摘 要 针对道路照明供电系统普遍存在的三相不对称负荷，提出了分相检测、分相补偿、先共补后分补和先粗补后细补的混合无功补偿装置的研制技术方案。
关键词 不对称负荷；分相测量；混合补偿
近年来，随着城市道路照明的技术进步，高光效的高压钠灯、金卤灯已逐步取代传统低光效的白炽灯和汞灯，形成了道路照明的主流光源。但由于高压钠灯、金卤灯普遍存在自然功率因数偏低的问题（一般均在0.42左右），城市道路照明的供电系统功率因数处于较低的水平，尽管在部分新线路上采取单灯补偿的措施，但整体功率因数水平与供电部门规定的用户功率因数不得低于0.86的基本要求相差较大，偏低的功率因数使供电变压器和线路的利用率明显下降，变压器和线路的损耗显著上升。近年在广东、浙江等电力资源紧缺地区的一些城市路灯管理部门，已被当地供电部门以线路功率因数偏低为由，依据国家相关文件启动了罚款的行政处罚程序。所以，探讨研究针对路灯供电系统特点的集中补偿的技术措施，提高路灯供电线路功率因数具有十分重要的意义。
路灯供电系统的运行特点，一是工作时间长（一般为5~12小时/天），且负荷相对稳定；二是三相工作电流不对称，且不对称度较大，给传统的无功功率三相共补方案的实施带来难题。我们经过较长时间的研究，对解决路灯供电线路的功率因数偏低的集中补偿问题，总结出了新型的三相功率因数分相测量、混合补偿的技术方案。
1 设计方案
1.1 设计指导思想
1、摒弃传统的三相功率因数共测共补，采取分相检测、分相补偿、先共补后分补和先粗补后细补的混合无功补偿方式。
2、在分相补偿中为提高可靠性和节省空间，采用Y接法的三相组合分补电容器组。
3、在分组补偿和三相共补偿线路中应有效地解决操作过电压、浪涌电流问题。
4、在分相补偿和三相共补偿线路中应能有效地抑制谐波电流，并能有效地解决抗干扰问题。
5、为提高产品的标准化程度和提高防护效果拟采用标准柜体，要考虑防雨防尘设计，并能有降温风机。
1.2 设计技术方案
1、采用自行研发的混合补偿功率因数测控器分别对cosFA、cosFB和cosFC进行连续在线检测，并对补偿电容器的投入容量和顺序进行实时控制。
2、采用先共补后分补、先粗补后细补的技术方案，确保预定的补偿指标和装置的经济性。
3、针对单相补偿电容器在投切和运行中可能出现较大的浪涌电流和高次谐波的情况，装置采用专用的消除谐波和抑制浪涌的电抗器，保证系统安全可靠地工作。
4、在整机研制过程中，以GB14048-1997《低压开关设备和控制设备》及GB50227-95《并联电容器装置设计规范》的要求作为设计依据和样机验收依据。
5、装置电气系统简图如图所示：
图中的混合补偿功率因数测控器，根据实时分相检测的系统功率因数值决定补偿装置中补偿电容器的投入容量和顺序，一般原则为先共补后分补（通常共补有5-7个控制点，分补有3-5个控制点）、先粗补后细补（粗补时每相每次的投入容量为6KVAR左右，细补时每相每次容量为3kVAR左右为宜），其中共补电容器组用△形接法，分补电容器组采用Y接法。图中的混合补偿功率因数测控器设有数字显示器，除跟踪显示三相功率因数外，还显示三相电压、三相电流及三相功率。测控器从软件到硬件设计采用双重抗干扰措施，保证微电脑测控器不会死机，为防万一，测控器还设有手动装置，以保证系统的正常运行。考虑到道路照明供电系统的“三遥”控制的需要，装置内备有RS-485（或RS-232）串行接口，可与设置在值班室的上位微机通讯，对三相电压、电流、有功功率、无功功率、有功电量和无功电量、三相功率因数进行检测和储存及传输给上位微机。装置还设有过压保护、欠压保护、过流保护和谐波保护等功能。
1.3 装置的主要设计技术参数
测量系统：分相
测量电压：400V（精度0.5级）
测量电流：0~5A（精度0.5级）
功率因数：滞后0.200~超前0.200（精度0.5级）
测量功率：0~9999kw;0~9999Kvar（精度0.5级）
工作电压：220V±15% 50Hz
过压预设：230~260V （回差5V）
欠压保护：<190V
延时时间：动态：20mS~32S
电流互感器变比：100/5~3000/5
目标功率因数：0.90~1.00
环境温度：-25℃~55℃
2 试用结果
我们将该装置用于丹阳市凤南路3号路灯箱的路灯干线集中无功补偿，该节点的原有三相电压、电流及功率因数情况如下表所示：
经安装了混合无功补偿装置后其各相数据如下：
从上述两组数据对比中不难看出，安装混合无功补偿装置后，该节点的各相功率因数显著上升，均达到和超过国家规
定要求，而且由于功率因数的提高，各相电流也显著下降，随之也带来了线路损耗下降、线路压降减小和电网无功损耗降低等一系列电气指标的改善，同时使原来需要增容250KVA路灯专用电力变压器和配套的配电柜免于更换，为国家节约设备投入数万元。
通过试用，我们还发现，合理地组合和调整共补、分补电容器的电量可达到减小三相负荷电流的不对称度以及平衡三相负荷电流的作用，进而达到减小零序电流，进一步降低线路损耗和变压器损耗，提高仪器仪表的测量精度。
我们相信，混合无功补偿装置是一种新型的适合不对称负载进行无功补偿的有效措施，它不仅适合于道路照明系统，也适合于学校、工厂、宾馆及居民小区的不对称负载的供电系统，具有广阔的市场前景和良好的社会经济效益。
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