处。但同步补偿器成本高，安装复杂，维护困难，使其推广使用受到限制。
随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术也随之发展。在第一个工业用晶闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源和无功补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展，新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变
革，如交流变频调速技术的蓬勃发展。同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展锲机。
无功补偿技术和电力电子技术的结合主要有以下三方面：
1．是作为投切电容器的开关。因为电力半导体开关的响应时间短(PS级) ，所以能够选择电容的投切角度，实现零电压投切，避免了涌流的产生，提高了电容器使用的可靠性和电力系统的稳定性。现代并联电容器补偿装置中的输出回路就引进了该项技术。
2．是作为无功输出的调节开关。由于电力电子器件的高开关频率，使其能够方便地控制电容器电流的导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化。静止型无功补偿器是其中的代表。
3．是引入电力电子变流技术，将变流器作为无功电源来调节无功的输入和输出，起到补偿负载无功的作用。经常用的是静止调相机和有源滤波器。
1.3 本文的研究内容
当前，在农网、城网改造建设中都需要无功补偿装置，无功补偿更广泛地应用于工矿、医疗、科研、企业、油田、煤矿、港口、居民小区、公用设施等需要低压无功快速补偿的电力用户。采用电力电容器进行无功补偿是节能降损、改善电网电压质量最方便、最经济有效的方法之一，这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。
第2章 无功补偿的原理
2.1 无功补偿的原理
2.1.1 无功功率
电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。
2.1.2功率因数
实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cos φ称为功率因数，又称力率。它是有功功率与视在功率之比。
三相功率因数的计算公式为：
式中：cos φ—功率因数
P—有功功率，KW
Q—无功功率，Kvar
S—视在功率，KVA
功率因数通常分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数三种。
在三相对称电路中，各相电压、电流为对称，功率因数也相同。那么三相电路总的功率因数就等于各相的功率因数。 P cos φ=
=S P P 2+Q 2
2.1.3 无功补偿
电力系统中，不但有功功率要平衡，无功功率也要平衡。
有功功率、无功功率、视在功率之间的相量关系如图一
由式cos φ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cos φ越小，所需的无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗 。为了提高电网的经济运行效率，根据电网中的无功类型，人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。
2.2 无功补偿的作用
线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按损耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网电压等因素有关，约占电网总损耗的80%~85% 。后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括变压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损，它与电网运行电压和频率有关，占总损耗15%~20% 。
我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损约为2%~3%，而我国在2006年的线损统计为
7.1%，所以线损的解决显得越来越重要。在用户或靠近用户的变电站装设自动投入的并联电容器，以平衡无功功率，限制无功功率在电网中传送，可减少电网的无功损耗，同时还可提高有功功率的输送量。
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。
2.2.1 提高电压质量
把线路中电流分为有功电流Ia 和无功电流Ir ，则线路中的电压损失:
PR +QX l ∆U =3⨯I a R +I r X l =3⨯ U
式中： P—有功功率，KW
Q—无功功率，Kvar
U—额定电压，KV
R—线路总电阻，Ω
Xl—线路感抗，Ω
因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q ，若保持有功功率不变，而R 、Xl 均为定值，无功功率Q 越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。 ()
2.2.2 提高变压器的利用率，减少投资
功率因数由cos φ1提高到cos φ2提高变压器利用率为：
⎛S -S 2cos Φ1⎫ ⎪∆S %=1⨯100%= 1-⨯100% ⎪ S 1cos Φ2⎭⎝
由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔS%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。
2.2.3 减少用户电费支出
（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。
（2）可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率 损耗，电费可相应降低。
2.2.4 提高电力网传输能力
有功功率与视在功率的关系式为：
P=Scosφ
可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。
无功补偿的作用和原理可由图2 来解释：
设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q ，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为Q C ，使电源输出的无功功率减少为Q '=Q -Q C ，功率因数由cos ϕ提高到cos ϕ'，视在功率S 减少到S '。
图2 无功补偿原理示意图
2.3 低压电网中的几种无功补偿方式
广大市电低压电网处于电网的最末端，因此补偿低压无功负荷是电网补偿的关键。搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可以提高用户配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效降低电能损失。低压补偿对用户及供电部门都有利。
低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡，通常采用地方式有三种： 随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并联，通过控制、保护装置与电机共同投切。随机补偿地优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停止运补偿装置也退出，不需要频繁调整补偿容量。且具有投资少，配置灵活，维修简单等优点。为防止电机推出时产生自激过电压，补偿容量一般不大于电机的空载无功。
随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。有很多的低压配电网中的变压器，尤其是农网配电变压器，普遍存在负荷轻的现象。在负荷时接近空载，此时配电变压器的空载无功是电网无功负荷的主要部分。随器补偿由于补在低压侧，可有效地补偿配变空载无功， 且连线简单， 做到无功地就地补偿。
跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kV 母线上的补偿方式。补偿电容器组的固定连接可起到相当于随器补偿的作用，补偿用户的固定无功基荷；可投电容器组用于补偿无功峰荷部分。由于用户负荷有一定的波动性，故推荐选用自动投切方式。此法对电容器的保护比前二种要更可靠。
上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿，降损节能效果好。
2.4 补偿容量的计算
