低压自动无功补偿及滤波装置（以下简称装置）是我公司根据电力系统输送电能的技术要求，结合多年研制生产电力自动化设备的实践经验，开发的新型无功补偿装置。装置为电力部门和电力用户专门设计，能够有效补偿无功功率，提高电能质量，降低损耗，是不可缺少的节能设备。同时装置能够提供配电运行数据，为制定经济、安全的电力运行方案和设备增容等提供一套完整的科学依据。

在电力系统输送电能的过程中，无功功率不足，将使系统中输送的总电流增加、使变压器的出力减少、供电线路及系统设备有功功率损耗增大、线路末端电压下降；而对于电力用户来说，过多地从电网中吸取无功，不仅使电网电能质量下降，也影响自身的用电和生产，使企业效益下降，甚至招致罚款。因此，为了减少无功的损失和避免其在电网中的不当流动，必须进行无功补偿。

无功补偿最好的方式是就地补偿。采用并联电容器进行无功补偿是一种投资少、施工简单、见效快的补偿方式，它可以很方便地就地控制电容投切，以减少线损，消除无功馈乏给系统带来的负面影响。

另外，负荷谐波较大时，将损害普通补偿设备的开关和电容。装置在谐波含量超高时，有针对性地配置滤波器，从而能够有效滤除谐波、延长设备寿命、提高补偿效果和电能质量。

装置选用自主知识产权的系列无功补偿控制器作为控制核心，该控制器多达五款的产品支持８４２１编码、循环投切、分相投切、综合补偿等多种控制方案，支持对谐波的测量和滤波，具备上电、掉电、过压、欠压、欠流等多种保护功能，是装置优异性能和灵活配置的基础。

装置适用于400V、660V等低压配电网，可广泛用于户外台式变压器、室内配电室、箱式变电站以及冶金、机械、矿山、铁路、化工等企业或低压用户进行自动跟踪补偿、配电监测和谐波治理。

2、功能

2.1　无功补偿功能   

装置主要采用单片微机技术，采集计算线路或配电设备的电流、电压、有功、无功以及功率因数等数据，应用区域控制原理，控制投切电力电容器，实现无功功率自动补偿与配电监测功能。装置能正确控制电容器的投切，使变压器低压三相基本平衡，并使电网功率因数调节至最优状态。

2.2　手动、自动、自检功能

装置既能手动投切，又能自动投切，方便用户调试试验和操作；装置还有自检功能，用于辅助检查接线是否正确。

2.3　

2.3　多种开关形式灵活选配

用户可根据负荷无功波动频繁程度，有针对性地选择接触器、晶闸管或复合开关，在确保开关良好性能和寿命的前提下，降低投资成本和损耗。

2.4　滤除谐波功能

　　在用户负荷有谐波的情况下，可有针对性地投切滤波器支路，能够滤除谐波以达到电能质量符合国家标准的要求，杜绝按照普通无功补偿方式投入补偿电容时的对谐波的放大，杜绝谐振，同时补偿无功功率。

2.5　配电监测功能

　　装置支持配电监测终端的使用，从而增配配电监测功能。

2.6　通讯功能

　　装置所选择的控制器配置标准通讯协议，支持基于２３２或４８５通讯口的互联。

３．型号规格

3.1　产品型号说明

.3.2 举例说明：

．  举例说明：KDKBC -0.4-12 ,表示晶闸管投切的，系统电压为0.4KV，滤波回路为12路的低压滤波装置。

3.3　产品选型指南

3.3.1　补偿容量和路数

电力系统常规补偿时，一般按变压器容量的30~40%选择补偿容量；用户对功率因数有特殊要求时，可选择补偿容量使功率因数达到要求值。

一定补偿容量情况下，补偿路数越多，补偿效果越好，但投资越大。通常根据负荷波动特点确定单支路补偿的容量，从而确定补偿路数。户外补偿箱一般选择2～4路，户内补偿屏一般选择4～16路。

3.3.2　滤波器支路

　　在存在超标谐波的情况下，一般谐波电流的畸变率达到或超过10%以上时，补偿回路一定要串联电抗器，当用户对电能质量的要求较高时，必须要进行滤波，当谐波电流的含量达到一定程度时，普通的无功补偿是不能凑效的，必须要滤波，否则，补偿电容是投不上去的。对于基波分量，它也有无功补偿效果。

　　如果所有电容支路都选择为滤波器支路，我们一般称设备为投切滤波器装置（TSF），但在谐波比较小的情况下，一些支路可以选择为普通电容器支路。

3.3.3　开关形式

接触器开关的特点：投切电容时冲击电流大（最大可达40倍额定电流）、有燃弧，开关寿命短（一般小于１万次），但通流时功耗低，比较适合负荷基本不波动或波动很不频繁（譬如负荷波动，每天不超过３次）的场合。

