一贯主张：把简单的事做到极致，成为不简单！

风风雨雨这些年，成功与失败并存，愉悦与痛苦共尝...所有的人生经历成就了今天的自己......

厚重的理论技术底蕴与丰富的现场实践经验形成了无与伦比的技术优势！

主要成果：调整不平衡电流无功补偿技术；同步开关技术；阶梯式无功补偿技术；涌流检测技术等...

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       对无功电流与无功功率有明确的定义，但没有关于无功电压的定义。

       只定义无功电流与无功功率的另一个原因是假定供电系统是恒压系统。在理想的恒压供电系统中，当然就没有无功电压存在。但是实际的供电系统并不能实现理想恒压，供电系统总是存在电抗元件造成的电压损失，因此无功电压也是存在的。

       由于已经定义了与电压有90度相位差的电流为无功电流，因此不能反过来定义与电流有90度相位差的电压为无功电压，否则会造成混乱。

       为了说明问题，我们不妨暂时给无功电压下一个定义：由于电抗元件造成的线路电压变化定义为无功电压。那么，根据这个定义我们就可以确定：线路电感造成的的线路电压降为无功电压，变压器漏感造成的电压降为无功电压，无功电压与线路电流成正比，无功电压与线路电流有90度的相位差。

       串联电容器补偿，就是用于补偿无功电压！

       在进行精确补偿的时候，就必须要考虑无功电压。假如有一台变压器，负荷侧已经进行了完美的无功补偿，因此负荷电流全部是电阻性电流，功率因数等于1。并且在变压器高压侧用电容器对变压器自身的无功电流进行了完美的补偿，那么在高压计量处是否就没有无功电流了呢？回答是否定的。因为变压器的漏感电压与负荷电压的叠加才是真正的输出电压（真正的输出电压是与输入电压同相位的），由于负荷电流是纯阻性，因此漏感电压就与负荷电压有90度的相位差，于是负荷电压就与变压器输入电压有相位差，因此负荷电流也与输入电压有相位差。为了消除这个相位差有两种方法，一种是串联电容器，将变压器漏感的无功电压抵消掉。另一种方法是对负荷进行适度过补偿，使负荷电流的相位与输入电压的相位相同。

       这里要强调一点：本节所说的“无功电压”是与“无功电流”意义类似的词汇，与经常听到的“无功电压优化”以及“无功电压控制”等词汇中的“无功电压”的含义完全不同。“无功电压优化”以及“无功电压控制”等词汇中的“无功电压”四个字指的是无功电流或无功功率与电压之间的关系。

       由于“无功决定电压，有功决定周波”是电力系统的行话，因此人们就经常将调节无功功率以便控制电网电压简称为无功电压控制，所以才会有“无功电压技术研讨会”、“无功电压技术论坛”等说法出现。

       电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，会造成三相电压不平衡因而降低供电质量，甚至会影响电能表的精度而造成计量损失。 

理论研究证明：在输出同样功率的情况下，三相电流平衡时变压器及线路的铜损最小，也就是说：三相不平衡现象增加了变压器及线路的铜损。 

      不平衡电流对系统铜损的影响 

      设某系统的三相线路及变压器绕组的总电阻为R。如果三相电流平衡，IA=100A，IB=100A，IC=100A，则总铜损=100²R+100²R+100²R=30000R。 

       如果三相电流不平衡，IA=50A，IB=100A，IC=150A，则总铜损=50²R+100²R+150²R=35000R，比平衡状态的铜损增加了17%。 

       在更为严重的状态下，如果IA=0A，IB=150A，IC=150A，则总铜损=150²R+150²R=45000R，比平衡状态的铜损增加了50%。 

       在最严重的状态下，如果IA=0A，IB=0A，IC=300A，则总铜损=300²R=90000R，比平衡状态的铜损增加了3倍。 

       不平衡电流对变压器的影响

       现有的10/0.4KV的低压配电变压器多为Yyn0接法三相三柱铁心的变压器。这种类型的变压器，当二次侧负荷不平衡且有零线电流时，零线电流即为零序电流，而在一次侧由于无中点引出线因此零序电流无法流通，故零序电流不能安匝平衡，对铁心而言，有一个激磁零序电流，它受零序激磁阻抗控制，根据磁路的设计，这一零序激磁阻抗较大，零序电流使相电压的对称受到影响，中性点会偏移。由计算得知，当零线电流为额定电流的25%时，中性点移位约为额定电压的7%。国家标准GB50052-95第6.08条规定: “当选用Yyn0结线组别的三相变压器，其由单相不平衡负荷引起的电流不得超过低压绕组额定电流的25%，且其中一相的电流在满载时不得超过额定电流值。”由于上述规定，限制了Yyn0结线配电变压器接用单相负荷的容量，也影响了变压器设备能力的充分利用。 

       并且，对三相三柱的磁路而言，零序磁通不能在磁路内成回路，必须在油箱壁及紧固件内形成回路，而油箱壁及紧固件内的磁通会产生较大的涡流损耗，因而使变压器的铁损增加。当零序电流过大导致零序磁通过大时，由于中性点漂移过大会引起某些相电压过高而导致铁心磁饱和，使铁损急剧增加，加上紧固件过热等因素，可能会发生任何一相电流均未过载而变压器却因局部过热而损坏的事故。 

       由于Yyn0结线组的配电变压器与的零序激磁阻抗较大，因此零线电流会造成较大的电压变化，形成比较严重的三相电压不平衡现象，不但影响单相用户，对三相用户的影响更大。

1，电容器属于电流稳定型元件，其电流只与电压和频率有关，与变压器的负荷电流无关，在电压正常没有谐波的情况下电容器不会过载。

2，在电压过高的情况下完全可以由控制器来实现保护功能，不需要由热继电器来实现保护功能。

3，在谐波超标的情况下，电容器会出现过载，虽然热继电器可以将电容器切除，但是如果控制器不能够测量谐波，那么就会继续投入新的电容器，出现新的过载现象。如果热继电器设置在自动复位状态，则过一会被切除的电容器还会重新投入运行，继续过载状态，并且会干扰控制器的运行，因为控制器不知道哪些电容器已经被热继电器切除，哪些电容器电容器即将恢复运行。如果热继电器设置在手动复位状态，则最终所有的电容器将统统被切除，在手动复位之前，即使谐波消失，电容器也无法重新投入运行。

因此，在谐波严重的情况下，热继电器的保护效果远不如控制器具有谐波保护功能效果好。

电脑中安装了“网易有道词典”，方便英文对照查询！无意中输入wangs，竟搜索出王氏（wangs）定理...

王氏三定理是我师父在2009年的时候提出的，也在网络上公开了！没有想到被“网易有道词典”收录了！既然这样，在这里再次把这个定理重新展示一下！

王氏（Wangs）定理1：在两相间跨接电阻可以在两相间转移无功。

王氏（Wangs）定理2：在两相间跨接电感或者电容可以在两相间转移有功。

王氏（Wangs）定理3：在三相四线的系统中，恰当的选择两个元件的值（元件可以是电阻、电容、电感或他们的组合），并将这两个元件恰当的接在不同的相线对零线之间，即可以抵消零线电流。

调整不平衡电流无功补偿技术就是根据这个理论而研发产生的！

计算机的死机相当于程序跑飞而进入了一个死循环。而如果程序跑飞之后没有进入死循环而又返回到正常程序循环当中，那么就不会出现死机现象，于是看门狗就不会起作用，但是程序跑飞之后究竟干了些什么是不可预计的，可能会影响单片机系统的正常运行，因此软件的可靠性设计工作就是要保证在程序跑飞之后尽可能弥补程序跑飞造成的问题。

比如，在中断服务程序中发生跑飞而又返回主循环，这时CPU认为中断服务程序没有完成，仍然处于关中断状态，于是进一步的中断就不会产生，导致系统运行异常。弥补这个缺陷的作法就是在主循环中要开中断，并且清理中断标志，因为既然程序已经在主循环中运行，就必然已经脱离了中断服务程序，所以在主循环中开中断就是一种提高软件可靠性的方法。

再比如，大部分人都喜欢在复位初始程序中将一些常数值放在RAM中，以后不再对这些常数进行设置。如果在程序跑飞过程中修改了这些常数而又返回主循环，于是系统运行就会发生异常。弥补这个缺陷的办法就是在主循环中反复设置这些常数，这样就保证了只要程序进入主循环这些常数就是正确的，于是就提高了软件的可靠性。