无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC 等于感性无功功率QL 时，电网只传输有功功率P 。根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。
如果选择电容器功率为Qc ，则功率因数为：
cosf= P/ (P2 + (Ql- Qc)2)1/2
在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值，然后再计算电容器的安装容量：
Qc = P(tanf1 - tanf2)=P〔(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2〕 式中:
Qc一电容器的安装容量，kvar
P一系统的有功功率，kW
tanf1--补偿前的功率因数角, cosf1--补偿前的功率因数
tanf2--补偿后的功率因数角, cosf2--补偿后的功率因数
功率因数与补偿容量查询表
2.5低压无功补偿装置的选择应注意的问题
无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。
确定无功补偿容量时，应注意以下两点：
① 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。
② 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。
2.5.1 控制器的选型
无功功率补偿控制器，即无功补偿装置的指挥系统，它首先要对电网的电压、电流量进行采集，通过中央处理器的快速运算，得到电网的有功功率、无功功率、无功电流、功率因数等参数，经计算再根据参数设定值发出投切指令，控制投切开关的动作，从而控制电容器组的投切。同时采样方式的选择、参数的设定、装置器件的保护等均通过控制器来实现。无功补偿控制器的种类很多，有些只能进行一般的控制，不能存储数据和通信，从而不能很好地了解装置的投运情况，如投切前的数据和投切后的数据、电容的投切情况等，JKWD 型无功控制器除具有无功补偿功能以及过压、过流、失压、断相、过热保护功能外，还具有测量、查询、数据存储、通信等功能，而且还配套数据分析管理软件。
为保证无功补偿控制器正常地进行控制、测量、存储、通信和保护，必须注意以下几点：①装置时钟必须正确。②采样TV 变比的正确性。③通信波特率的正确性。④投切条件的限值设置的正确性。⑤保护条件的限值设置的正确性。控制器是无功补偿装置的核心元件，已经历了十几代产品，目前几乎每一代产品在市场上都有销售。早期的产品只采集一相电流，以功率因数为判据，在负荷较轻时，会造成电容器投切开关的振荡和频繁投切，致使电容器投切开关在短期内损坏。当三相负荷不平衡时，又会造成欠补偿或过补偿现象，不能真正达到节能与稳定电压质量的目的&过补偿时，甚至会对电网安全运行造成不良影响。
近两年来，采集三相电压、电流，分相分级采用综合判据来控制投切的控制器开始陆续推向市场，且增加了配电监测功能、该产品设计出发点较好，但大多制造厂家仅仅重视了配电监测的功能，忽视了该产品控制电容器投切这一核心功能&控制产品与检测显示仪表的设计思想与技术侧重点是
有根本区别的。控制产品非常重视产品的抗电磁干扰性能，以及在极端环境中工作控制性能的稳定性&而检测显示仪表则讲究体积精巧、外观漂亮、成本低。同类产品大部分因体积太小，散热效果不好，以致于高温季节烧毁控制器的现象时有发生。由于市场的无序竞争，致使产品在设计中为了降低造价，不得不以降低产品的抗电磁干扰性能为代价，采用塑料外壳，使用商业级元件，甚至有些制造厂降低技术标准，割舍一些必要的后备保护功能。电子产品制造过程中元件老化筛选、工艺处理以及成品高温状态通电老化是非常专业的，要求非常严格，一些非正规的厂家根本就没有做这方面的工作。如果这些偷工减料的劣质产品在电网中运行，将会带来严重的后果&无功补偿控制器是无功补偿装置的核心元件，无功补偿装置能不能正常工作，补偿效果如何，与控制器的内在质量关系很大，选型时应首先考虑控制器产品的特点，将可靠性放在第一位，在满足控制可靠性前提下再选外观、价格，否则将得不偿失。
2.5.2电容器投切开关的选型
投切开关是低压无功补偿装置中最容易损坏的关键元器件，投切开关目前有三代产品，分别是交流接触器、晶闸管和复合开关。其中，交流接触器存在投切产生涌流和频繁投切容易烧坏触头的缺点，但其长期运行不发热；晶闸管存在投切产生谐波和长期运行发热烧坏的缺点，但其投切无浪涌且响应速度快；复合开关基本工作原理是将晶闸管与接触器并接，使复合开关在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点，而在正常接通期间又具有接触器无功耗的优点，同时可扩展很多的保护功能。所以选用复合开关是以后发展的主要趋势，DPFK 型智能低压复合开关具有过零投切功能、电压故障缺相保护、电源电压缺相保护、自诊断故障保护、空载保护、停电保护、无谐波注入、功耗小等特点。要保证复合开关长期、可靠的运行，选用时必须注意以下几点：①复合开关的额定电流必须与投切的电容的额定电流匹配。②复合开关的接线端子过流要满足额定电流。③复合开关的端子的接线必须牢固可靠。电容器投切开关是无功补偿的另一个重要器件，早期多采用接触器，在投入过程中涌流大，严重时，会发生触头熔焊现象。投切过程中有电弧，存在触头烧蚀现象，加上控制器质量不好，会产生投切振荡，更加快了接触器损坏的速度&近些年来，一些制造厂开始用可控硅作为电容器投切开关。可控硅可以在电压过零时投入，电流过零时切除，涌流小，无电弧。但其存在两个问题(一是可控硅运行中自身发热，尤其是户外运行的补偿装置，很难在夏季炎热天气中正常运行，节能效果也不好) 另外一个问题是，可控硅在电压非过零时误触发，可控硅电流上升率过大也会使其损坏。事实证明，单独用可控硅作为投切电容器的开关是不太理想的。
具体投切开关的选型要针对所设计的补偿装置，只有这样才能最大发挥所选投切开关的性能。如果电网电压波动不大，负载较平稳，动态补偿要求不太高不需要快速反应，则选择接触器投切便可。对于投切开关的涌流保护则加电抗器便可。
2.5.3电容器的选型
补偿装置要长期、可靠运行，必须选用质量良好的电容器，电容器接入电力系统中使用，总是在满载荷下运行，仅在电压或频率波动时，载荷才有变动。 在运行中如果电压、电流和温度超过了
规定的限度，就会缩短电容器的寿命；同时选用时还要考虑电容器的体积、重量等。电容器在正常运行中，必须注意以下几点：①采用的投切开关的额定电流必须与电容的额定电流匹配。②电容器与投切开关的连接线必须满足额定电流的需要。③固定在电容器上的连接线必须可靠牢固的连接。低压无功补偿装置中已基本淘汰了油浸式电容器，被干式电容器所代替。三角形接法的电容器投切过程中因存在过电压冲击，损坏击穿的概率较高，冲击过电压对于具有可控硅器件的复合开关来讲，也具有较大的影响。所以最好采用星形接法的电容器，这种具有零线引出抽头的电容器，可将电容器电压限制在相电压范围之内。如果控制器及投切开关配合，再将谐波涌流限制好，电容器的使用寿命会大大延长。
低压无功自动补偿装置及其元件制造厂家非常多，各种层次的产品质量相差甚远，成本差别极大。无功补偿装置选好了，使用寿命很长，确实能起到节能、稳定电压质量的目的，既有明显的经济效益，又有很好的社会效益。如果选型不好，监管不严，会危及电网的安全运行、所以，低压无功补偿装置要统一规划，统一标准，加强监管，强调实用性，兼顾长远发展，除了节能降耗外，还要为用电管理，配网自动化建设打好基础，确实让无功补偿装置发挥更好的作用。
针对本文所要选择的自愈式电容器，其具有绝缘自复机能，且采用耐电压及诱电性良好之金属化塑料腊(MPP)为介质，如发生 介质破坏时，此破坏点周围的金属化电极在瞬间即被挥发消失掉，而立即恢复绝缘，使电容器必得正常并继续运转，达到绝缘自复机能。当线路或个体电容器发生异常时，附装保护装置将会立即动作，自动切离电源，以防止二次灾害的发生。附装放电电阻，可确保用电及维护保养之安全。
第3章 低压成套无功功率补偿装置的工艺
3.1低压无功补偿装置的原理图
1HR
2HR
12HR
图3.1 低压无功补偿装置原理图
如图3.1所示为低压无功补偿原理图。主要由控制器、接触器、熔断器、电抗电容器等组成。装置本身产生的容性无功电流实时、快速、准确地抵消电网中的感性无功电流，从而提高了功率因数，保证了用电质量，提高了供电设备的供电能力，并减小了电路中的损耗。
装置取A 相电流Ia 和A 、N 间的相间电压为检测信号，采集到电压电流信号后，检测出电网电压和无功功率的大小，送至处理器，通过程序计算出无功补偿量，然后发出电容器投切控制信号，自动完成无功补偿。
