隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，大量的居住樓盤、高檔商場、賓館、辦公樓等民用建筑在城市中拔地而起，使城市用電量快速增長。但是，在這些民用建筑場所內(nèi)使用的多為單相電感性負(fù)荷，因其自身功率因數(shù)較低，在電網(wǎng)中滯后無功功率的比重較大。為保證降低電網(wǎng)中的無功功率，提高功率因數(shù)，保證有功功率的充分利用，提高系統(tǒng)的供電效率和電壓質(zhì)量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，節(jié)約電能，通常在低壓供配電系統(tǒng)中裝設(shè)電容器無功補償裝置。本文主要通過設(shè)計工作中所遇到的具體工程對無功自動補償?shù)姆绞胶桶惭b位置作出了分析和比較。
1 分相自動補償?shù)谋匾?/div>
無功自動補償按性質(zhì)分為三相電容自動補償和分相電容自動補償。
三相電容自動補償適用于三相負(fù)載平衡的供配電系統(tǒng)。因三相回路平衡，回路中無功電流相同，所以在補償時，調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的任意一相，根據(jù)檢測結(jié)果，三相同時投切可保證三相電壓的質(zhì)量。三相電容自動補償適用于有大量的三相用電設(shè)備的廠礦企業(yè)中。
在民用建筑中大量使用的是單相負(fù)荷，照明、空調(diào)等由于負(fù)荷變化的隨機性大，容易造成三相負(fù)載的嚴(yán)重不平衡，尤其是住宅樓在運行中三相不平衡更為嚴(yán)重。由于調(diào)節(jié)補償無功功率的采樣信號取自三相中的任意一相，造成未檢測的兩相要么過補償，要么欠補償。如果過補償，則過補償相的電壓升高，造成控制、保護(hù)元件等用電設(shè)備因過電壓而損壞;如果欠補償，則補償相的回路電流增大，線路及斷路器等設(shè)備由于電流的增加而導(dǎo)致發(fā)熱被燒壞。這種情況下用傳統(tǒng)的三相無功補償方式，不但不節(jié)能，反而浪費資源，難以對系統(tǒng)的無功補償進(jìn)行有效補償，補償過程中所產(chǎn)生的過、欠補償?shù)缺锥烁菍φ麄�電網(wǎng)的正常運行帶來了嚴(yán)重的危害。
據(jù)有關(guān)資料介紹，某地綜合樓是集商場、銀行、辦公、車庫、賓館為一體的一類高層建筑，總建筑面積3.2萬m2。主要用電設(shè)備有空調(diào)機組、水泵、風(fēng)機及照明燈具等，其中照明燈具均為單相負(fù)荷，功率因數(shù)在0.45～0.75之間。低壓有功計算負(fù)荷2815kW，其中，照明用電有功負(fù)荷1086.5kW，其它負(fù)荷基本為空調(diào)、風(fēng)機、水泵、電梯等三相負(fù)荷。補償前無功功率3182kvar，若整體功率因數(shù)補償?shù)?.92，需補償1982kvar，補償后無功功率1200kvar。原設(shè)計采用低壓配電室并聯(lián)電容器組三相集中自動補償，工程竣工投入使用后，經(jīng)常出現(xiàn)儀器、燈具等用電設(shè)備燒壞或不能正常使用等情況，影響正常經(jīng)營和工作。經(jīng)現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)低壓饋線回路三相負(fù)荷不平衡，差距很大，電流差異大，最大相電流差為900A;檢測母線電壓，三相母線電壓有的高達(dá)260V，有的低到190V。通過分析是三相電容自動補償造成的結(jié)果。
對于三相不平衡及單相配電系統(tǒng)采用分相電容自動補償是解決上述問題的一種較好的辦法，其原理是通過調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的每一相，根據(jù)每相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)的補償，對其它相不產(chǎn)生相互影響，故不會產(chǎn)生欠補償和過補償?shù)那闆r。
該裝置的控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊采用新型單片機和大規(guī)模集成電路，開關(guān)模塊采用大功率晶閘管，實現(xiàn)電容器組的零電壓投入和零電流切除，無合閘浪涌電流沖擊，無火花和諧波干擾。產(chǎn)品特點如下：
(1)實現(xiàn)了控制模塊的數(shù)字化和智能化，開關(guān)執(zhí)行單元無觸點，確保了控制精度和運行的可靠性;
(2)全自動分相、分級按需補償;
(3)可靈活設(shè)定過壓、欠壓、欠流延時等參數(shù)，具有完善的越限報警和過壓、欠壓、缺相、缺零、諧波越限保護(hù)縮閉功能，保證系統(tǒng)安全運行;
(4)實時數(shù)字式測量、顯示電網(wǎng)中的主要參數(shù)：功率因數(shù)、電壓、電流、諧波電壓及電流、有功功率及電度、無功功率及電度等;
(5)帶有諧波分析，測量總的諧波失真(THD)以及1～31次諧波電壓及電流，為治理諧波提供準(zhǔn)確的數(shù)字依據(jù);
(6)采用“自愈式”電容器，具有使用壽命長、可靠性強、溫升小、無需專門散熱裝置等優(yōu)點; (7)具有數(shù)據(jù)采集功能和標(biāo)準(zhǔn)的通信接口(RS232)，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測和計算機聯(lián)網(wǎng)管理;