再比如，大部分人都喜欢在复位程序中对一些功能部件（在新型单片机中这类功能部件是很多的）进行初始设置，以后不再进行设置。如果在程序跑飞过程中修改了这些设置而又返回主循环，于是系统运行就会发生异常。弥补这个缺陷的办法就是在主循环中反复对这些功能部件进行初始设置。但是千万要注意：对一些功能部件的初始设置可能会对功能部件的运行造成影响。例如对A/D转换器进行初始设置可能会导致A/D转换器停止正在进行的转换过程而重新开始新的转换过程，这可能会导致问题。处理这个问题的办法是不在主循环中对A/D转换器进行初始设置，而是设计一个定时器中断，在定时器中断服务程序中检测A/D转换器的工作状态，如果异常，则对A/D转换器重新进行初始设置，如果正常，则返回主程序。这就保证了A/D转换器的异常状态不会超过一个定时器周期。总之，只在程序的初始过程中进行功能部件的初始设置不能够保证可靠性。

大部分程序的主循环运行时间都很长，特别是一些延时程序可能超出看门狗的延时时间，于是很多人喜欢在主程序中多次喂狗或者在延时程序中喂狗，这就可能会造成一些隐患，因为程序跑飞后可能会在一些局部小循环中运行，如果这个局部小循环中存在喂狗指令序列，则看门狗就不会起作用，导致可靠性降低。最可靠的办法是在整个程序中只在主循环中的一处喂狗，这种作法可能会使程序设计的难度加大，但确实物有所值。

提高软件的可靠性是一项难度很大的工作，认真的思考与丰富的经验是做好这项工作的前提，没有捷径可循。

下面结合矢量图进行说明：

图中的电阻R跨接在A相与B相之间，电阻R两端为线电压。

从A相看，电阻的电流为Ira，Ira与线电压Uab同相位，超前A相电压Ua 30°，Iar可以分解成两部分，一部分为超前Ua 90°的容性电流Iac，一部分为与Ua方向相同的有功电流Iar。

从B相看，电阻的电流为Irb，Irb与线电压Uba同相位，滞后B相电压Ub 30°，Ibr可以分解成两部分，一部分为滞后Ub 90°的感性电流IbL，一部分为与Ub方向相同的有功电流Ibr。

因而可以确定电阻R将A相的一部分无功转移到了B相，于是A相的无功减少变成容性，B相的无功增加变成感性。

因此我们可以说，在A相与B相之间跨接电阻，不但在A相与B相出现有功电流，而且可以将一部分无功电流从A相转移到B相。

       这是电网中应用最为广泛的一种无功补偿方式__并联电容器补偿。

       在10KV及以下电压等级的供电系统中，几乎所有的无功补偿装置均属于并联电容器补偿。

       但是，输电线路的电感可能会引起电压的升高或降低。当线路中流过容性电流时，输电线路的电感会引起电压升高。当线路中流过感性电流时，输电线路的电感会引起电压降低。

       在长距离输电线路中，可以使用串联电容器来抵消线路电感的影响。由于串联电容器与线路电感串联在一起电流相同，电容器的电压滞后电流90度，电感的电压超前电流90度，因此电容电压就与电感电压正好反向可以互相抵消。当串联电容器的容抗与线路电感的感抗相等时，线路电感的电压就与电容电压完全抵消，于是电网的输电能力大大提高，电压稳定性也大大提高。

       设XL为线路感抗，XC为串联电容器容抗，则补偿度

       K=XC/XL

       当K大于1时为过补偿，当K小于1时为欠补偿。当补偿度大于1时，可能会产生大型电机的启动自励现象以及线路的铁磁谐振现象，因此在过补偿时要十分谨慎。

       串联电容器只能应用在高压系统中，在低压系统中由于电流太大无法应用。

       串联电容器是用于补偿线路电感的无功电压，而不是补偿无功电流。也就是说，不管线路中有没有无功电流，串联电容器都可以起到补偿作用。

       串联电容器所提供的补偿量与线路电流的平方成正比，与线路的电压无关。

       由于电容器串联在线路中，因此电容器的电压等级与线路的实际运行电压无关，并且串联电容器只能使用单相电容器。通常的作法是将电容器组布置在绝缘的高台底座上，这样绝缘问题就由底座来解决。

       串联电容器的容量选择方法与并联电容器完全不同，有兴趣的读者可以参考其他书籍。

       由于串联的特点，在切除串联电容器之前首先要使用旁路开关将电容器短路，然后才能将电容器的两端从系统中切除，因此串联电容器的安装比并联电容器复杂得多，串联电容器中需要流过全部负荷电流甚至故障电流，因此在将串联电容器分成较小单位分布在线路中是不切实际的，通常是将串联电容器集中安装在少数地点。

       串联电容器串联在线路中，电容量越大，容抗越小，电容器两端的电压越小，因此补偿量越小。反之电容量越小，容抗越大，电容器两端的电压越大，补偿量越大。因此，在电流不变的情况下，串联电容器的补偿容量（乏）与电容量（法）成反比。对于多台电容器串并联的电容器组，串联的路数越多，补偿量越大。并联的路数越多，补偿量越小。当有电容器短路时，补偿量变小。当有电容器断路时，补偿量变大。

       电压是电力系统电能质量的重要指标之一，而系统的无功平衡是保证电压质量的重要条件；系统中无功电源出力应满足系统所有负荷和网络损耗的需求，否则电压就会偏离额定值。                             

       当电压偏低时，系统中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低时，还可能危及系统运行的稳定性，甚至引起电压崩溃；而电压过高时，各种电气设备的绝缘可能受到损害，通过合理无功补偿设备就能使我们的电能质量得到保证，达到稳定运行的标准和满足用户的要求。 

       在电力系统运行中，电源的无功在任何时刻应同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和（及总的无功负载）相等，也就是说无论何时电网中的无功总是平衡的，问题在于无功的这种平衡是在什么样的电压水平下实现的。 

       系统总的无功电源包括发电机的无功功率和各种无功补偿设备的无功功率，无功电源与电压的关系曲线如上图所示，1，3是系统（无功电源）的无功电压曲线，2，4是负荷的无功电压曲线。

       如果此时系统的无功功率是平衡的，那么曲线1与曲线2的交点a，即为额定电压下的无功平衡点，对应的电压就是额定电压Ue。当负荷无功增加时，负荷的无功——电压特性如曲线4，如果此时系统的无功没有相应的增加，电源的电压——无功特性曲线仍为曲线1，这时曲线1与曲线4的交点c就代表了新的无功平衡点，并由此决定了负荷电压为Ua，显然 Ua＜Ue，这说明负荷无功增加后，系统的无功总电源已不能满足在额定电压Ue下无功平衡的需要，因此，只好降低电压运行，以取得在较低电压Ua下的无功功率平衡。

       如果此时系统内发电机又无充足的无功备用，我们只有通过投入无功补偿电容器，使系统的无功——电压特性曲线上移到接近曲线3，从而使曲线3与曲线4的交点b所确定的电压接近额定电压Ue。 

      所以，投切无功补偿装置可以补偿系统无功、提高和稳定系统电压。

       用户的功率因数偏低要补偿无功功率，使之达到电力公司规定的要求，从国家电力部门讲这是降低网损的主要措施之一，从企业角度讲是减少力率电费，降低企业成本。

       目前我国对用电单位的月平均功率因数一般要求为0.9以上，为此绝大多数的企业都采用电容器补偿的办法；即在低压配电室的配电母线上安装若干组电力电容器补偿供电范围内的无功功率以达到提高功率因数的目的。

       多年来从事无功补偿工作，发现这个行业中的很多不足！现在就重点讲讲动力用户变压器无功补偿容量确定问题......