本装置补偿容量由12路30kVar 容量的电容器组成。采用了根据无功功率和电网电压大小的综合控制策略，有自动投切电容器组的补偿装置的控制回路。本系统选择了优先满足电压的原则, 即先根据电网电压值的高低来决定是否投切电容器, 在电压合格的范围内再根据无功功率的大小来控制电容器的投切。这时, 在电压变化很大的特殊情况下, 电容器仍然能够适当动作以保持合格的电压; 在电压合格的范围内, 电容器又能根据无功功率大小进行合适的补偿。这样一来, 在电压与无功功率的相互配合下, 补偿器既能进行无功功率的平衡, 又能反映电压的频繁变化, 大大提高了控制的可靠性和灵活性。同时, 在电压上下限附近设置了回差区间。当电压超限又立即跳至回差区间时电容器不会动作, 这样有效地防止了投切振荡。其中无功功率控制是指根据测得的电压、电流和功率因数等参数，计算出应该投入的电容容量，然后在电容组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿的组合方式，电容器投切一次到位。如果计算值小于最小一组电容器的容量(下限值) ，则应保持补偿状态不变。只有当所需容量大于或等于下限值时，才执行相应的投切。
本装置中设置的电灯主要用于在电容断开时消耗电容中的电流，为放电指示灯。FV 为避雷装置。并设计出了低压无功补偿器的电容器和电抗器。
3.2低压无功补偿装置的主要元器件
㈠ 工艺检验标准
1. 电气间隙和爬电距离
2. 绝缘电阻测试
① 对主电路各相与地之间、主电路各相之间测试； ② 绝缘电阻值每处应在1000Ω/V以上。
3. 设备中主电路和主电路直接连接的辅助电路的绝缘应保证在下表所列条件下，承受 交流正弦波50Hz 试验电压（有效值）施加1s 而无击穿或闪烁现象。
V
设备中不与主电路直接连接的辅助电路应能承受下表中规定的交流正弦波50Hz 试验电压施加1s 而无击穿或闪络现象。
V
4. 紧固件连接扭矩值
毕业设计用纸
㈡ 元器件及其检测（单位：mm ）
1. 测量互感器、电流互感器
检验内容及要求
（1）直观检查：①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②检查铭牌是否清晰无缺字、接线端钮是否完整无缺料、变比标示是否正确等。 ③用卡尺测量外形尺寸是否符合规定要求。
（2）绝缘电阻的测定：可用兆欧表测量各绕组之间和绕组对地的绝缘绝电阻。凡用 500伏兆欧表测量电流互感器一次绕组对二次绕组及二次绕组对地间的绝缘电阻小于5M Ω者，不予检定。 （3）工频电压试验：工频电压试验包括工频耐压试验和匝间绝缘强度试验。进行工频电压试验时，必须严格遵守安全工作规程。
（4）绕组极性检查：直流法或交流法直接检查绕组的极性。极性应减极性。
（5）退磁：在一次（或二次）绕组中选择其匝数较少的一个绕组通以10%的额定一次（或二次）电流，在其他绕组均开路的情况下，平稳、缓慢地将电流降至零。退磁过程中应监视解于最多绕组两端的峰值电压表，当指示超过2600伏时，则应在较小的电流下进行退磁。
（6）误差的测量：把一次绕组的L1端和二次绕组的K1端定义为相对的同名测量端，将标准器和被检电流互感器的一次绕组的同名测量端连接在一起，并将升流器输出端政的一端接地或通过对称支路（或其它方法）间接接地，相应二次绕组的同名测量端也联结在一起，并使其等于或接近于地电位，但不能直接接地。
2. 带剩余电流动作保护断路器
检验内容及要求：
（1）直观检验：①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②保护器壳体、电源插头应塑化良好，应无缺料、破损、流纹、杂质、溢料、飞边、划痕等现象，极间不得有异物。插头的防水护套应无破裂，脱落现象。剩余电流保护器应有可靠的表面闭合位置和断开位置的指示（包括文字、指示灯）。 ③用卡尺测量外形尺寸是否符合规定要求。
（2）耐燃性能：保护器壳体采用耐燃ABS 材料，其绝缘部件应具有耐燃性，燃烧速率不应大于40mm/min。剩余电流保护插头应能承受850℃，30s 的灼热丝试验。 （3）保护器操作机构动作灵敏:
a) 在0.85倍额定电压下操作试验装置25次，每两次试验之间的间隔约为1s 。保护器每次均应能可靠工作。
b) 在1.1倍额定电压下重复a) 的试验，每次试验保护器均应可靠动作。 c) 在1.1倍额定电压下操作试验装置一次，但试验装置的按钮保持 在闭合位置30s ，保护器应能可靠动作，任何零部件（包括元器件）不能发生损坏。
（4）触点电阻：使用毫欧计测量，保护器的触点接触电阻应小于50m Ω，经寿命试验后其触点接触
电阻应小于100m Ω。
（5）湿热后绝缘电阻、工频耐压：经48h 的湿热试验后，保护器的绝缘电阻不低于100M Ω。其工频耐压试验值应符合GB 6829中8.7.3的要求。
3. 电容器
检验内容及要求：
（1）直观检查:①外壳无明显变形、划痕和污垢、封口严密，无气孔和凹凸面。
②表面丝印有容量及允差，额定电压及频率，工作温度范围，厂家商标和生产日期，
安全认证标志及等级。标示正确、清晰、牢固。
③电容的外壳尺寸、安装耳的位置和安装孔的孔径以及安装耳的厚度等符合图纸要
求。
（2）主要电参数测试:
①密封性能：将电容器放置于最易显露渗漏的位置，在温度比最高允许电容器运行温度高10±2℃的环境下，持续足以使电容器各个部位均达到该温度所需的时间，在冷却之前，电容器应在此温度下再保持1h ，试验后电容器应无液体渗漏和外壳变形，允许有液体湿润表面，但不可有滴漏。
②电阻值测试：将万用表根据电容器的规格选择量程，然后用两表笔任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值为0，则说明电容漏电或内部击穿。
③电气强度：引出线间的耐压应承受2Un,fn 的交流电压60s 不发生闪络式永久性击穿。引出线与外壳间的耐压承受2Un+1KV（但不小于2KV ）的交流电压60s 不发生闪络式永久性击穿。
3. 复合开关
检验内容及要求
（1）直观检验:①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②用卡尺测量外形尺寸是否符合要求。
（2）主要电参数检测：
①绝缘强度检验：在正常试验的大气条件下，装置的输入电源端子和输出端子外壳 之间、控制端子和输出端子与外壳之间应能承受2500V/50HZ交流电压，历时5S 绝缘强度试验。试验时不得出现击穿、闪络及电压突然下降等现象。
②功能检测：1) 涌流试验原则：其它支路电流应不小于试验支路的7倍。随机投入实验应不少于20次，或峰值时不少于3次。
2)动态响应时间应不大于1S 。
4. 低压无功功率自动补偿控制器
（1）直观检验：①控制器外壳应有足够的机械强度，以承受使用或搬用过程中遇到的机械力。
②控制器中使用的金属紧固件或金属支持件均应有适当的镀层。镀层应有牢固的
附着力，不得有起皮或脱落现象。
③控制器采用的紧固件和调整件均应有锁紧措施，以保证在正常使用条件下不会
因振荡而松动或移位。 （2）主要电气性能检测：
①介电强度试验：（电源端子与外壳之间、输出电路端子与外壳之间）试验电压应为实际正弦波，频率允许在45-62HZ 之间。试验变压器应有足够的容量，以维持试验电压不受泄漏电流的影响。首先按规定试验电压的30%-50%施加在试验部位，随后在10-30s 时间内把试验电压平稳的升到规定值，并保持1min ，然后把试验电压逐渐下降为零。
②连续运行试验：试验在温室条件下运行，应把延时时间调至最短，运行时间应不少于24h ，试验中控制器的动作及功能应正确无误。
③高低温储存试验：先将控制器置于温度为+70±3℃的高温箱中连续存放24h ，然后取出置于试验室内的环境温度下恢复，待控制器恢复到室温后测试其功率因数（±20%）、无功电流（±20%）及无功功率（±2.5%)。
总结
本文从设计低压无功补偿装置出发，研究了国内电力无功补偿设备的发展状况，对常规的接触器投切电容器组的无功补偿设备进行了详细的研究，该装置能够基于电网的实时电压和无功功率控制对用户需要的无功功率进行及时、稳定的就地补偿。
本文首先对目前接触器投切电容器装置的发展现状作了较为详细的介绍，并分析了接触器投切电容器装置的基本原理和控制原则。控制方式采用电压无功复合投切判据，将电压和无功功率作为控制变量. 以无功功率判据为主，电压判据为辅，有效地克服了以功率因数作为投切判据的控制方式的主要缺陷，同时又兼顾了降低功率损耗和改善电压质量而且在以功率因数作为投切判据的控制方式中，由于电容器需采用等分方式， 要想达到较高的补偿精度， 就需要增加电容器和投切开关的数量，这就增加了装置的成本，同时电容器采用试投切的方式，降低到了装置的响应速度:以无功功率作为主要投切判据的控制方式由于能够实现电容器的不等分分组，用较少的电容器和投切开关就能达到较高的补偿精度，降低了装置的成本，同时电容器可一次投切到位，提高了装置的响应速度. 但是与以功率因数作为投切判据的控制方式相比，本文所采用的以无功功率作为主要判据的控制方式控制比较复杂，另一方面实验装置控制方案是在假定三相平衡的条件下进行控制的. 在电网三相不平衡时补偿效果不理想. 理论分析和实验数据表明， 本课题中的无功补偿装置控制合理，硬件结构简单，能够实现无功的快速动态补偿，且成本较低. 在配电网中将具有广阔的应用前景。
参考文献
GB7251.1－2005《低压成套开关设备和控制设备第一部分：型式试验和部分型式 试验成套开关设备》 GB/T15576－2008《低压成套无功功率补偿装置》