(8)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，易于維護(hù)和升級。
從上述產(chǎn)品的功能可以看出，智能三相自動無功補償能自動檢測各相負(fù)載的功率因數(shù)，同時自動分相投入各相所需的電容補償量，以使各相的無功功率補償達(dá)到最佳狀態(tài)，對于大量使用單相用電負(fù)荷，易產(chǎn)生三相不平衡的用電單位如住宅小區(qū)、賓館、飯店、大型商場等民用建筑的配電系統(tǒng)有改善功率因數(shù)、提高電網(wǎng)效率、改善電壓質(zhì)量、節(jié)約用電、增大變壓器有功容量等顯著效果，較大程度滿足了“電網(wǎng)綠化”的要求�！ �2 分組電容自動補償?shù)膽?yīng)用在低壓電網(wǎng)中大量的用電設(shè)備為電感性，尤其是在大面積、大開間的商場、辦公樓等日常生活和辦公場所，大都會采用發(fā)光效果好的熒光燈進(jìn)行人工照明。熒光燈具有光效好、壽命長、無污染等特點，屬綠色光源。目前，民用建筑工程中大量使用電感型鎮(zhèn)流器熒光燈，它具有成本低、壽命長、維修工作量少、投資少等優(yōu)點，但其啟動時間長，功率因數(shù)低，約為0.5～0.6，自身損耗大，加大了供配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗，造成了能源的浪費。
通過電容補償?shù)姆绞絹斫鉀Q大面積商場、辦公樓的感性負(fù)荷功率因數(shù)低的問題是目前設(shè)計中常用的方法。
我們在設(shè)計中通常的做法有兩種：在變配電所設(shè)置集中高壓或低壓補償柜，對系統(tǒng)前端進(jìn)行補償，雖能滿足供電部門對并網(wǎng)功率因數(shù)的要求，但對以下各級分支電路不作補償，因此低壓配電線路中無功電流大，從而造成線路截面和配電開關(guān)容量不能減小，且不能保證整個低壓系統(tǒng)的供電質(zhì)量;另一種做法是在每臺用電設(shè)備或每盞照明燈具內(nèi)設(shè)置電容器個別單獨進(jìn)行補償，這種方式效果較好，對于廠礦企業(yè)使用的單臺大容量用電設(shè)備比較適用，但對于大型商場等民用建筑來說，補償投資成本太大，性價比低，安裝分散，造成后期維修量大、維修困難，且電容器利用率低，實際應(yīng)用并不理想，所以很少采用。
在目前低壓補償電容器技術(shù)和制造質(zhì)量、自動投切裝置有了很大提高的前提下，筆者認(rèn)為在這類民用建筑的配電系統(tǒng)中分組設(shè)置補償電容，即根據(jù)建筑使用功能分區(qū)，用電較集中、電氣設(shè)備功率因數(shù)較低的配電箱處設(shè)置電容補償裝置較為適宜。
分組補償可提高設(shè)備利用率，減少配電系統(tǒng)容量
視其功率S=，由此可知在有功功率不變的前提下，提高功率因數(shù)可降低無功功率，減小配電系統(tǒng)的容量。
當(dāng)功率因數(shù)由0.65提高到0.92時，設(shè)備利用率為：
η=×100%=×100%=29.35% 即補償后設(shè)備利用率提高了29.35%。
在選用型號及截面相同的電纜時，減少了線路損耗
根據(jù)公式：I=，線損P=I2R，則：
ΔP=2R-2R η==×100%=×100%=50.08% 即補償后線路損耗降低了50.08%。
2 分組補償?shù)目尚行?/div>
下面結(jié)合工程應(yīng)用舉例說明分組補償?shù)目尚行浴?/div>
某地新華書店大樓由商場、書店營業(yè)廳、餐飲、賓館、地下車庫、辦公室組成，屬一類高層，功能較復(fù)雜。其中1～6層為書店營業(yè)廳，單層面積約2800m2(標(biāo)準(zhǔn)層，每層均相同)，其照明采用電感類熒光燈，功率因數(shù)較低。方案設(shè)計時只在變電所設(shè)集中補償柜.
1～6層配電照明箱由變配電所采用一回路供電，開關(guān)為1250A，空氣絕緣母線槽選用一段1250A，每層配電照明箱進(jìn)線開關(guān)選用250A;分組每層設(shè)電容補償比在變配電所設(shè)集中補償柜電容器總?cè)萘恳叱?0%左右。但減少了開關(guān)、供電線路的投資，這部分費用相對于電容器的投資要高許多。每層在配電照明箱處設(shè)電容補償并不增加配電箱的數(shù)量，只需將配電照明箱的尺寸加大，電容器裝于箱內(nèi)，這樣也節(jié)省了低壓配電室內(nèi)電容補償柜的占地面積。另因為補償電容配置了智能控制器，產(chǎn)品模塊化，具有數(shù)據(jù)采集功能和標(biāo)準(zhǔn)的通信接口(RS232)，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測和計算機聯(lián)網(wǎng)管理，便于檢測、維護(hù)和升級。
從上述舉例可看出，根據(jù)各層配電照明箱的設(shè)置分組裝設(shè)電容補償?shù)姆绞捷^好地解決了集中和個別設(shè)置補償造成的線路中無功電流增大、相應(yīng)配電線路截面及開關(guān)容量加大和補償投資成本大、安裝分散、后期維修量大、維修困難等問題。對于大型商場、寫字樓等大量使用低功率因數(shù)設(shè)備的民用建筑設(shè)計應(yīng)根據(jù)具體情況采用分組設(shè)置電容補償方式比較合理。
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