       要正确选择无功补偿装置的补偿容量，首先必须要确定负荷的无功量。

       部分人喜欢用估计的方式以变压器容量的百分比来确定无功补偿装置的补偿容量，这种选择方式在供电系统的设计阶段是无可挑剔的，因为负荷尚未投入运行，只能进行估计。通常居民负荷的功率因数较高，按照变压器容量的20%-30%来配套无功补偿量就可以满足要求。但是对于工业负荷很难实现科学准确的估计，最好的办法还是应该在负荷投入运行之后，根据变压器的负荷状况不同而进行实际测量。

       还有一种办法是按负荷容量（KW）和补偿前功率因数进行计算，感觉也不够完善！因为每个企业的负荷运行状况是不一样的，有的负荷是间歇式运行，甚至不运行，这样就存在一个问题，如果按最多负荷设计了补偿装置容量，势必增加设备投资；否则如果补偿容量选择不足，又会有力率电费发生！

       有一些人认为将补偿量选择得大一些就可以保证满足补偿要求，其实这是一种错误认识，因为补偿容量大也就意味着补偿量的步进台阶增大，在负荷轻的时候不能实现良好的补偿。

       测量应该尽量选择在最大负荷状态下进行，然后按照测得的无功功率确定无功补偿装置的最大补偿量。在使用电容器进行无功补偿的情况下，将功率因数补偿至接近1.00就有充分的必要性。因为电容器的损耗很小，只要视在电流能够减小，通常总损耗都是减小的。

       因此，并联电容器自动无功补偿装置的补偿容量应该按系统的最大无功需量来进行选择。对于安装无功补偿装置的目的是减少力率电费的场合，将功率因数补偿至1.00则是必然的目标。

       我就是依据上述原则总结计算的补偿量选型表，这样可以使设备投资适度，又能得到很好的补偿效果。这种计算方法已经应用多年，感觉还是比较准确的，这里推荐给大家，作为参考！（见下表）

表格说明：

根据表中的负荷电流和平均功率因数数据，对应查出补偿容量P**值。

以315KVA变压器为例：当最大负荷电流是220A，原始功率因数是0.6~0.7时，补偿装置容量选择90Kvar即可

　　除了极少数试验型的STATCOM装置外，补偿装置绝大部分都是使用并联电容器进行补偿的。因此，本文只讨论使用并联电容器的补偿装置。

　　一，以电容器连接方式为出发点的补偿装置分类：

　　1，三相电容器同时投切型补偿装置。这类补偿装置中使用三相电力电容器，通过检测某一相的电流来进行计算并控制电容器的投入数量来达到补偿目的。由于电容器对三相提供的无功电流相等，因此这类补偿装置只适用于三相电流基本平衡的负荷情况。当负荷的三相电流不平衡时，不能够使三相均得到良好的补偿，可能有某一相过补偿，有某一相欠补偿。

      此类补偿装置由于结构简单价格低廉而用量最大。

      2，单相电容器分相投切型补偿装置。这类补偿装置中使用单相电力电容器，通过检测三相电流来进行分别计算并控制各相电容器的投入数量来达到补偿目的，相当于3台单相补偿装置。这类补偿装置可以使各相的无功电流均获得良好的补偿，但是对不平衡有功电流无能为力。用于三相电流不平衡的负荷情况时，比三相电容器同时投切型补偿装置的效果好。

此类补偿装置由于结构比较复杂，价格较高，使用量较少。

　　3，调整不平衡电流型补偿装置。这类装置中使用单相电力电容器，通过检测三相电流来进行综合计算并控制各相电容器的投入方式和数量来达到补偿和调整不平衡电流的目的。与分相补偿装置不同的是，这类补偿装置利用了在相间跨接的电容器可以在相间转移有功电流的原理，通过在各相与相之间及各相与零线之间接入不同数量电容器的方法，不但可以使各相的无功电流均获得良好的补偿，还可以将三相间的不平衡有功电流调整至平衡。这类补偿装置用于三相电流不平衡的负荷情况时，具有无与伦比的使用效果。

　　此类补偿装置结构比较复杂，价格较高，由于是新技术所以使用量较少，但是必然会替代单相电容器分相投切型补偿装置。

　　二，以电容器的控制投入方式为出发点的补偿装置分类：

　　1，交流接触器控制投入型补偿装置。由于电容器是电压不能瞬变的器件，因此电容器投入时会形成很大的涌流，涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流。涌流会对电网产生不利的干扰，也会降低电容器的使用寿命。为了降低涌流，现在大部分补偿装置使用电容器投切专用接触器，这种接触器有1组串联限流电阻与主触头并联的辅助触头，在接触器吸合的过程中，辅助触头首先接通，使电容器通过限流电阻接入电路进行预充电，然后主触头接通将电容器正常接入电路，通过这种方式可以将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下。

　　此类补偿装置价格低廉，可靠性较高，应用最为普遍。由于交流接触器的触头寿命有限，不适合频繁投切，因此这类补偿装置不适用频繁变化的负荷情况。

　　2，晶闸管控制投入型补偿装置。这类补偿装置就是SVC分类中的TSC子类。由于晶闸管很容易受涌流的冲击而损坏，因此晶闸管必须过零触发，就是当晶闸管两端电压为零的瞬间发出触发信号。过零触发技术可以实现无涌流投入电容器，另外由于晶闸管的触发次数没有限制，可以实现准动态补偿（响应时间在毫秒级），因此适用于电容器的频繁投切，非常适用于频繁变化的负荷情况。晶闸管导通电压降约为1V左右，损耗很大（以额定容量100Kvar的补偿装置为例，每相额定电流约为145A，则晶闸管额定导通损耗为145×1×3=435W），必须使用大面积的散热片并使用通风扇。晶闸管对电压变化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作过电压及雷击等电压突变的情况很容易误导通而被涌流损坏，即使安装避雷器也无济于事，因为避雷器只能限制电压的峰值，并不能降低电压变化率。

　　此类补偿装置结构复杂，价格高，可靠性差，损耗大，除了负荷频繁变化的场合，在其余场合几乎没有使用价值。

　　3，复合开关控制投入型补偿装置。复合开关技术就是将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继电器接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。但是复合开关技术既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得相当复杂，并且由于晶闸管对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。 

　　4，同步开关投入型补偿装置。同步开关技术是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关，就是要在开关接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。

　　同步开关技术中拒绝使用可控硅，因此仍然不适用于频繁投切。可以预见：使用磁保持继电器的同步开关必将替代复合开关和交流接触器。

　　三，补偿装置中使用的电力电容器

　　现在补偿装置中使用的低压电力电容器均为金属化电容器。金属化电容器体积小，价格低廉，具有自愈性，因此获得广泛的应用。

　　金属化电容器的极板是真空蒸发的铝膜，其厚度在纳米数量级，由于铝膜极薄，当介质膜由于疵点而发生局部击穿时会将疵点及附近的铝膜蒸发掉，因此不会发生短路故障，这就是所谓的自愈作用。

　　金属化电容器的电极引出工艺是在芯元件卷制完成以后在元件两端喷涂金属导电层，然后在导电层上焊接引出导线。由于极板电流要由元件中部向两端流动，而极板的铝膜极薄，电阻损耗较大，因此从尽量减少电阻损耗的前提下希望芯元件尽量卷制成短粗形。另一方面，由于极薄的铝膜极板并没有多少机械强度，因此芯元件端部导电层与极板之间并不能形成牢固的连接，当芯元件由于发热而出现不均匀变形时，端部导电层与极板之间很容易形成局部脱离而出现故障，从这一点出发，又希望芯元件尽量卷制成细长形。

　　金属化电力电容器有矩形和圆柱形两种结构。矩形结构的电容器内部的芯元件细长并排排列，适用于普通应用场合。圆柱形结构的电容器内部的芯元件短粗串列排列，适用于谐波较严重的场合。

　　金属化电容器在运行中出现的问题主要是电容量减小，所有的金属化电容器随着运行时间的延长电容量都会由于自愈过程而减小，只不过程度有所不同。有些质量较差的电容器还会出现端部导电层与极板脱离的故障，其现象表现为电容量降低为额定值的一半，甚至三分之，甚至为零。同一品牌的电容器，单台容量越大，则其芯元件越长，直径越粗，元件长导致电阻损耗增大，元件粗则端面导电层面积大且元件内外温差加大使导电层越容易与极板发生脱离，因此使用单台大容量电容器不如使用小电容器并联的可靠性高。金属化电容器的短路与爆炸故障较少。

　　四，补偿装置中使用的控制器

　　最早的无功补偿控制器是以功率因数为依据进行控制的，这种控制器因为价格低廉现在仍然在使用。以功率因数为依据进行控制的最大问题就是轻载振荡。例如：一台补偿装置里最小的电容器容量是10Kvar，负荷的感性无功量为5Kvar且功率因数为滞后0.5。这时，投入一台电容器则功率因数变为超前0.5，切除电容器则功率因数变为滞后0.5，于是震荡过程就会没完没了地进行下去。