[1] 方向晖．中低压配电网规划与设计基础［M ］．北京：中国水利水电出版社， [2] 胡秀娟．浅议低压电网无功补偿的几种方法[J]．电力与能源．2007年35期 [3] 吴启富，王主丁．配电网无功综合优化的补偿模型及其应用[J]．四川电力技术, 106~110．
[4] 靳龙章. 电网无功补偿实用技术 [M].北京:中国水利出版社,1997 [5] 陈润泰. 检测技术与智能仪表[M].长沙：中南工业大学出版社，1998
[6] 苏文成, 金子康等. 无功补偿与电力电子 [M]. 北京:机械工业出版社,1998. 《基于计算机控制技术的无功补偿实现》
[7] 叶斌. 电力电子应用技术及装置[M].北京：中国铁道出版社.1999 [8] 王兆安. 谐波抑制和无功功率补偿 [M]. 北京:机械工业出版社,1998 [9] 陈坚. 电力电子学 [M].北京：高等教育出版社.2001.1
[10] 许业清 . 实用无功功率补偿技术[M].北京: 中国科学技术大学出版社，1998
[11] 崔国纬等.TCR 动态无功补偿原理及滤波器参数的计算[J].包头钢铁学院学报.1998.17(4).
1994
：
2004：56~89．
致谢
本文是在吴正明老师的精心指导和大力支持下完成的。吴正明老师以其严谨求实的治学态度、
高度的敬业精神、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。我从他里不仅学到了专业知识，还学到了分析问题、解决问题的思考方法，以及忘我的敬业精神。
另外，在论文的完成过程中，还得到了纪亚运等同学的帮助，在平时学习和课题完成过程中，再一次感谢帮助过我的老师和同学！
得到了他们各种形式的帮助，解决疑难问题、给我提供相关的资料，在这里对他们表示真诚的感谢。
中文摘要
本课题研究以低压电网无功补偿改造为背景，研究低压无功功率补偿装置，该装置以实时的电网监测数据为依据，采用动态补偿的方式，投切、分段时按国家有关规定限制涌流，补偿断电源功率因数不低于0.95，自动补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量。
装置采用PQC —100系列无功功率自动补偿控制器，取样物理量为无功电流，交流采样抗电网高次谐波干扰，提取基波电力参数控制投切电力电容器来提高功率因数。电容器接触器则采用
CJ19-63/21系列，该接触器带有抑制涌流装置，能有效的减少合闸涌流对电容的冲击和抑制开断时的过电压。
关键字：无功补偿，低压, 控制器，接触器，电力电容器
英文摘要
The research of the low voltage reactive power compensation transformation as the background, research for low voltage reactive power compensation device, the device to the real-time grid based on the monitoring data, the dynamic compensation method, switching, segmented according to relevant state regulations limit the inrush current, the compensation off power supply power factor of not less than 0.95, automatic compensation of power grid reactive power loss, improve power factor, reduce the line loss, thereby increasing the load of the power grid and power quality.
Device using PQC - 100series of reactive power automatic compensation controller, sampling the physical quantity for reactive current, AC sampling of power system harmonic interference, extracting the fundamental harmonic power parameter control switching power capacitor to improve the power factor. Capacitor contactor adopts CJ19-63/21 series, the contactor with inhibition of inrush current device, can effectively reduce the inrush current of capacitor and the impact of inhibition at breaking overvoltage.
Key words: reactive power compensation, low voltage, controller,contactor, electric power capacitor
目 录
中文摘要................................................................1
英文摘要................................................................2
目录....................................................................3
第1章 绪论.............................................................4
1.1 研究背景.......................................................4
1.2 无功补偿的发展状况.............................................5
1.3 本文的研究内容.................................................6
第2章 无功补偿的原理...................................................7
2.1 无功补偿的原理.................................................7
2.1.1 无功功率....................................................7
2.1.2功率因数....................................................7
2.1.3无功补偿....................................................7
2.2 无功补偿的作用..................................................8
2.2.1 提高电压质量................................................8
2.2.2 提高变压器的利用率，减少投资................................8
2.2.3 减少用户电费支出............................................9
2.2.4 提高电力网传输能力..........................................9
2.3低压电网中的几种无功补偿方式.....................................9
2.4补偿容量的计算..................................................10
2.5低压无功补偿装置的选择应注意的问题..............................12
2.5.1 控制器的选型................................................12
2.5.2电容器投切开关的选型.........................................13
2.5.3电容器的选型.................................................13
第3章 低压成套无功功率补偿装置的工艺...................................15
3.1 低压无功补偿装置的原理图........................................15
3.2 低压无功补偿装置的主要元器件....................................16
