Research on the refinement Portable Pluggable Emergency Low-Voltage Reactive Power Compensation Device
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摘要:
无功补偿是提高电力变压器的利用效率，减少线损，改善供电的电压质量的重要方式。针对目前无功补偿投切容量不精确的问题，研制一种便携式可插拔低压无功精细化补偿应急装置，可以精确测量功率因数、精准计算投切电容容量，补偿精度高，有效提高功率因数。
Abstract:Reactive power compensation is an important way to improve the utilization efficiency of power transformer, reduce line loss and improve the voltage quality of power supply. The portable pluggable low-voltage reactive fine compensation emergency device developed in this paper can accurately measure the power factor, accurately calculate the switching capacitor capacity, with high compensation accuracy, and effectively improve the power factor.
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Keywords:
- reactive compensation /
- refinement /
- portable
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无功补偿是提高功率因数，降低电能损耗的有效方式。对于低压配电网的无功补偿配置，需要解决的问题是在哪里安装、安装多大容量的无功补偿装置，这可通过建立和求解配电网无功补偿优化模型来实现，目前已形成了较为成熟的理论方法，并在实际电网中获得应用。按照《农村低压电力技术规程》，通常按客户端电机容量的90%配置无功补偿电容器。由于配置时客户端设备存在满、轻或过负荷运行情况，因此此种方式的电容器配置，准确性较差，补偿后平均功率因数依然不高，特别是对于经常性轻负荷运行客户或超负荷的客户，总体补偿效果较差[1-2]。本文研制一种操作简单、携带方便，可直观地测量出客户端功率因数及所需补偿容量，并能快速配置的便携式可插拔低压无功精细化补偿应急装置，从而提高电容配置的工作效率和准确度。
1. 便携式可插拔低压无功精细化补偿应急装置原理
本装置结构图如图1所示，由功率因数测定和无功补偿配置2部分组成。
1.1 功率因数测定技术
由于三相负荷中每相基本相等，可取其中的一相电流作为设备监测电流，通过电流互感器的数据采集以及配电盘中常用的无功电脑显示屏来计算显示客户端功率因数大小，并画图线路图，如图2所示。
按照要求进行组装，在设备型号及容量选择上，由于低压客户端普遍电流较小，一般不高于30 A，因此电流互感器可选用100/5 型，电流表选用50 A容量足够满足需要。
1.2 无功率补偿配置单元
绘制无功补偿配置部分图纸，实现小容量电容器的先后投运通过讨论，通过3个负荷开关来控制3个不同容量无功补偿电容器的先后投运，并画出接线图，如图3所示。电容器选择中，充分考虑设备体积的大小，尽量采用等容量小体积电容器。
1.3 装置的整体组装
设备的工作原理确定后，对组装便携式无功补偿配置装置，设备线路接线图如图4所示。该装置的特征在于：通过3个三相开关的开闭，控制3个不同容量的电容器先后投运，来显示客户端功率因数的变化，达到快速配置的目的。
如图4所示，测量装置及负荷部件包括： 1-接线端子，2-电流互感器，3-电流表，4-无功功率显示器，5-三相开关，6-单相开关，7-电容器，8-指示灯，9-负荷开关，10-客户端电动机负荷。使用时，可取用C相电流信号，C相电流经电流互感器2后，采集后的电流信号经电流表3显示数，并同时进入无功功率显示器4中，A、B相电压经单相开关6也同时进入无功功率显示器4，此时可在无功功率显示器4中显示当前客户端功率因数，3个三相开关5及3个不同容量的电容器7和3个指示灯8与并联入测量线路中，此时控制3个三相开关5的闭合，实现3个不同容量电容器的先后投运，在无功功率显示器4中显示投入电容器后，客户端功率因数的变化，以此来确定客户端须要补偿多大容量的无功补偿装置。按照原理图完成组装后，实物如图5所示，可以看出，设备体积小，便于携带，方便一线运维人员现场使用。