　　较新型的无功补偿控制器都是以无功功率为依据进行控制的，这就要求必须具备设定功能，可以对补偿装置中的电容器容量进行设定，从而可以根据负荷无功量决定怎样投入电容器，因此可以消除轻载振荡现象。

　　随着技术的不断进步，无功补偿控制器的附加功能也越来越多，如数据存储，数据通讯，谐波检测，电量检测等等。使用的控制元件也从最初的小规模集成电路到8位单片机，再到16位单片机，再到16位DSP，直至最高级的32位单片机。现在的32位单片机的价格已经降到10多元一片，对控制器的硬件成本已经没有多少影响，其性能超过8位单片机100倍以上，难以普及的原因主要是技术开发难度太大。

　　五，补偿装置与其他设备的组合

　　随着无功补偿装置应用的不断普及，补偿装置与其他设备的组合是一个必然趋势。例如补偿装置与计量箱的组合，补偿装置与开关箱的组合等等。组合装置可以降低成本，减少占用空间，减少连接线，减少维护工作量。组合装置的设计制造没有技术难度，只是因为没有统一的标准，所以生产厂商只能根据订货来组织生产。

       注：我开发的所有控制器、检测仪等均采用交流采样技术！

       阶梯式无功补偿控制器可以有效解决上述1~5中的问题，基本做到不交力率电费！

       输出电路也可以使用双向晶闸管，这时晶闸管的驱动电路稍微复杂一些，但是成本很低,可靠性也可以做得很好。

       如果这台无功补偿装置每天运行10小时，我们就可以说：这台无功补偿装置每天节电90KW.h。

       下面以矢量图的形式就分相补偿原理加以分析说明：

       以A相为例：如果A相接有感性的负荷，那么该相就有一个滞后且垂直于A相电压Ua的感性无功分量 IL。这时在A相与零之间接入电容器 C，由于电容电压与电源电压 Ua 同相，这时在 A 相体现一个超前且垂直电源电压 Ua 的容性无功分量Ic。当 A 相的容性无功分量 Ic 与该相的感性无功分量 IL 大小相等时，那么该相滞后的感性无功分量被超前的容性无功分量所抵消。这时该相无功为零，功率因数为 1。其它两相以此类推...... 
       分相补偿可以平衡三相系统的无功，但是三相不平衡系统中不单单有不平衡的无功，还有不平衡的有功。这时的分相补偿就无能为力了。也就是说对于三相不平衡系统，分相补偿只平衡了无功，有功的不平衡状况仍然存在。 

       难道不平衡的有功就没有办法了吗？回答是否定的，不平衡的有功电流仍然可以调整。

       我们就开发了具有此功能的控制器（阶梯式无功补偿PT4J系列），几年来的现场应用表明，效果很好。

       这种设计方案的步进台阶已经足够小，可以实现足够的补偿精度，满足各种场合的需要。10台相同容量的电容器可以实现循环投切，1/2容量的电容器和1/4容量的电容器的投切虽然可能频繁一些，但是由于容量小，投切频繁一些没有问题。

      阶梯式无功补偿控制器就是基于这种理论而开发设计的。

       下面以图1示出的结构为例介绍一下三相三角形连接电容器的切除过程：

图1

       设系统电压有效值U=400V，并且在A相电压接近正峰值时取消晶闸管的触发信号，于是晶闸管SCRA在A相电压等于正峰值时（此时SCRA的电流为零）关断，在这个瞬间:
       UA=400×1.414÷1.732=327V
       UB=-400×1.414÷1.732÷2=-163V
       UC=-400×1.414÷1.732÷2=-163V
       根据上面三式，我们可以确定电容器上的电压： 
       CAB电压=327+163=490V　A端为正 
       CCA电压=327+163=490V　A端为正 
       CBC电压=0
       在SCRA关断之后，电路结构变成电容器CAB和CCA串联之后再与CBC并联的形式。在线电压UBC等于正峰值时（此时SCRB和SCRC的电流同时为零），SCRB和SCRC同时关断。从SCRA关断到SCRB和SCRC同时关断的过程中，电容器CBC的电压从0充电到线电压峰值，B端为正。CAB和CCA串联因此电流一致，而CAB的电流与电压反向属于放电，CCA的电流与电压同向属于继续充电，CAB的放电电压与CCA的充电电压之和等于线电压峰值，于是我们可以确定电容器上的电压： 
       CAB电压=490-566÷2=207V　A端为正 
       CCA电压=490+566÷2=773V　A端为正 
       CBC电压=400×1.414=566V　B端为正 
       对于耐压400V的电力电容器，其正常承受的峰值电压为566V，而CCA上的异常高电压达到773V，为正常峰值的1.366倍。这个异常高电压只能靠电容器内部的放电电阻缓慢放电，会持续几十秒钟。 
       问题还不仅如此，在电容器CCA的异常剩余电压没有放电到小于线电压峰值之前，因为无法满足电压过零投入的条件不可能再次投入运行，也就是说，SCRA和SCRC不可能再次同时被触发。但是，SCRA和SCRB则可以再次同时触发，在SCRA和SCRB触发之后，CCA的电压会下降，然后SCRC可以触发，使电容器重新正常投入运行。在下一次切除时，异常高电压会再次出现。对于频繁投切的动态无功补偿装置而言，频繁的切除操作会使电容器经常处于异常高电压的状态之下，会对电容器的寿命产生严重的影响。 
       通过以上分析，我们可以看出，晶闸管控制电容器虽然可以实现电流过零切除，但是却会造成电容器中的异常剩余电压，这个异常的剩余电压远高于电容器的正常运行峰值电压，因此会对电容器造成损害，损害的程度如何不可预计。上面的分析过程是电容器三角形连接的情况，由于三角形连接具有与星形连接的等效性，因此可以确定：在电流过零切除星形连接的电容器时同样会产生过电压现象。

      下面以图2示出的结构为例介绍一下三相星形连接电容器的切除过程：

图2

       设系统电压有效值U=400V，并且在A相电压接近正峰值时取消晶闸管的触发信号，于是晶闸管SCRA在A相电压等于正峰值时（此时SCRA的电流为零）关断，在这个瞬间:
       UA=400×1.414÷1.732=327V
       UB=-400×1.414÷1.732÷2=-163V
       UC=-400×1.414÷1.732÷2=-163V
       根据上面三式，我们可以确定电容器上的电压： 
       CAB电压=327V　A端为正 
       CCA电压=-163V　B端为负 
       CBC电压=-163V　C端为负 
       在SCRA关断之后，电路结构变成电容器CB和CC串联的形式。在线电压UBC等于正峰值时（此时SCRB和SCRC的电流同时为零），SCRB和SCRC同时关断。从SCRA关断到SCRB和SCRC同时关断的过程中，电容器CA的电压不变，CB和CC串联因此电流一致，而CB的电流与电压反向属于放电，CC的电流与电压同向属于继续充电，CB的放电电压与CC的充电电压之和等于线电压峰值，于是我们可以确定电容器上的电压： 
       CA电压=327V　A端为正 
       CB电压=-163+566÷2=120V　B端为正 
       CC电压=-163-566÷2=-446V　C端为负 

       由于星接的电容器耐压按有效值230V设计，其正常运行的峰值电压只有327V,可见这个异常的剩余电压远高于电容器的正常运行峰值电压。

       最好的设计方法是使用若干台相同容量的电容器，再使用一台1/2容量的电容器和一台1/4容量的电容器。例如阶梯式无功补偿控制器为例：使用8台20Kvar的电容器、1台10Kvar的电容器和1台5Kvar的电容器。这时共使用10台电容器，总补偿容量175Kvar，步进台阶为5Kvar，标幺值为：5/175=1/35。这种设计方案的步进台阶已经足够小，可以实现足够的补偿精度，满足各种场合的需要。8台相同容量的电容器可以实现循环投切，1/2容量的电容器和1/4容量的电容器的投切虽然可能频繁一些，但是由于容量小，投切频繁一些没有问题。