㈠ 工艺检验标准...................................................16
㈡ 元器件及其检测 ................................................18
总结....................................................................22
参考文献................................................................23
致谢....................................................................24
第1章 绪论
1.1 研究背景
目前，我国的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较大的情况。导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的70%，而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为cos φ=0. 70。
在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必要的，世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。从我国电网功率因数和补偿深度来看，我国与世界发达国家有不小差距。因此大力推广无功补偿技术是非常必要的，并且从以下数据，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。2007年 ，我国年总发电量为32559亿千瓦时，统计线损率为8.77%，但是这个数字没有包含相当大的110千伏、35千伏、10千伏的输电线损及0.38千伏的低压电网线损。据报道，估计实际的统计线损率约为15%，即2007年全国年线损量约为4800亿千瓦时。设全国的理论线损与统计线损相一致，其中可变线损约占理论总线损的80%，则年可变线损电量约为3900亿千瓦时。设当前全国电力网总负荷的当前功率因数cos φ=0. 85，采用无功功率补偿后，把电力网总负荷的功率因数提高到cos φ=0. 95，则每年可以降低线损约为390亿千瓦时，按0.5元每千瓦时计，价值约为185亿元。设2007年全国电网的最大负荷利用小时数为5000小时，则电网的最大负荷约为2亿千瓦，当用无功功率补偿法把功率因数cos φ=0. 85, 提高到cos φ=0. 95，全国电网需总补偿容量约为0.58亿千瓦。当前无功功率补偿装置设备主要为电力电容器，设无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为50元，则全国无功补偿装置的总投资约为29亿元。应当指出，节省240亿千瓦时约相当于一座400万千瓦火电厂的年发电量，而建一座400万千瓦的火电厂需综合费用约为300亿元，同时每年需燃烧煤约为1200万吨，每年产生CO 2, SO 2等有害物质约为600万吨。由此可见，产生相同的电力，无功补偿的费用约为新建电厂费用10%，而且无功补偿设备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可全部收回。
综上所述 ，无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染等作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造等作用。
1.2 无功补偿的发展状况
国家在大力倡导建立节约型社会，从国家到地方已明确的下达了各种节能指标。节能、节电事业正在蓬勃的发展，这是一股强大的潮流。在所有电力节能产品中，首先要提到的就是无功补偿装置，这也是唯一在供电政策以及电力法中提到的节能措施。作为节能降耗的生力军，无功补偿装置在我国有着巨大的潜在市场。2009年，一系列的经济振兴计划给电力电子行业带来了很多机会，主要供方和用方两方面。供方主要是对用户的补贴上，另外，在这个政策的拉动下，企业也降低了成本压力。无功补偿装置在节能降耗领域，趋势是一直向好的。首先是企业降低成本的需求，另一个是外部环境的压力，地方政府的政绩和节能降耗的水平已经挂钩，国家和地方政府补贴能达到30％以上。近年来，国内无功补偿市场发展极其迅猛，产品的质量和数量都有了大幅度的提升，相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场并取得了不俗的业绩。随着电力工业的快速发展和技术进步，以及节能降损管理的加强等，引发了许多领域对无功补偿的需求。
2006-2008年市场对无功补偿装置的需求量达到240亿元左右；其中动态无功补偿装置的需求量三年分别达到1.07亿元、2.35亿元、4.88亿元。动态无功补偿设备的成长空间巨大，成长前景看好。2006-2008年，谐波治理设备市场需求规模分别为1.79亿元、4.48亿元和12.52亿元，此市场的成长空间很大，未来几年中国电能质量谐波治理设备市场仍将保持高速的增长，并有广阔的市场发展空间。2006-2009年，是国内电力滤波器和无功补偿装置的大力发展阶段，但受到金融危机的影响，国内对电网建设的投资增速减缓，因此国内谐波治理设备和无功补偿装置市场增速减缓。随着国内经济的逐步复苏，国内对电网建设的投资将逐步增长，2009-2012年谐波治理设备和动态无功补偿装置市场将保持高速而平稳的增长。预计到2012年，仅以动态消谐补偿综合电力成套设备市场需求规模来看，我国销售额将达到505亿元。2006-2012年的市场规模复合增长率为115%左右。
在“十二五”期间甚至更长的时间内，可以期待电力需求以10％左右的速度稳步增长。2008年我国共新增发电装机容量7943万千瓦，全国发电装机容量达79272万千瓦，同比增长10.34%。全国发电量增长5.18%，用电量增长5.23%。未来几年对电力的需求将稳定增长，年增长率在10％左右。
近20年来，世界各地（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国）发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视。持续了短短72 小时的8.14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响，这次事故提醒人们，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。在我国也曾多次发生电压崩溃事故，如1993 年和1996 年南方电网的几次事故，这些事故都促使人们采取各种措施以维持电网稳定。
早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。至今并联电容器仍是一种主要补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不断的更新发展。同步补偿器的实质是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处。但同步补偿器成本高，安装复杂，维护困难，使其推广使用受到限制。
随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术也随之发展。在第一个工业用晶闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源和无功补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展，新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变
革，如交流变频调速技术的蓬勃发展。同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展锲机。
无功补偿技术和电力电子技术的结合主要有以下三方面：
1．是作为投切电容器的开关。因为电力半导体开关的响应时间短(PS级) ，所以能够选择电容的投切角度，实现零电压投切，避免了涌流的产生，提高了电容器使用的可靠性和电力系统的稳定性。现代并联电容器补偿装置中的输出回路就引进了该项技术。
2．是作为无功输出的调节开关。由于电力电子器件的高开关频率，使其能够方便地控制电容器电流的导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化。静止型无功补偿器是其中的代表。
3．是引入电力电子变流技术，将变流器作为无功电源来调节无功的输入和输出，起到补偿负载无功的作用。经常用的是静止调相机和有源滤波器。
1.3 本文的研究内容