晶闸管开关的特点：过零点投切电容、冲击电流小（1.5倍额定电流）、开关寿命长，但通流时功耗很大（4.5W/A），比较适合特别频繁波动（每天波动大于２００次）的场合。

４、技术指标

4.1　额定电压

额定电压Un：400V（660V）±20%／50HZ ；

4.2　测量精度

电压测量精度：0.8Un～1.2Un，±0.5％

电流测量精度：0.1In～1.2In，±0.5％

功率测量精度：±1％

功率因数测量精度：±1％

频率测量精度：±0.02Hz

4.3　控制器输入

电压量程：0～2Un

电流量程：0～2In

电压过载：800V 5s／1000V 3s

电流过载：2In连续／10In 3s／30In 1s

4.4　保护

过压保护：380～460（100系列控制器），级差1V

          660~760

220～265（200系列控制器）；级差1V

380~440

欠压保护：300～380（100系列控制器），级差1V

          520~660

175～220（200系列控制器）；级差1V

304~380

过压回差：0～20V，级差0.1V

欠压回差：0～20V，级差0.1V

欠流保护：0～100A（一次电流），级差1A

最大开关次数：1～100万次，级差1万次

谐波保护：0.0～90%可设

4.5　时钟

时间格式：年／月／日／时／分／秒

时钟误差：0.5秒／日

4.6　通讯

串行口：RS485／RS232

通讯规约：IEC60870-5-101／MODBUS／DNP3.0

4.7　绝缘强度

符合IEC255-5标准　　2.0KV/50Hz/1min

4.8　脉冲电压

符合IEC255-5标准　　±5KV/1.2/50μS/0.5J

4.9　绝缘电阻

符合IEC255-5标准　　100MΩ/500V

4.10　电磁兼容

脉冲群：    IEC255-22-1标准2级

辐射电磁场：IEC60255-22-3标准2级

静电放电：  IEC255-22-2标准3级

快速瞬变：  IEC61000-4-4标准3级

4.11　工作条件

工作温度：-25～55℃

储存运输温度：-40～85℃

相对湿度：5%～95%，无凝露

最大风速：40m/s及以下

最大降雨：50mm/10min及以下

海拔高度：<2000m

地震强度：<8级

污秽等级：IV级

安装场所：除火灾、爆炸、水淹、强化学腐蚀等场所外的地方。

4.12　防护等级

防护等级：IP33

5、工作原理

5.1　原理图

上图为12路晶闸管投切滤波装置的一次电原理图，其采用综合补偿方式。

空气开关合上后，控制器经过延时后上电开始工作，检测系统三相电压、三相电流。根据电压、电流的幅值和它们之间的相位差，计算得到系统无功功率，并与用户设置的投入门限、切除门限相比较，再考虑系统电压的幅值情况确定电容器组的投切。

无功补偿的控制采用先进的“九区图”控制方案，其具体判据如下。单片机根据无功补偿的判据要求，判别电压、电流和无功功率是否满足电容投入或切除要求，并执行相应的控制命令。

5.2　投入判据

无功投切依据电压、电流、无功功率、功率因数等综合因素，其投入的必要条件如下：

①　L_V+L_△U≤U≤H_V-H_△U

②　COSf1＜L_PF

③　COSf2＜H_PF

④　I＞L_I

　　其中，L_V为欠压门限，H_V为过压门限，L_△U为欠压回差，H_△U为过压回差，L_PF为投入门限，H_PF为切除门限，L_I为欠流门限，U、I为实际的电压、电流，COSf1为电容投入前的实测功率因数，COSf2为当前负荷情况下投入下一级电容后的功率因数的理论计算值。

5.3　切除判据

当满足如下任一条件时，电容切除（Q1：实测的无功功率）。

①　U≤L_V或U≥H_V

②　Q1≤0

③　I≤L_I

④　COSf1≥H_PF

5.4　投入闭锁判据

当满足如下任一条件时，电容投入功能闭锁（此时可切除电容）。

①　L_U＜U＜L_U+L_△U

②　H_U＞U＞H_U-H_△U

6、　滤波器设计

6.1　谐波的危害

6.1.1　谐波对旋转电机的影响

谐波对旋转电机的主要影响是引起附加热损耗，其次是产生机械振动、噪声和过电压。

6.1.2　谐波对供电变压器的影响

谐波电流不但引起变压器绕组附加损耗，也引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，并且有可能引起局部的严重过热。谐波使变压器噪声增大，谐波源造成的流经变压器的谐波电流在谐振条件下可能损害变压器。降低变压器的额定功率。

6.1.3　谐波对换流装置的影响

交流电网的电压畸变可能引起常规变流器控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使整流器的工作不稳定；而对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。