       某用户变压器容量315KVA、低压计量，2011年10月11日安装了无功补偿补偿装置至今运行良好，但是11月份抄表所见，仍有力率电费发生，见下电费单：

       原因分析：
       从上表中看出：该月表计有功电量10000KWH、无功电量3200KvarH，计算该月平均功率因数是0.95，证明无功补偿装置运行补偿效果还是很理想的，必定安装补偿装置还不到一个整月。那么，影响力率电费发生的主要原因在哪里呢？
       从上表中看到——变损电量：有功变损1276KWH,无功变损6919KvarH，这时再计算月平均功率因数是0.78，这是由于电力公司在计算功率因数时引入了变损电量，才导致收费功率因数的降低。
       其实国家电力部门是有相关规定的，在考核用户的功率因数时，通常是考核变压器一次侧的功率因数值，也就是变压器消耗的有功和无功电量也参与功率因数的计算。
       如果用户变压器为高压计量，变压器消耗的有功和无功电量可以从计量表体现出来，这时按电能表抄见电量计算的功率因数值即为一次功率因数。高压计量方式下，即使负载率（用电量）较低还是可以解决变压器本身的无功损耗问题。（WSBC-PT4系列阶梯式无功补偿控制器具有适度过补偿设定功能，可以从低压侧采取适度过补偿的方式以抵消变压器的自身无功！）
       如果用户变压器为低压计量，则应将电能表的抄见电量加上变压器消耗的有功和无功电量计算出的功率因数值为一次功率因数。
       低压计量用户对一次功率因数有影响的不单纯是负荷的功率因数还有变压器的负载率。也就是说：负载率越低，对一次功率因数影响就越大，反之越小。用户变压器的负荷功率因数是可以通过电容器补偿来提高的，而负载率则是由用户的生产用电状况所决定的。由此看出：低压计量方式下，即使低压无功补偿做的再好（此例已达0.95），由于负载率（用电量）很低，要完全消除力率电费是比较麻烦的！
       上述中的变压器二次经过无功补偿后月平均功率因数已达到0.95以上时，由于变压器的负载率低，再引入有功、无功变损就造成了变压器的无功消耗对一次功率因数的影响。用户月用电量如果很少，势必将影响力率电费的发生。对于该用户为315KVA的变压器月有功电量10000KWH，是少了点！
       那么该用户用电量到多少时才可能不交力率电费呢？

       我计算了一下：当变压器二次月有功电量为18000KWH时，月无功电量还是3200KvarH，即使再引入变损电量，这时计算月平均功率因数也可达到0.90，这样就不会交纳力率电费了！

       注：阶梯式无功补偿控制器有效地解决了上述2~6中的问题，基本可以做到不交力率电费。

       下图为保存捕捉的投入时刻波形，从波形可以看出：在AC相电压为零时刻投入了电容器，才有电流发生。

       电容器的切除则比容易。由于电容器的电压不会突变，因此当开关接点断开的瞬间，接点两端不会产生很高的电压，因此不会产生严重的电弧。

        下图：B相投入时刻波形（在B相电压与电容器剩余电压为零时刻投入）

        下图：B相切除时刻波形（在B相电压最高时刻切除）

　　如果系统的功率因数就是很高，是不是调整不平衡装置就没有实际应用了？回答是否定的！该技术产品虽然对于调整不平衡电流有一定的前提条件，当调整不平衡的条件不具备时，该产品还具有分相补偿功能。
      实际的现场应用证明，即使在特殊条件下，调整不平衡的效果不是十分理想，但是功率因数补偿效果总能够补偿到0.95以上。

        上图中的电容C跨接在A相与B相之间，电容C两端为线电压。从A相看，电容C的电流Ica超前线电压Uab 90°，Ica可以分解成两部分，一部分为超前Ua 90°的容性电流Iac，一部分为与Ua方向相反的有功电流Iar，意味着A相的有功电流减少。从B相看，电容C的电流Icb超前线电压Uba 90°，Icb可以分解成两部分，一部分为超前Ub 90°的容性电流Ibc，一部分为与Ub方向相同的有功电流Ibr，意味着B相的有功电流增加。 因此我们可以说，在A相与B相之间跨接电容，不但在A相与B相出现容性无功电流，而且可以将一部分有功电流从A相转移到B相。

       二、在相线与相线之间跨接电感，使有功转移的矢量分析：

        上图中的电感L跨接在A相与B相之间，电感L两端为线电压。从A相看，电感L的电流ILa滞后线电压Uab 90°，ILa可以分解成两部分，一部分为滞后Ua 90°的感性电流IaL，一部分为与Ua方向相同的有功电流Iar，意味着A相的有功电流增加。从B相看，电感L的电流ILb滞后线电压Uba 90°，ILb可以分解成两部分，一部分为滞后Ub 90°的感性电流IbL，一部分为与Ub方向相反的有功电流Ibr，意味着B相的有功电流减少。　因此我们可以说，在A相与B相之间跨接电感，不但在A相与B相出现感性无功电流，而且可以将一部分有功电流从B相转移到A相。 

       设有一用电系统如图1所示：

        这是一个电阻性负荷跨接于两相之间的例子，对于这样的负荷状态，使有功负荷平均分配于三相之间的方法示于图2。

        在A相与C相之间跨接一个电感，选择电感量为22Kvar，在B相与C相之间跨接一个电容，选择电容量为22Kvar。于是三相的功率因数均变成1，并且有功功率被平均分配到了三相之间。 

        设另一用电系统如图3所示：

        这是一个典型的单相电阻性负荷的例子，对于这样的负荷状态，要使有功负荷平均分配于三相之间的方法见图4。

        在A相与B相之间跨接一个电容，选择电容量为25Kvar，在A相与C相之间跨接一个电感，选择电感量为25Kvar，在C相与零线之间跨接一个电容，选择电容量为13Kvar，在B相与零线之间跨接一个电感，选择电感量为13Kvar，于是三相的功率因数均变成1，并且有功功率被平均分配到了三相之间。 
       但是上述的调整不平衡电流的方法也带来一个问题，就是需要使用电感。在调整不平衡电流的装置里安装大量的电感是一件很麻烦的事情，电感又大又重，成本很高，损耗较大。 
       所幸的是，在实际的系统中，往往拥有大量的感性负荷，正是因为这些感性负荷的存在，才需要进行功率因数补偿。而负荷中的电感正好可以为我们所利用。理论分析与现场实验均表明：只要恰当地选择电容器的接法，就可以达到即补偿功率因数又调整不平衡电流的目的。 
       下面举一例说明如何连接电容器来达到即补偿功率因数又调整不平衡电流的目的。 

       设有一用电系统如图5所示：

        这是一个功率因数很低且三相严重不平衡的例子，三相的功率因数均为0.71。C相电流比A相电流大一倍。在这个例子里，由于负荷含有足够多的电感，因此只要恰当地投入电容器，就可以使三相的功率因数均为1，并且三相电流平衡。电容器的接法如图6所示。

        由图6中的数据可知，补偿电容器的总容量恰好等于负荷中的电感总容量，只是由于恰当地选择了电容器的接法，从而使三相的电流平衡，并且三相的功率因数均等于1，零线没有电流。 

       当供电系统中的感性负荷较少，而三相电流不平衡又比较严重时，如果不附加电感，有可能校正之后三相电流不会完全平衡，但只要需要补偿，就总有办法使不平衡程度有所减轻，对供电系统仍然是有利的。

       另外，调整不平衡电流无功补偿装置在补偿系统无功的同时又具有调整不平衡有功电流的能力，两者兼顾。因此具有“一机多能”的特点，其功能是任何补偿装置所代替不了的。

       原理1：在相线与相线之间跨接电阻，具有在相线与相线之间转移无功的能力。
       原理2：在相线与相线之间跨接电容或电感，具有在相线与相线之间转移有功的能力。

       独创性的计算理论和控制方法：

       通过在三相四线低压配电系统中的各相与相之间及各相与零线之间恰当地接入若干电力电容器的方法，巧妙地利用了负荷回路中的电感，不仅使各相的功率因数都得到良好的补偿，同时使各相的有功电流达到平衡。这种计算方法的理论研究是独创性的。
       由于实际的补偿装置中电容器的容量是固定的，不可能像理论计算过程中那样随意安排电容器容量，因此实现控制目标的计算机算法的研究比理论研究更具有实际意义。实际使用的计算机算法采用了如下几个步骤：
       1、在不出现过补偿的前提下优先调整不平衡有功电流。
       2、在改善不平衡度的前提下可以适当过度调整。
       例如：调整前A相有功电流100A,B相有功电流90A，调整后A相有功电流94A,B相有功电流96A。由于调整前A相电流大于B相，而调整后A相电流小于B相，属于过度调整。但是调整后的不平衡度明显改善，因此是一种有效的过度调整。
       3、在系统原始功率因数较高即系统电感较少的情况下，如果不能将三相调整至平衡，则优先调整偏离平衡值最多的相。
       4、在调整不平衡有功电流的计算完成之后，计算所需的无功补偿方式。
       实际使用的是一种分支迭代算法，可以计算出实际系统的最佳电容器投切方式。虽然计算方法十分复杂，用32位单片机来实现还是没有问题的。这种计算方法的研究也是独创性的。