当前，在农网、城网改造建设中都需要无功补偿装置，无功补偿更广泛地应用于工矿、医疗、科研、企业、油田、煤矿、港口、居民小区、公用设施等需要低压无功快速补偿的电力用户。采用电力电容器进行无功补偿是节能降损、改善电网电压质量最方便、最经济有效的方法之一，这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。
第2章 无功补偿的原理
2.1 无功补偿的原理
2.1.1 无功功率
电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。
2.1.2功率因数
实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cos φ称为功率因数，又称力率。它是有功功率与视在功率之比。
三相功率因数的计算公式为：
式中：cos φ—功率因数
P—有功功率，KW
Q—无功功率，Kvar
S—视在功率，KVA
功率因数通常分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数三种。
在三相对称电路中，各相电压、电流为对称，功率因数也相同。那么三相电路总的功率因数就等于各相的功率因数。 P cos φ=
=S P P 2+Q 2
2.1.3 无功补偿
电力系统中，不但有功功率要平衡，无功功率也要平衡。
有功功率、无功功率、视在功率之间的相量关系如图一
由式cos φ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cos φ越小，所需的无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗 。为了提高电网的经济运行效率，根据电网中的无功类型，人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。
2.2 无功补偿的作用
线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按损耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网电压等因素有关，约占电网总损耗的80%~85% 。后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括变压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损，它与电网运行电压和频率有关，占总损耗15%~20% 。
我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损约为2%~3%，而我国在2006年的线损统计为
7.1%，所以线损的解决显得越来越重要。在用户或靠近用户的变电站装设自动投入的并联电容器，以平衡无功功率，限制无功功率在电网中传送，可减少电网的无功损耗，同时还可提高有功功率的输送量。
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。
2.2.1 提高电压质量
把线路中电流分为有功电流Ia 和无功电流Ir ，则线路中的电压损失:
PR +QX l ∆U =3⨯I a R +I r X l =3⨯ U
式中： P—有功功率，KW
Q—无功功率，Kvar
U—额定电压，KV
R—线路总电阻，Ω
Xl—线路感抗，Ω
因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q ，若保持有功功率不变，而R 、Xl 均为定值，无功功率Q 越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。 ()
2.2.2 提高变压器的利用率，减少投资
功率因数由cos φ1提高到cos φ2提高变压器利用率为：
⎛S -S 2cos Φ1⎫ ⎪∆S %=1⨯100%= 1-⨯100% ⎪ S 1cos Φ2⎭⎝
由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔS%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。
2.2.3 减少用户电费支出
（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。
（2）可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率 损耗，电费可相应降低。
2.2.4 提高电力网传输能力
有功功率与视在功率的关系式为：
P=Scosφ
可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。
无功补偿的作用和原理可由图2 来解释：
设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q ，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为Q C ，使电源输出的无功功率减少为Q '=Q -Q C ，功率因数由cos ϕ提高到cos ϕ'，视在功率S 减少到S '。
图2 无功补偿原理示意图
2.3 低压电网中的几种无功补偿方式
广大市电低压电网处于电网的最末端，因此补偿低压无功负荷是电网补偿的关键。搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可以提高用户配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效降低电能损失。低压补偿对用户及供电部门都有利。
低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡，通常采用地方式有三种： 随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并联，通过控制、保护装置与电机共同投切。随机补偿地优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停止运补偿装置也退出，不需要频繁调整补偿容量。且具有投资少，配置灵活，维修简单等优点。为防止电机推出时产生自激过电压，补偿容量一般不大于电机的空载无功。
随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。有很多的低压配电网中的变压器，尤其是农网配电变压器，普遍存在负荷轻的现象。在负荷时接近空载，此时配电变压器的空载无功是电网无功负荷的主要部分。随器补偿由于补在低压侧，可有效地补偿配变空载无功， 且连线简单， 做到无功地就地补偿。
跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kV 母线上的补偿方式。补偿电容器组的固定连接可起到相当于随器补偿的作用，补偿用户的固定无功基荷；可投电容器组用于补偿无功峰荷部分。由于用户负荷有一定的波动性，故推荐选用自动投切方式。此法对电容器的保护比前二种要更可靠。
上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿，降损节能效果好。
2.4 补偿容量的计算
无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC 等于感性无功功率QL 时，电网只传输有功功率P 。根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。
如果选择电容器功率为Qc ，则功率因数为：
cosf= P/ (P2 + (Ql- Qc)2)1/2
在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值，然后再计算电容器的安装容量：
Qc = P(tanf1 - tanf2)=P〔(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2〕 式中:
Qc一电容器的安装容量，kvar
P一系统的有功功率，kW
tanf1--补偿前的功率因数角, cosf1--补偿前的功率因数
tanf2--补偿后的功率因数角, cosf2--补偿后的功率因数
功率因数与补偿容量查询表
2.5低压无功补偿装置的选择应注意的问题
无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。
确定无功补偿容量时，应注意以下两点：
① 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。
② 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。
2.5.1 控制器的选型