6.1.4　谐波对并, 联补偿电容器和电缆的影响

谐波会引起电容器局部放电，加速电容器介质老化，缩短使用寿命。在一定条件下谐波极易与无功补偿电容器组引起谐振或谐波放大，从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏；对电力电缆也会造成电缆的过负荷或过电压击穿。国内外在这方, 面的教训是深刻的，国内在许多电力系统和用户系统内都发生过无功补偿电容器组无法投入运行，大批电容器损坏的事故。

6.2　低压滤波技术

公用电网谐波是电能质量的一项重要指标，它反映了电力系统中谐波污染的程度，直接影响到电网和用户电气设备的正常安全运行。接入电网的各种整流设备和其他谐波源设备所产生的谐波电流注入电网，使得供电电压正弦波形产生畸变，电能质量下降的主要原因。

谐波、电压瞬间跌落、闪变是目前电能质量的三大问题，而我们讨论的谐波问题仅仅是其中的一个问题。谐波是一个周期量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，谐波的幅值大小和谐波相对于基波的相位关系都是影响这个周期量的重要因素。电力系统中的发电机、变压器及输电线路在正常稳态与运行时，是不会产生显著的谐波电流的，因此，它们本身不会造成电网中供电电压的畸变。电网中主要的谐波源可分为两大类：一是含有半导体非线性元件的设备，如各类整流设备、交直流换流设备、变流器、逆变器、变频器、晶闸管控制器等；二是含有电弧和铁磁非线性元件的设备，如电弧炉、电焊机、荧光灯、铁磁谐振等设备。

产生电力谐波的行业和主要的非线性设备有：

1、                      钢铁、冶金行业-------电弧炉、精炼炉、直流炉、轧机、中频炉、高频炉、各种电力电子设备；

2、                      机械、石油、化工、轻工行业--------轧制机械、变频调速装置、电解槽、整流器、换流设备、电焊机、感应加热炉；

3、                      铁道、矿山、水厂行业--------牵引机车、升降机、调速拖动装置、变频调速装置、直流充电机、消磁机、变频驱动装置。

4、                      车站、机场、码头、电信、广播行业--------照明调光设备、直流电源、不间断电源、交直流逆变器、         射频发射机、通信交换机、变频电源。

5、                      商业建筑和居民区---------照明调光设备、直流电源、不间断电源、变频电源、家用电器。

.6.3 谐波的危害：

 谐波对电力系统或并联的负载产生种种危害，危害的程度决定于谐波量的大小和现场条件等因素。谐波使

得电动机负载加重，产生振荡转据，转速周期性变化。集肤效应使电动机和变压器铜损、铁损增加而过热；使变压器变压器铁心产生磁滞伸缩现象，噪音增加。电压波形畸变对电动机和变压器绝缘游离（局部放电）过程的产生和发展有很大的影响，引起绝缘介质强度降低，使用寿命缩短。谐波使电力电缆容量减少，损失增加，老化加剧，泄漏电流加大，有时会引起单项对地击穿。谐波对通讯设备、自动和远动装置、继电保护、测量设备和仪表等有各种危害。谐波使以补偿无功功率的并联电容器发生谐振，对原有的谐波产生放大。谐波影响非线性电流计算的准确性。

.6.4  治理方法：

   谐波的治理主要采用无源滤波装置和有源滤波器。

1、    无源滤波装置主要采用LC回路，并联于系统中，LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针

对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，达到消除（滤除）某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时，在基波对系统进行无功补偿。这种滤波装置简单，成本低，但不能滤除干净。其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及保护和控制回路。

2、    有源电力滤波器。这种滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等，但方向相反的谐波电流，用以抵销

网络中的谐波电流，这种装置的主要元件是大功率电力电子器件，成本高，在其额定功率范围内，原则上能全部滤除干净。

.6.5  市场分析：

1、  无源滤波装置的价格低，制作简单，虽滤除不干净，但只要设计合理、准确，一般而言，系统中主要的谐

波是5次、7次、11次，只要设定三个滤波回路，就能满足国家标准对谐波电压和谐波电流的限制。

2、对高压（10kv）用户而言，每投入1kvar电容器市场价格在450元左右，甚至更高。总之，无源滤波在高、低压领域内的市场前景是不错的，因为网络中的谐波是客观存在的，用常规的无功补偿方法已不能凑效了，唯一的方法是滤除谐波，在滤波的基础上进行无功补偿，才能凑效。否则，不能进行无功补偿，供电部门会罚款。

3、对有的低压用户，他们对电能的质量要求较高的，如用计算   机控制的用户等，还可以采用有源滤波器

进行滤波。如一台100KVA的有源滤波器的市场价格约在x万元左右，而同容量的进口滤波器的价格要大于x万元。高压有源滤波器，目前在国内还不成熟，进口的有，但太贵。