       高性能的单片机控制器及软件设计：

       使用最新型的飞利浦32位ARM高性能单片机进行计算、控制，在最大限度地简化机内控制器复杂程度的同时，获得精确的参数检测结果和精密的控制效果。
       被检模拟量经分压后直接输入单片机的A/D转换器进行采样，避免了输入处理电路导致的误差。每个输入通道的采样速率高达2万次/秒，6个输入通道（3个电压通道，3个电流通道）的总采样速率高达12万次/秒。高速采样和精心设计的控制软件充分满足了精密测量的要求，不但可以对谐波电压和谐波电流进行检测，而且可以在谐波干扰严重的情况下保证测量的精度。电压检测分辨率可达0.1V，电流检测分辨率可达0.1A，功率因数检测分辨率可达0.001。

       独有的磁保持同步编组开关设计：

       为实现每台电容器能够在“相与相”和“相与零”之间的联结，采用磁保持继电器控制电容器的投切及联结方式，因此补偿装置的自耗电降至极小，并且使运行噪音降至极小。
       同步编组开关使用9只磁保持继电器（新型同步编组开关采用6只磁保持继电器），其任何编组状态均实现电容器“电压过零投入与电流过零切除”。这样，可以做到投入电容器时没有涌流或过电压的产生，从而可以提高电力设备的寿命和系统的稳定性。也避免了磁保持继电器接点断开时的电弧，提高了磁保持继电器的寿命。
       同步编组开关由于采用磁保持继电器，因为磁保持继电器只有在接点接通或者断开的瞬间控制线圈耗电，其余时间控制线圈不耗电，因此可以使自耗电降至极小，并且使运行噪音降至极小。
       同步编组开关采用了独特的电路结构设计，当电容器退出运行时，磁保持继电器均处于断开状态，这样就避免了操作过电压及雷击等情况引起的问题，从而极大地提高了可靠性。

       适度过补偿功能设计：

       该微机控制器具有适度过补偿功能设计，可以在低压侧对变压器自身的无功电流进行补偿，从而最大限度地减少系统损耗。

       从上述的叙述看出：调整不平衡无功补偿装置无论从技术理论、控制方法还是软件功能，可以说是目前国内无功补偿技术领域独树一帜的。

从a点看，当B相电压正处于零点时触点闭合，涌流很小

从a点看，B相电压处于峰值、电流为零，触点断开

       对于同步开关使用单片机软件实现过零点检测提出疑问甚至担心其可靠性...
　　这里就同步开关的过零点检测原理简单介绍一下：
　　我们知道三相四线制电源的“相与相”或“相与零”之间是有固定的相位及时间关系，确定某相为基准，那么其他相就与其有了固定的时间关系。
　　下图是以A相为基准相，A相的过零点确定了，其他相的过零点也就确定了。这时我们可以充分利用单片机的功能，如用比较器功能，使基准相在交流过零点时产生中断，您可以选择是上升沿中断有效或者下降沿中断有效，现以B相继电器闭合为例：下图中的16.667MS时间是基准相过零点与B相过零点的理论计算时间，当然继电器的闭合时间是要知道的，这里B相继电器的闭合时间是5.833MS。那么继电器在基准相中断后延时16.667-5.833=10.843MS至H点开始闭合，在B相电压为零时闭合完成。当然继电器的操作过程还要考虑到系统电压的波动等等因素，只有这样才能使继电器在过零点闭合的更加准确。
　　这时所有的继电器过零操作都可以在单片机中断中进行。
　　这个原理是很简单的，最关键的是如何检测继电器的闭合和断开时间，为此开发了磁保持继电器同步开关性能自动调试仪，自动调试仪要对一台同步开关上的每一只磁保持继电器的闭合与断开动作时间进行测量，测量精度要达到微秒级，只需要几分钟的自动检测调试过程，就可以使半成品的同步开关变成具备完善同步操作功能的成品。
　　对于电流过零切除问题，因为电流也与电压有固定的相位关系，这里不再赘述。
　　还有牵扯核心技术问题这里也不便讲的太细，敬请谅解！这里讲解的只是实现过零原理。

　　另外，对于三相同步开关，三相接点必须能够分别动作，三相接点同时动作的开关不能够实现同步开关的功能。这是由其三相间的相位所决定的。

        二、以继电器触点两端电压为零时刻的检测：
       如下图所示，是一组共补开关常用的投切控制方式，为了降低成本，B相采用直联方式，通过检测A、C相二只继电器的触点间的零点电压实现过零操作。
       以A相继电器投入J1为例，J10为过零检测采样电路，该检测方式不单单考虑触点间的电源交流成分，也要考虑到电容器剩余电荷的直流成分。
       原理图中看出，如果开关投入时，J1首先闭合，这个时刻相当于AB相之间接入了一个电容器，只有检测到电源AB相电压与电容器剩余电压为零时刻投入继电器，才会有理想的过零效果！

        上面介绍的基本都是过零点的实现原理，而在实际应用中，软件的运行时间延迟以及器件误差的存在，都将影响开关整体过零点的准确性。所以在软件中都必须要考虑进去，只有这样才会使过零点的更加准确、稳定！
       由于牵扯核心技术问题这里也不便讲的太细，敬请谅解！这里讲解的只是实现过零原理的各种方法，希望对您有个启示！

       过去的同步编组开关每台需要有9只磁保持继电器组成，最新升级型号只需要6只磁保持继电器，并且摒弃了放电电路。因此，成本得到了降低，可靠性增高！

       下图为新型同步编组开关原理图和内部状况图：

       下面是采用涌流检测仪对无辅助接点的接触器和电容器投切专用接触器，投切同一容量电容器进行了对比分析。

       一：采用拆除辅助接点的CJ19电容器投切专用接触器（相当于普通接触器）；电容器为BSMJ0.4-15-3。投入捕捉的波形见图1；切除捕捉的波形见图2。

图1

       投入波形分析：从a时刻看，A、B相接点已经闭合，所以对A、B相电压产生了影响。从b时刻看，C相接点已经闭合，造成C相电压畸变，涌流非常严重，以至于超出检测仪检测范围，造成电流在c点出削峰。

图2

       切除波形分析：从a时刻看，接触器触点处于颤动状态，造成电压波形的严重畸变。在ab段看，接点已经断开，但电弧仍在燃烧，直至b时刻电弧才熄灭、电流消失。

       二：采用CJ19电容器投切专用接触器；电容器为BSMJ0.4-15-3。投入捕捉的波形见图3；切除捕捉的波形见图4。

图3

      投入波形分析：从a时刻看，接触器触点闭合对电压波形造成了影响、涌流很大。

图4

       切除波形分析：从a时刻看，接触器触点也是处于颤动状态，造成电压波形的严重畸变。在ab段看，接点已经断开，但电弧仍在燃烧，直至b时刻电弧才熄灭、电流消失。

       分析结论：CJ19电容器投切专用接触器与普通接触器相比，虽然配备了有抑制涌流的辅助接点，投入时的涌流比普通接触器有所减少，但投入时同样会对电压波形造成影响。两者在切除时刻没有区别。

       需要强调是：无论哪种接触器在切除电容器时都会对系统造成影响，这是一般人想不到的！

       建筑工地的电气设备种类多，数量大，并且大都是短时间歇运转，因此负荷电流的变化很大。不仅如此，由于大部分设备都未处于满负荷运行状态，因此功率因数较低。对于吊车及升降机之类的的负荷，还会经常出现发电现象...