无功功率补偿控制器，即无功补偿装置的指挥系统，它首先要对电网的电压、电流量进行采集，通过中央处理器的快速运算，得到电网的有功功率、无功功率、无功电流、功率因数等参数，经计算再根据参数设定值发出投切指令，控制投切开关的动作，从而控制电容器组的投切。同时采样方式的选择、参数的设定、装置器件的保护等均通过控制器来实现。无功补偿控制器的种类很多，有些只能进行一般的控制，不能存储数据和通信，从而不能很好地了解装置的投运情况，如投切前的数据和投切后的数据、电容的投切情况等，JKWD 型无功控制器除具有无功补偿功能以及过压、过流、失压、断相、过热保护功能外，还具有测量、查询、数据存储、通信等功能，而且还配套数据分析管理软件。
为保证无功补偿控制器正常地进行控制、测量、存储、通信和保护，必须注意以下几点：①装置时钟必须正确。②采样TV 变比的正确性。③通信波特率的正确性。④投切条件的限值设置的正确性。⑤保护条件的限值设置的正确性。控制器是无功补偿装置的核心元件，已经历了十几代产品，目前几乎每一代产品在市场上都有销售。早期的产品只采集一相电流，以功率因数为判据，在负荷较轻时，会造成电容器投切开关的振荡和频繁投切，致使电容器投切开关在短期内损坏。当三相负荷不平衡时，又会造成欠补偿或过补偿现象，不能真正达到节能与稳定电压质量的目的&过补偿时，甚至会对电网安全运行造成不良影响。
近两年来，采集三相电压、电流，分相分级采用综合判据来控制投切的控制器开始陆续推向市场，且增加了配电监测功能、该产品设计出发点较好，但大多制造厂家仅仅重视了配电监测的功能，忽视了该产品控制电容器投切这一核心功能&控制产品与检测显示仪表的设计思想与技术侧重点是
有根本区别的。控制产品非常重视产品的抗电磁干扰性能，以及在极端环境中工作控制性能的稳定性&而检测显示仪表则讲究体积精巧、外观漂亮、成本低。同类产品大部分因体积太小，散热效果不好，以致于高温季节烧毁控制器的现象时有发生。由于市场的无序竞争，致使产品在设计中为了降低造价，不得不以降低产品的抗电磁干扰性能为代价，采用塑料外壳，使用商业级元件，甚至有些制造厂降低技术标准，割舍一些必要的后备保护功能。电子产品制造过程中元件老化筛选、工艺处理以及成品高温状态通电老化是非常专业的，要求非常严格，一些非正规的厂家根本就没有做这方面的工作。如果这些偷工减料的劣质产品在电网中运行，将会带来严重的后果&无功补偿控制器是无功补偿装置的核心元件，无功补偿装置能不能正常工作，补偿效果如何，与控制器的内在质量关系很大，选型时应首先考虑控制器产品的特点，将可靠性放在第一位，在满足控制可靠性前提下再选外观、价格，否则将得不偿失。
2.5.2电容器投切开关的选型
投切开关是低压无功补偿装置中最容易损坏的关键元器件，投切开关目前有三代产品，分别是交流接触器、晶闸管和复合开关。其中，交流接触器存在投切产生涌流和频繁投切容易烧坏触头的缺点，但其长期运行不发热；晶闸管存在投切产生谐波和长期运行发热烧坏的缺点，但其投切无浪涌且响应速度快；复合开关基本工作原理是将晶闸管与接触器并接，使复合开关在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点，而在正常接通期间又具有接触器无功耗的优点，同时可扩展很多的保护功能。所以选用复合开关是以后发展的主要趋势，DPFK 型智能低压复合开关具有过零投切功能、电压故障缺相保护、电源电压缺相保护、自诊断故障保护、空载保护、停电保护、无谐波注入、功耗小等特点。要保证复合开关长期、可靠的运行，选用时必须注意以下几点：①复合开关的额定电流必须与投切的电容的额定电流匹配。②复合开关的接线端子过流要满足额定电流。③复合开关的端子的接线必须牢固可靠。电容器投切开关是无功补偿的另一个重要器件，早期多采用接触器，在投入过程中涌流大，严重时，会发生触头熔焊现象。投切过程中有电弧，存在触头烧蚀现象，加上控制器质量不好，会产生投切振荡，更加快了接触器损坏的速度&近些年来，一些制造厂开始用可控硅作为电容器投切开关。可控硅可以在电压过零时投入，电流过零时切除，涌流小，无电弧。但其存在两个问题(一是可控硅运行中自身发热，尤其是户外运行的补偿装置，很难在夏季炎热天气中正常运行，节能效果也不好) 另外一个问题是，可控硅在电压非过零时误触发，可控硅电流上升率过大也会使其损坏。事实证明，单独用可控硅作为投切电容器的开关是不太理想的。
具体投切开关的选型要针对所设计的补偿装置，只有这样才能最大发挥所选投切开关的性能。如果电网电压波动不大，负载较平稳，动态补偿要求不太高不需要快速反应，则选择接触器投切便可。对于投切开关的涌流保护则加电抗器便可。
2.5.3电容器的选型
补偿装置要长期、可靠运行，必须选用质量良好的电容器，电容器接入电力系统中使用，总是在满载荷下运行，仅在电压或频率波动时，载荷才有变动。 在运行中如果电压、电流和温度超过了
规定的限度，就会缩短电容器的寿命；同时选用时还要考虑电容器的体积、重量等。电容器在正常运行中，必须注意以下几点：①采用的投切开关的额定电流必须与电容的额定电流匹配。②电容器与投切开关的连接线必须满足额定电流的需要。③固定在电容器上的连接线必须可靠牢固的连接。低压无功补偿装置中已基本淘汰了油浸式电容器，被干式电容器所代替。三角形接法的电容器投切过程中因存在过电压冲击，损坏击穿的概率较高，冲击过电压对于具有可控硅器件的复合开关来讲，也具有较大的影响。所以最好采用星形接法的电容器，这种具有零线引出抽头的电容器，可将电容器电压限制在相电压范围之内。如果控制器及投切开关配合，再将谐波涌流限制好，电容器的使用寿命会大大延长。
低压无功自动补偿装置及其元件制造厂家非常多，各种层次的产品质量相差甚远，成本差别极大。无功补偿装置选好了，使用寿命很长，确实能起到节能、稳定电压质量的目的，既有明显的经济效益，又有很好的社会效益。如果选型不好，监管不严，会危及电网的安全运行、所以，低压无功补偿装置要统一规划，统一标准，加强监管，强调实用性，兼顾长远发展，除了节能降耗外，还要为用电管理，配网自动化建设打好基础，确实让无功补偿装置发挥更好的作用。
针对本文所要选择的自愈式电容器，其具有绝缘自复机能，且采用耐电压及诱电性良好之金属化塑料腊(MPP)为介质，如发生 介质破坏时，此破坏点周围的金属化电极在瞬间即被挥发消失掉，而立即恢复绝缘，使电容器必得正常并继续运转，达到绝缘自复机能。当线路或个体电容器发生异常时，附装保护装置将会立即动作，自动切离电源，以防止二次灾害的发生。附装放电电阻，可确保用电及维护保养之安全。
第3章 低压成套无功功率补偿装置的工艺
3.1低压无功补偿装置的原理图
1HR
2HR
12HR
图3.1 低压无功补偿装置原理图
如图3.1所示为低压无功补偿原理图。主要由控制器、接触器、熔断器、电抗电容器等组成。装置本身产生的容性无功电流实时、快速、准确地抵消电网中的感性无功电流，从而提高了功率因数，保证了用电质量，提高了供电设备的供电能力，并减小了电路中的损耗。
装置取A 相电流Ia 和A 、N 间的相间电压为检测信号，采集到电压电流信号后，检测出电网电压和无功功率的大小，送至处理器，通过程序计算出无功补偿量，然后发出电容器投切控制信号，自动完成无功补偿。
本装置补偿容量由12路30kVar 容量的电容器组成。采用了根据无功功率和电网电压大小的综合控制策略，有自动投切电容器组的补偿装置的控制回路。本系统选择了优先满足电压的原则, 即先根据电网电压值的高低来决定是否投切电容器, 在电压合格的范围内再根据无功功率的大小来控制电容器的投切。这时, 在电压变化很大的特殊情况下, 电容器仍然能够适当动作以保持合格的电压; 在电压合格的范围内, 电容器又能根据无功功率大小进行合适的补偿。这样一来, 在电压与无功功率的相互配合下, 补偿器既能进行无功功率的平衡, 又能反映电压的频繁变化, 大大提高了控制的可靠性和灵活性。同时, 在电压上下限附近设置了回差区间。当电压超限又立即跳至回差区间时电容器不会动作, 这样有效地防止了投切振荡。其中无功功率控制是指根据测得的电压、电流和功率因数等参数，计算出应该投入的电容容量，然后在电容组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿的组合方式，电容器投切一次到位。如果计算值小于最小一组电容器的容量(下限值) ，则应保持补偿状态不变。只有当所需容量大于或等于下限值时，才执行相应的投切。
本装置中设置的电灯主要用于在电容断开时消耗电容中的电流，为放电指示灯。FV 为避雷装置。并设计出了低压无功补偿器的电容器和电抗器。
3.2低压无功补偿装置的主要元器件
㈠ 工艺检验标准
1. 电气间隙和爬电距离
2. 绝缘电阻测试
① 对主电路各相与地之间、主电路各相之间测试； ② 绝缘电阻值每处应在1000Ω/V以上。
3. 设备中主电路和主电路直接连接的辅助电路的绝缘应保证在下表所列条件下，承受 交流正弦波50Hz 试验电压（有效值）施加1s 而无击穿或闪烁现象。
V
设备中不与主电路直接连接的辅助电路应能承受下表中规定的交流正弦波50Hz 试验电压施加1s 而无击穿或闪络现象。
V
4. 紧固件连接扭矩值
毕业设计用纸
㈡ 元器件及其检测（单位：mm ）
1. 测量互感器、电流互感器
检验内容及要求
（1）直观检查：①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②检查铭牌是否清晰无缺字、接线端钮是否完整无缺料、变比标示是否正确等。 ③用卡尺测量外形尺寸是否符合规定要求。
