復合開關在低壓無功補償裝置中的應用分析

鄧富強，王海燕，劉士福

（國網山東省電力公司德州市陵城區供電公司，山東德州，253500）

0 引言

無功功率在電網中的傳輸行為會在很大程度上造成網絡不必要的損耗，嚴重時會導致受電端的電壓發生下降，進而對電網中電能的利用率造成較大的影響。合理安裝的無功補償裝置作為電網中滿足無功續期的基礎手段，可以有效應對無功功率在電網中的傳輸所引起的網絡損耗問題，從而保證電網整體的供電質量。對于電力系統起到的保障性作用受到人們的廣泛關注。而為了有效應對獨立使用交流接觸器和電力電子器件兩種投切開關存在的弊端，復合開關在低壓無功補償裝置的應用引起重視。

1 復合開關的結構以及應用原理

如圖1所示的復合開關單向結構中，KS代表雙向可控硅，也被稱為是雙向晶閘管，KR代表交流接觸器，而R主要代表裝置中可以降低電流到光耦的觸發電流范圍，R1C1并聯支路主要代表阻容吸收電路，起到減少du/dt和di/dt的作用，其中光耦主要是被用于過零信號的檢測以及實現強弱隔離。一般情況下，晶閘管在過零導通之后，交流接觸器處于合閘狀態，由于晶閘管的過零導通狀態時兩端的壓降較小，所以交流接觸器合閘狀態下的低壓，可以有效延長裝置的使用年限。當交流接觸器達到穩定運行狀態之后，晶閘管會處于關斷狀態，所以晶閘管在導通狀態下的大多數時間均是由較小電阻的交流接觸器所完成。與傳統的獨立晶閘管完成相比，這種方式真正實現了降低損耗的目的。除此之外，在斷開的情況下，晶閘管的再一次導通，使得兩端的電壓會被限制在非常低的范圍內，在減少交流接觸器重燃的基礎上，對于開關等裝置的保護具有重要意義。

圖1 復合開關單相結構示意圖

2 復合開關投切電容器現場應用存在的缺陷問題

表1 電容器投切開關方式性能對比

由表1電容器投切開關各類形式的性能對比分析可知，復合開關在低壓無功補償裝置中的廣泛應用，雖然具有其他類型投切方式所不具有的故障率低、使用壽命較長、無噪音、功耗低、后期維護少以及無電磁污染等一系列應用優勢，但是仍舊普遍存在對于電流的變化率較為敏感以及對過電流的承受能力有限等問題，因此復合開關在低壓無功補償裝置中的應用，所體現出來的整體穩定性相對較差。此外，通過對相關應用案例和文獻資料的分析，發現復合開關在低壓無功補償裝置中的應用還存在以下幾方面的問題亟待完善。

第一，由于小形三端封裝晶閘管自身結構特點，使得這一類型的晶閘管在通流容量方面無法做到很低，一般反向耐壓往往只能達到1600V，進而使得復合開關的應用范圍受到很大的限制。

第二，復合開關的結構大多較為復雜。所以直接決定了復合開關在低壓無功補償裝置前期應用的成本相對較高。

第三，電壓過零型光耦檢測大多采用moc3083，而moc3083的耐壓范圍大概在800V作用，只能依靠多只串聯的形式。從微觀的角度來看，這種方式并不屬于真正的過零投切，在觸發電壓低于16~40V的情況下導通時，仍舊會出現一定程度的涌流[1]。

3 復合開關在低壓無功補償裝置中的應用建議

3.1 提高晶閘管的耐壓程度

近年來，隨著各類新型用電設備的出現以及在電網中的大量使用，使得電力負荷變得越發復雜，諧波污染現象也隨之變得越發嚴重，導致了負載變化不定的結果。為了有效解決這一問題，保證電力系統的運行穩定性與安全性，電力設備制造單位聯合電力科研單位紛紛投入到各類電力電子產品的研發與設計工作，并對現有的電容器投切方式進行不斷優化和完善。復合開關的出現以及在低壓無功補償裝置中的應用，主要是借助自身先進的微電腦程序控制技術，在裝置中充分體現出超高的保護功能，憑借電容器無涌流投切以及電流過零切除等特征得到應用單位的廣泛認可。復合開關作為當前低壓無功補償裝置中應用最為廣泛的一類電容器投切開關，從原理上看屬于較為理想的投切元件。為了有效保證復合開關在低壓無功補償裝置中存在的一系列缺陷問題，進一步提升復合開關應用的可靠性，可以從提高晶閘管的耐壓程度這一角度出發，通過將復合開關中晶閘管耐壓提升到1800V的同時，嚴格控制晶閘管中的電流。

3.2 靈活轉變投入運行方式

低壓無功補償裝置中的低壓補償電容柜內一共設置有三相共補電容器與單相分補電容器，在電容投切狀態下，主要是通過共補先行投入，等待投入穩定運行之后在進行分補的投入運行。在這一過程中，由于負載分配時需要盡可能的達到三相負載相互平衡，所以對于變壓器而言，無法單一使用其中任何一相的負荷，三相均有負荷的情況占據較大概率，并且各相之間的負荷差距一般占少數。只有大多數情況為共補、少數情況為分補時，這種投切運行方式的合理性與經濟性更高。此外，共補屬于三相同時補償相同的容量，而分補主要是指每一相的補償容量的分別計算，所以需要進行分別補償。從低壓無功補償裝置應用的實際情況來看，在電網諧波含量值≤5%以及電壓正常的現場狀態中[2]，使用復合開關作為主要的電容投切類型是非常適合的。通過對控制手段的精準應用，將機械開關的階段準確無誤的進行斷開或者閉合操作，從而有效實現電容器的無涌流投入目的。

4 優化復合開關在低壓無功補償裝置中的連接與斷開操作

通常情況下，分補采用的是單相電容器與單相電抗器，共補主要采用的是三相電容器與三相電抗器，這兩種形式下的投切開關是不相同的，但是不論是傳統的交流接觸器還是當前的復合開關，在低壓無功補償裝置的應用都需要分開。為了進一步提升復合開關在低壓無功補償裝置的應用效果，需要對復合開關在低壓無功補償裝置中的連接以及斷開操作進行一系列的優化。比如：電網中的電源總諧波畸變率THDu＞5%的情況下，可以結合電網中的諧波含量數值適當增加適量的濾波電抗器。另一方面，在低壓無功補償裝置中，如何想要使用分相類型的復合開關，則需要單相電容器中的中點線進行可靠連接。通過對復合開關在低壓無功補償裝置中的應用分析，在一段時間內為了保證復合開關可以在大的諧波電流下可以穩定運行，濾除諧波電流相關產品也會相繼出現并得到廣泛應用[3]。

5 總結

復合開關在低壓無功補償裝置中的廣泛應用，可以有效解決單獨使用交流接觸器和獨立使用電力電子器件投切存在的涌流大、響應慢、功耗大等問題。為了可以充分發揮出復合開關在低壓無功補償裝置中的作用，可以從提高晶閘管的耐壓程度、靈活轉變投入運行方式以及優化復合開關在低壓無功補償裝置中的連接與斷開操作幾個方面進行綜合考慮。只有這樣，才能更好的保證電力系統的運行安全性與高效性。