       例如：吊车在吊重物下降的过程中就会产生发电现象。异步电机在发电回馈电网的过程中有功功率为负值，而无功功率仍然为正值，因此导致功率因数进一步下降。

       以中建八局沈阳万达广场工地为例：该工地安装有5台变压器，由于功率因数较低，每月需要交纳的力率电费最高时超过3万元。

       在该工地1号电源点，变压器为315KVA，最大负荷电流可达400多安培，最小电流只有20多安培，且负荷电流大幅度变化，负荷电流可能在几分钟的时间内就从几百安培降到几十安培，然后又升到几百安培。

       此电源点2016年7月份的功率因数只有0.46，力率电费高达8700多元，是一笔巨大的无谓开支。

       二、建筑工地无功补偿的难点所在

       建筑工地不仅负荷变化大，功率因数低，而且自然环境比较恶劣。不仅变压器以及配电柜等设备大都需要临时露天安装，灰尘很大，有大量的临时线路，施工设备及施工人员也会随着项目进展大幅度变动。

       在人员方面，大量的农民工技术素质较低，高素质的设备维护人员很少，因此对设备的首先要求就是运行可靠，维护简单。

       根据上述情况，就需要无功补偿装置的相应速度快，补偿精度高，运行可靠，维护简单，当然在满足以上要求的情况下成本也是越低越好。

       不幸的是，满足以上要求的无功补偿装置几乎没有。因此，建筑工地的无功补偿问题就成为普遍的老大难问题。

       建筑工地普遍为高压供电，低压计量方式。由于变压器自身的损耗无法计量，因此供电公司使用固定的公式来计算有功线损和无功线损。以中建八局沈阳万达广场工地1号电源点为例，每月的无功线损高达15000多Kvarh，相当于将变压器自身无功功率等效为变压器容量的6.7%，而实际变压器自身无功功率约为为变压器容量的2%左右。由于这部分无功电量是由计算得出，无法通过无功补偿的方式消除，因此也为建筑工地的无功补偿增加了难度。

       三、实际运行情况

       根据设计方案制造的试验装置于7月25日安装在中建八局沈阳万达广场工地1号电源点并投入运行，该阶梯式无功补偿装置中共安装了8台12Kvar电容器，1台6Kvar电容器和1台3Kvar电容器，总补偿量105Kvar。虽然安装时间与电业局抄表时间并不重合，但8月功率因数升至0.63，力率电费减少至3100多元，收到了立竿见影的效果。9月份功率因数升至0.66，力率电费减少至2400多元。

       需要说明一点，按实际有功电能表与无功电能表的读数，8月份的表计功率因数为0.89，9月份的表计功率因数为0.92，只是由于电力公司在计算功率因数时引入了15000多Kvarh的无功变损电量，才导致收费功率因数降低。

       补偿装置不仅补偿效果良好，而且运行稳定可靠，到目前为止尚未发生任何故障。

       四、运行效益

       实际运行情况表明，适用于建筑工地的无功补偿装置设计方案是成功的，不仅为国家节约了宝贵的能源，使用单位也少交了大量的力率电费，取得可观的经济效益，以试验现场的数据为例，3个月即可收回成本，以后就全部是利润了。

       五、进一步提高的潜力

       根据前面的讨论，我们对建筑工地无功补偿的特点有了初步的认识，于是也就有了进一步提高功率因数水平的初步方案：

       1，在有可能的情况下尽量选择高压供电高压计量的方式，这样变压器的自身无功可以通过在低压侧适当过补偿的方式补偿掉，因此可以避免电力公司滥计无功线损。

       2，在有可能的情况下尽量减少变压器的安装数量，提高变压器的负载率。以中建八局沈阳万达广场工地为例，所有安装的5台变压器，负载率均在50%以下，因此将变压器数量减少是可能的。比如将某两台变压器供电的负荷改为由一台变压器供电，这样两台变压器的由有功电量就集中在一台变压器上，而只有一台变压器的无功线损，于是功率因数就可以进一步提高。

       在调整不平衡电流无功补偿装置中，需要在各相线与相线之间及各相线与零线之间接入不同数量的电容器。为了充分利用电容器，应该使各电容器即能够接在相与相之间也能够接在相与零之间。同步编组开关就是为实现这个目的而设计的部件。（原理见下图） 

        每一台同步编组开关可以控制3台额定电压400V（450V）相同容量的单相电容器，其中每台电容器都可以分别选择不同的连接方式，从而使电容器得到充分的利用。
       例如：当C1电容器接在A相与C相之间时（图中J1/J8闭合），C1电容器在相间补偿AC相无功的同时实现C相有功电流向A相转移的目的；C2电容器接在B相与零线之间（J4/J3闭合）实现B相与零之间的补偿（分相补偿），C3电容器可以不连接......以此类推，根据系统负荷状况在控制器指令的控制下，每台电容器既可以接在“相与相”之间也可以接在“相与零”之间！
       同步编组开关中使用了9只磁保持继电器，选择投入不同的继电器，可以控制电容器的连接方式。所有的继电器均可以实现同步操作，实现电容器电压过零投入和电流过零切除，这样既避免了投入电容器时的涌流，又避免了磁保持继电器接点断开时的电弧，提高了磁保持继电器的寿命。不仅如此，在切断电容器时，采用了三台单相电容器分别切除的方式，从而避免了电容器电流过零切除时产生的过电压。 
       同步编组开关采用RS485串行通讯的方式与调整不平衡电流控制器通讯，使用拨码开关来设置地址，在一台调整不平衡电流无功补偿装置中使用的4台同步编组开关只用3根导线就可以实现通讯，极大地减少了配线工作量。
       正是由于同步编组开关的研制成功，才使调整不平衡电流无功补偿装置的结构变得十分简单紧凑，重量减轻，成本降低，性能和可靠性提高。

       主要技术指标：
       额定电压：400V±10%
       接点发热电流：60A
       控制电容器容量：3台≤10Kvar（单相400V电容器）
       控制方式：RS485串口通讯
       应用形式：与调整不平衡电流控制器配套
       投入涌流：＜1.5Ie
       切除电弧：无

下载使用说明

        从上述检测数据可以看出：无论大厂家还是小厂家都很难做到一致性。相对一致性较好的是上海佳枚的磁保持继电器！
        下面通过投切相同容量的电容器进行对比分析：
        说明：涌流检测以B相为例，均为电容器残压下投入，当B相电源电压与电容器残压为零时刻—J2闭合；当AB相电流为零时刻（电压最大）—J2切除。
        1、万佳磁保持投入波形：

         2、万佳磁保持切除波形：

        3、佳盛磁保持投入波形：

        4、佳盛磁保持切除波形：

         5、上海佳枚磁保持投入波形：

        6、上海佳枚磁保持切除波形：

        实验结论：由于采用同步开关技术，不管各个厂家的磁保持继电器一致性如何，同步开关投入时的涌流都能够控制在1.5倍以下，切除时的过零点没有什么区别。
      实际我们已经将温州佳盛磁保持继电器的盖子打开，在切除时触点间也是看不到火花的。
      所以，对于我们的同步开关而言无论采用哪家磁保持继电器，都能够达到理想的投切指标。
      磁保持继电器在电压为零时刻投入或电流过零时刻切除，这些工作都是在极短时间内完成的。而在闭合状态下磁保持继电器承载着电容器的运行电流，这时的磁保持继电器的寿命就取决于其触点材质以及内部磁钢等的配合压力，这些综合指标将决定着磁保持继电器的最终寿命！

        实验三：采用WSBC_PTK4U型同步开关；电容器为BSMJ0.4-15-3；电流采样互感器为300/0.1A(一次线串4匝）。投入和切除捕捉的波形见下图5和图6。

图1

       图1波形分析：从a时刻看，A、B相接点已经闭合，所以对A、B相电压产生了影响。从b时刻看，C相接点已经闭合，造成C相电压畸变，涌流非常严重，以至于超出检测仪检测范围，造成电流在c点出削峰。

图2

       图2波形分析：从a时刻看，接触器触点处于颤动状态，造成电压波形的严重畸变。在ab段看，接点已经断开，但电弧仍在燃烧，直至b时刻电弧才熄灭、电流消失。

图3

        图3波形分析：从a时刻看，接触器触点闭合对电压波形造成了影响、涌流很大。

图4

       图4波形分析：从a时刻看，接触器触点也是处于颤动状态，造成电压波形的严重畸变。在ab段看，接点已经断开，但电弧仍在燃烧，直至b时刻电弧才熄灭、电流消失。

图5

        图5波形分析：从a点看，当B相电压正处于零点时触点闭合，涌流很小。

图6

        图6波形分析：从a点看，B相电压处于峰值，电流为零，触点断开。
        实验结论：CJ19电容器投切专用接触器与普通接触器相比，虽然配备了有抑制涌流的辅助接点，投入时的涌流比普通接触器有所减少，但投入时同样会对电压波形造成影响。两者在切除时刻没有区别。
        需要强调是：无论哪种接触器在切除电容器时都会对系统造成影响，这是一般人想不到的！
        同步开关无论在投入还是切除时刻，都不会对系统产生影响。完美体现电容器的过零投入和切除！