（2）绝缘电阻的测定：可用兆欧表测量各绕组之间和绕组对地的绝缘绝电阻。凡用 500伏兆欧表测量电流互感器一次绕组对二次绕组及二次绕组对地间的绝缘电阻小于5M Ω者，不予检定。 （3）工频电压试验：工频电压试验包括工频耐压试验和匝间绝缘强度试验。进行工频电压试验时，必须严格遵守安全工作规程。
（4）绕组极性检查：直流法或交流法直接检查绕组的极性。极性应减极性。
（5）退磁：在一次（或二次）绕组中选择其匝数较少的一个绕组通以10%的额定一次（或二次）电流，在其他绕组均开路的情况下，平稳、缓慢地将电流降至零。退磁过程中应监视解于最多绕组两端的峰值电压表，当指示超过2600伏时，则应在较小的电流下进行退磁。
（6）误差的测量：把一次绕组的L1端和二次绕组的K1端定义为相对的同名测量端，将标准器和被检电流互感器的一次绕组的同名测量端连接在一起，并将升流器输出端政的一端接地或通过对称支路（或其它方法）间接接地，相应二次绕组的同名测量端也联结在一起，并使其等于或接近于地电位，但不能直接接地。
2. 带剩余电流动作保护断路器
检验内容及要求：
（1）直观检验：①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②保护器壳体、电源插头应塑化良好，应无缺料、破损、流纹、杂质、溢料、飞边、划痕等现象，极间不得有异物。插头的防水护套应无破裂，脱落现象。剩余电流保护器应有可靠的表面闭合位置和断开位置的指示（包括文字、指示灯）。 ③用卡尺测量外形尺寸是否符合规定要求。
（2）耐燃性能：保护器壳体采用耐燃ABS 材料，其绝缘部件应具有耐燃性，燃烧速率不应大于40mm/min。剩余电流保护插头应能承受850℃，30s 的灼热丝试验。 （3）保护器操作机构动作灵敏:
a) 在0.85倍额定电压下操作试验装置25次，每两次试验之间的间隔约为1s 。保护器每次均应能可靠工作。
b) 在1.1倍额定电压下重复a) 的试验，每次试验保护器均应可靠动作。 c) 在1.1倍额定电压下操作试验装置一次，但试验装置的按钮保持 在闭合位置30s ，保护器应能可靠动作，任何零部件（包括元器件）不能发生损坏。
（4）触点电阻：使用毫欧计测量，保护器的触点接触电阻应小于50m Ω，经寿命试验后其触点接触
电阻应小于100m Ω。
（5）湿热后绝缘电阻、工频耐压：经48h 的湿热试验后，保护器的绝缘电阻不低于100M Ω。其工频耐压试验值应符合GB 6829中8.7.3的要求。
3. 电容器
检验内容及要求：
（1）直观检查:①外壳无明显变形、划痕和污垢、封口严密，无气孔和凹凸面。
②表面丝印有容量及允差，额定电压及频率，工作温度范围，厂家商标和生产日期，
安全认证标志及等级。标示正确、清晰、牢固。
③电容的外壳尺寸、安装耳的位置和安装孔的孔径以及安装耳的厚度等符合图纸要
求。
（2）主要电参数测试:
①密封性能：将电容器放置于最易显露渗漏的位置，在温度比最高允许电容器运行温度高10±2℃的环境下，持续足以使电容器各个部位均达到该温度所需的时间，在冷却之前，电容器应在此温度下再保持1h ，试验后电容器应无液体渗漏和外壳变形，允许有液体湿润表面，但不可有滴漏。
②电阻值测试：将万用表根据电容器的规格选择量程，然后用两表笔任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值为0，则说明电容漏电或内部击穿。
③电气强度：引出线间的耐压应承受2Un,fn 的交流电压60s 不发生闪络式永久性击穿。引出线与外壳间的耐压承受2Un+1KV（但不小于2KV ）的交流电压60s 不发生闪络式永久性击穿。
3. 复合开关
检验内容及要求
（1）直观检验:①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②用卡尺测量外形尺寸是否符合要求。
（2）主要电参数检测：
①绝缘强度检验：在正常试验的大气条件下，装置的输入电源端子和输出端子外壳 之间、控制端子和输出端子与外壳之间应能承受2500V/50HZ交流电压，历时5S 绝缘强度试验。试验时不得出现击穿、闪络及电压突然下降等现象。
②功能检测：1) 涌流试验原则：其它支路电流应不小于试验支路的7倍。随机投入实验应不少于20次，或峰值时不少于3次。
2)动态响应时间应不大于1S 。
4. 低压无功功率自动补偿控制器
（1）直观检验：①控制器外壳应有足够的机械强度，以承受使用或搬用过程中遇到的机械力。
②控制器中使用的金属紧固件或金属支持件均应有适当的镀层。镀层应有牢固的
附着力，不得有起皮或脱落现象。
③控制器采用的紧固件和调整件均应有锁紧措施，以保证在正常使用条件下不会
因振荡而松动或移位。 （2）主要电气性能检测：
①介电强度试验：（电源端子与外壳之间、输出电路端子与外壳之间）试验电压应为实际正弦波，频率允许在45-62HZ 之间。试验变压器应有足够的容量，以维持试验电压不受泄漏电流的影响。首先按规定试验电压的30%-50%施加在试验部位，随后在10-30s 时间内把试验电压平稳的升到规定值，并保持1min ，然后把试验电压逐渐下降为零。
②连续运行试验：试验在温室条件下运行，应把延时时间调至最短，运行时间应不少于24h ，试验中控制器的动作及功能应正确无误。
③高低温储存试验：先将控制器置于温度为+70±3℃的高温箱中连续存放24h ，然后取出置于试验室内的环境温度下恢复，待控制器恢复到室温后测试其功率因数（±20%）、无功电流（±20%）及无功功率（±2.5%)。
总结
本文从设计低压无功补偿装置出发，研究了国内电力无功补偿设备的发展状况，对常规的接触器投切电容器组的无功补偿设备进行了详细的研究，该装置能够基于电网的实时电压和无功功率控制对用户需要的无功功率进行及时、稳定的就地补偿。
本文首先对目前接触器投切电容器装置的发展现状作了较为详细的介绍，并分析了接触器投切电容器装置的基本原理和控制原则。控制方式采用电压无功复合投切判据，将电压和无功功率作为控制变量. 以无功功率判据为主，电压判据为辅，有效地克服了以功率因数作为投切判据的控制方式的主要缺陷，同时又兼顾了降低功率损耗和改善电压质量而且在以功率因数作为投切判据的控制方式中，由于电容器需采用等分方式， 要想达到较高的补偿精度， 就需要增加电容器和投切开关的数量，这就增加了装置的成本，同时电容器采用试投切的方式，降低到了装置的响应速度:以无功功率作为主要投切判据的控制方式由于能够实现电容器的不等分分组，用较少的电容器和投切开关就能达到较高的补偿精度，降低了装置的成本，同时电容器可一次投切到位，提高了装置的响应速度. 但是与以功率因数作为投切判据的控制方式相比，本文所采用的以无功功率作为主要判据的控制方式控制比较复杂，另一方面实验装置控制方案是在假定三相平衡的条件下进行控制的. 在电网三相不平衡时补偿效果不理想. 理论分析和实验数据表明， 本课题中的无功补偿装置控制合理，硬件结构简单，能够实现无功的快速动态补偿，且成本较低. 在配电网中将具有广阔的应用前景。
参考文献
GB7251.1－2005《低压成套开关设备和控制设备第一部分：型式试验和部分型式 试验成套开关设备》 GB/T15576－2008《低压成套无功功率补偿装置》
[1] 方向晖．中低压配电网规划与设计基础［M ］．北京：中国水利水电出版社， [2] 胡秀娟．浅议低压电网无功补偿的几种方法[J]．电力与能源．2007年35期 [3] 吴启富，王主丁．配电网无功综合优化的补偿模型及其应用[J]．四川电力技术, 106~110．
[4] 靳龙章. 电网无功补偿实用技术 [M].北京:中国水利出版社,1997 [5] 陈润泰. 检测技术与智能仪表[M].长沙：中南工业大学出版社，1998
[6] 苏文成, 金子康等. 无功补偿与电力电子 [M]. 北京:机械工业出版社,1998. 《基于计算机控制技术的无功补偿实现》
[7] 叶斌. 电力电子应用技术及装置[M].北京：中国铁道出版社.1999 [8] 王兆安. 谐波抑制和无功功率补偿 [M]. 北京:机械工业出版社,1998 [9] 陈坚. 电力电子学 [M].北京：高等教育出版社.2001.1
[10] 许业清 . 实用无功功率补偿技术[M].北京: 中国科学技术大学出版社，1998
[11] 崔国纬等.TCR 动态无功补偿原理及滤波器参数的计算[J].包头钢铁学院学报.1998.17(4).
1994
：
2004：56~89．
致谢
本文是在吴正明老师的精心指导和大力支持下完成的。吴正明老师以其严谨求实的治学态度、
高度的敬业精神、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。我从他里不仅学到了专业知识，还学到了分析问题、解决问题的思考方法，以及忘我的敬业精神。
另外，在论文的完成过程中，还得到了纪亚运等同学的帮助，在平时学习和课题完成过程中，再一次感谢帮助过我的老师和同学！
得到了他们各种形式的帮助，解决疑难问题、给我提供相关的资料，在这里对他们表示真诚的感谢。