2. 应用效果
2.1 有效性验证
2022年9月6日，供电所组织人员对淄博某村玉米脱粒机用户应须补偿无功容量进行了测定，经核实该户运行设备容量为8 kW，运行状态为轻负荷，经测定该用户当前功率因数为0.6，接入便携式无功补偿测量及配置装置后，先后投运5 kvar及3 kvar + 5 kvar电容器后，显示测定功率因数分别为0.82及0.95，由此，该用户在当前状态下应补偿8 kvar电容器方可，全部测定工作共用10 min完成，且操作简单、方便。工作人员随即在该客户端安装了8 kvar的无功补偿电容器，经用电信息采集系统采集后，显示功率因数为0.94，与设备测量配比后基本相同，达到了我们预期的目的。
2022年9月25日，供电所组织人员对邢庄中明台区低压梳绒用户应配置多大容量无功补偿电容器进行了测定，情况如表1所示，功率因数均达到0.9及以上，满足无功补偿要求。
表 1 中明台区低压梳绒用户配置容量容量表客户
名称电机容
量/kW经设备测定
后补偿容
量/kvar经用电信息采集系统
测定功率因数测量装置测定功率
因数情况目标指标/% 准确度/% 补偿前
（系统数值）补偿后 补偿前
（现场测量数值）补偿后 邢** 6 5 0.42 0.96 0.47 0.97 ≥0.9 99.98 王** 4.5 5 0.50 0.94 0.52 0.95 ≥0.9 99.99 刘** 7.5 8 0.43 0.92 0.43 0.92 ≥0.9 100 刘** 3 3 0.48 0.91 0.48 0.93 ≥0.9 99.99 邱** 3 1 0.47 0.90 0.45 0.90 ≥0.9 100 侯** 4.5 4 0.42 0.98 0.43 0.97 ≥0.9 99.98 邱** 3 4 0.52 0.96 0.52 0.96 ≥0.9 100 刘** 1.5 1 0.53 0.92 0.53 0.95 ≥0.9 99.97 2.2 社会和经济效益
使用该装置后，减少了工作人员在对客户端无功补偿配置过程中烦琐的计算，直观地测量客户端功率因数及所需补偿容量，减轻工作量，从每户大约30 min内完成，到使用该装置后10 min左右完工，工作效率提高了60%左右。由于减少了用户及工作人员对无功补偿装置的配置时间，提高了用户对供电企业的社会满意度，社会效益显著，得到了用户的好评。
3. 结束语
本文研究了一种便携式可插拔低压无功精细化补偿应急装置，实现功率因数监测分析和电容投切精准控制，具有3个创新点：（1）功率因数测量精度高，显示范围宽；（2）以无功功率计算投切电容容量、补偿精度高；（3）人机界面友好操作方便。本装置适用于低压配电系统电容器补偿装置的自动调节，使用功率因数达到用户预订状态，提高变压器的利用效率，减少线损，改善电压质量。
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表 1 中明台区低压梳绒用户配置容量容量表
客户
名称电机容
量/kW经设备测定
后补偿容
量/kvar经用电信息采集系统
测定功率因数测量装置测定功率
因数情况目标指标/% 准确度/% 补偿前
（系统数值）补偿后 补偿前
（现场测量数值）补偿后 邢** 6 5 0.42 0.96 0.47 0.97 ≥0.9 99.98 王** 4.5 5 0.50 0.94 0.52 0.95 ≥0.9 99.99 刘** 7.5 8 0.43 0.92 0.43 0.92 ≥0.9 100 刘** 3 3 0.48 0.91 0.48 0.93 ≥0.9 99.99 邱** 3 1 0.47 0.90 0.45 0.90 ≥0.9 100 侯** 4.5 4 0.42 0.98 0.43 0.97 ≥0.9 99.98 邱** 3 4 0.52 0.96 0.52 0.96 ≥0.9 100 刘** 1.5 1 0.53 0.92 0.53 0.95 ≥0.9 99.97 
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[1] 王晶. 电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用探讨[J]. 产业创新研究,2022(18):82−84. [2] 张喆,邓思阳,张晓惠,等. 低压台区配电三相不平衡无功补偿方法研究[J]. 微型电脑应用,2022,38(4):103−105.
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