       随机选取3只焊接安装在PTK5D型同步开关中见下图

        通过磁保持继电器时间检测仪器对该同步开关中的三只磁保持继电器进行投切动作参数检测，检测数据见下表：

       从表中数据看出，该厂家的磁保持继电器一致性较好！虽然一致性指标不是同步开关的必要条件。但是，一致性指标可以体现出磁保持继电器加工设备的稳定性及设备的加工精度。

       因为磁保持继电器必定是机械开关，其内部衔铁、磁钢、触点簧片和励磁线圈等误差都将影响其一致性。
       另外，从检测时的投切声音感觉比较“清脆”，意味着其内部触点簧片、磁钢等配合压力较大，因为，足够的触点压力可以降低接触电阻，进而降低继电器在负载状态下的温升。
       下面是该磁保持继电器用于同步开关中，负载状态下的投切电容器的相关数据及波形：
       说明：以B相为例电容器投切数据，当B相电源电压与电容器残压为零时刻—J2闭合；当AB相电流为零时刻（电压最大）—J2切除。电容器型号：BSMJ 0.45-20-3。

       1、电容器无残压投入波形：

         2、电容器有残压投入波形：

         3、电容器切除波形：

         结论：同步开关投入时的涌流均小于1.5倍，切除时的过零点比较理想。过零点附近波形很圆滑、连续，意味磁保持继电器触点没有弹跳，完全可以应用于同步开关中！

         最后，将佳枚磁保持继电器与其他磁保持进行投切对比试验，详见本站：“磁保持继电器的一致性数据对比”一文。

       注：阶梯式无功补偿控制器均设计有过补偿设定功能，有效地解决了上述中的问题。

       原因发现以后，将无功补偿装置的补偿线（电源线）也穿过电流互感器CT再接到变压器总开关的出线螺丝上，故障现象消除。

       以同步开关为例，在同步开关投切电容器情况下，不同的弹跳时间会有不同的现象。弹跳会使电容器投入涌流的增大，严重时触点间有火花出现。触点弹跳对电容器过零投入的影响，见下波形：

         由电容器投入时刻电流波形看：在A相电压为零点附近电流波形不连续而出现断裂，由此影响A相涌流变化，此时涌流达1.8倍。

        下图是一只分相同步开关C相切除时磁保持继电器弹跳的波形实例：

       从上面的波形看出：C相电流在接近过零点（电压最大值）切除时产生弹跳，弹跳点处同时对电压波形产生了影响，使电压波形出现锯齿而不再圆滑连续！
       正常情况下，过零点电流波形是一个连续的波形。

       从多年来从事同步开关开发工作的经验看：磁保持继电器弹跳以至于使涌流增大的现象不是很多。对于这样的磁保持继电器处理办法：一般是打开盖子处理一下，一般都是可以解决问题。

      调整补偿前、后数据见下表：

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       独创的阶梯式电容器布置结构；适度过补偿功能；谐波检测、过载保护功能......特别适用于交力率电费的用户和已经安装了无功补偿装置而仍然要交力率电费的用户进行改造！
       该补偿控制器主要性能特点如下：
       1，使用32位ARM高性能单片机LPC2132进行控制，在最大限度地简化控制器复杂程度的同时，获得精确的参数检测结果和精密的控制效果。
       2，检测精度高。采用交流采样技术，被检模拟量经分压后直接输入LPC2132的A/D转换器进行采样，避免了输入处理电路导致的误差。每个输入通道的采样速率高达每秒20000次，2个输入通道（1个电压通道，1个电流通道）的总采样速率高达每秒40000次。

       高速采样和精心设计的控制软件充分满足了精密测量的要求，不但可以对谐波电压和谐波电流进行检测，而且可以在谐波干扰严重的情况下保证测量的精度。电压检测分辨率可达0.1V，电流检测分辨率可达0.1A，功率因数检测分辨率可达0.001。
       3，使用2排数码管，可同时显示2项数据，便于查看大量的显示数据。
       4，具有过补偿设定功能，可以在低压侧对变压器自身的无功电流进行补偿，从而最大限度地减少系统损耗。
       5，具有过电压及欠电压保护功能。保护电容器不会因过电压而损坏，保护交流接触器不会因过电压及欠电压而损坏。
       6，具有谐波检测和谐波过载保护功能。可以检测20次以下的奇次整数谐波以及1000Hz以上的分数谐波，电压谐波和电流谐波同时检测并可以显示，可以显示各谐波的幅值与畸变率。
       由于各次谐波对电容器的影响不同，控制器对系统的谐波保护是与谐波频率相关的，即对于频率越高的谐波其保护门限越低，从而可以对电容器提供完善的保护。当谐波电压超过允许值时，可以切除电容器，从而保护电容器不会由于谐波过载而损坏。当系统的谐波电压减少时，可以自动重新投入电容器。
       7，最多可以控制12台交流接触器。因此可以控制12台三相电容器。电容器容量按阶梯布置，在控制若干台设定容量的情况下，另外控制一台1/4容量的电容器和一台1/2容量的电容器，最大步进台阶为总容量的1/43，因此可以满足对补偿精度的要求。
       8，控制器以系统的无功功率和有功功率为依据控制电容器的投切，在保证不会出现轻载震荡现象的前提下实现补偿无功电流的目标。
       

       主要技术指标：
       额定电压：AC 220V±10%
       检测功能：四象限检测
       投切依据：无功功率
       电流采样输入：AC 0～5A
       输出容量：1A/路
       控制对象：交流接触器（AC220V）

       PT4J12型阶梯式无功补偿控制器接线原理图：

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                                                                                      显示检测数据                                                    显示检测结束

       磁保持继电器的性能中有闭合和释放时间两个重要参数：一般以“mS”为单位表示。在所有磁保持继电器的厂家使用指南中，都给出了动作的闭合时间和释放时间≤20mS（额定电压下），其实这只是给出了一个范围值，并不是每只继电器的确定值！在有些场合的应用中，需要准确的闭合时间和释放时间，如在电网电压过零点操作的应用中，必须要求精确确定动作时间。
       WSJC-CBC2S型磁保持继电器投切时间检测仪，采用32位ARM高性能单片机在进行简化设计的同时获得精确的计算和检测结果。
       在磁保持继电器开始闭合（释放）瞬间到结束闭合（释放）瞬间的时间差来测量动作时间，充分利用ARM单片机的高速性能以实现精确的参数检测。每次运行检测将自动循环进行2次操作，最后将2次的检测数据取平均值，以准确测算出磁保持继电器的闭合和释放时间。
       为适应不同的检测需求，检测仪具有三种磁保持工作电压可供选择；可通过设定被检继电器的数量，最多一次可检测3只；检测时间分辨率可达0.01mS。
       该检测仪的推出将对磁保持继电器生产企业及开发应用的技术人员会起到极大的帮助！

        应用实例：随机选取两个厂家的磁保持继电器为例，在两种工作电压下，检测闭合、释放时间数据见下表：

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        涌流检测仪具有电流状态捕捉功能，不仅可以同时测量三相电路的涌流倍数，而且可以捕捉电流产生时刻或者电流消失时刻的波形数据并在电脑上显示出来，相当于六踪记录示波器，且比记录示波器的清晰度高得多，非常便于对电容器投入及切除时刻的电路状态进行分析。
        涌流检测仪上传的数据包括三相电压以及三相电流的波形，在电脑的显示界面上，三相电压的波形是同时显示的，便于分析电压与电流的相位关系。
        电流数据是分页显示的，每页只能显示一相电流的波形，避免三相电流波形互相干扰，分辨不清。
        波形数据的长度约2.5个工频周期，由于YL2型涌流检测仪具有电流状态捕捉功能，这2.5个周期的波形恰好包括电流产生的瞬间或者电流消失的瞬间，因此系统的状态一目了然，非常方便。
        下图为B相投入时刻波形：（在B相电压与电容器剩余电压为零时刻投入）

        下图为B相切除时刻波形：（在B相电压最高时刻切除）

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