邓富强，王海燕，刘士福

（国网山东省电力公司德州市陵城区供电公司，山东德州，253500）

0 引言

无功功率在电网中的传输行为会在很大程度上造成网络不必要的损耗，严重时会导致受电端的电压发生下降，进而对电网中电能的利用率造成较大的影响。合理安装的无功补偿装置作为电网中满足无功续期的基础手段，可以有效应对无功功率在电网中的传输所引起的网络损耗问题，从而保证电网整体的供电质量。对于电力系统起到的保障性作用受到人们的广泛关注。而为了有效应对独立使用交流接触器和电力电子器件两种投切开关存在的弊端，复合开关在低压无功补偿装置的应用引起重视。

1 复合开关的结构以及应用原理

如图1所示的复合开关单向结构中，KS代表双向可控硅，也被称为是双向晶闸管，KR代表交流接触器，而R主要代表装置中可以降低电流到光耦的触发电流范围，R1C1并联支路主要代表阻容吸收电路，起到减少du/dt和di/dt的作用，其中光耦主要是被用于过零信号的检测以及实现强弱隔离。一般情况下，晶闸管在过零导通之后，交流接触器处于合闸状态，由于晶闸管的过零导通状态时两端的压降较小，所以交流接触器合闸状态下的低压，可以有效延长装置的使用年限。当交流接触器达到稳定运行状态之后，晶闸管会处于关断状态，所以晶闸管在导通状态下的大多数时间均是由较小电阻的交流接触器所完成。与传统的独立晶闸管完成相比，这种方式真正实现了降低损耗的目的。除此之外，在断开的情况下，晶闸管的再一次导通，使得两端的电压会被限制在非常低的范围内，在减少交流接触器重燃的基础上，对于开关等装置的保护具有重要意义。

图1 复合开关单相结构示意图

2 复合开关投切电容器现场应用存在的缺陷问题

表1 电容器投切开关方式性能对比

由表1电容器投切开关各类形式的性能对比分析可知，复合开关在低压无功补偿装置中的广泛应用，虽然具有其他类型投切方式所不具有的故障率低、使用寿命较长、无噪音、功耗低、后期维护少以及无电磁污染等一系列应用优势，但是仍旧普遍存在对于电流的变化率较为敏感以及对过电流的承受能力有限等问题，因此复合开关在低压无功补偿装置中的应用，所体现出来的整体稳定性相对较差。此外，通过对相关应用案例和文献资料的分析，发现复合开关在低压无功补偿装置中的应用还存在以下几方面的问题亟待完善。

第一，由于小形三端封装晶闸管自身结构特点，使得这一类型的晶闸管在通流容量方面无法做到很低，一般反向耐压往往只能达到1600V，进而使得复合开关的应用范围受到很大的限制。

第二，复合开关的结构大多较为复杂。所以直接决定了复合开关在低压无功补偿装置前期应用的成本相对较高。

第三，电压过零型光耦检测大多采用moc3083，而moc3083的耐压范围大概在800V作用，只能依靠多只串联的形式。从微观的角度来看，这种方式并不属于真正的过零投切，在触发电压低于16~40V的情况下导通时，仍旧会出现一定程度的涌流[1]。

3 复合开关在低压无功补偿装置中的应用建议

3.1 提高晶闸管的耐压程度

近年来，随着各类新型用电设备的出现以及在电网中的大量使用，使得电力负荷变得越发复杂，谐波污染现象也随之变得越发严重，导致了负载变化不定的结果。为了有效解决这一问题，保证电力系统的运行稳定性与安全性，电力设备制造单位联合电力科研单位纷纷投入到各类电力电子产品的研发与设计工作，并对现有的电容器投切方式进行不断优化和完善。复合开关的出现以及在低压无功补偿装置中的应用，主要是借助自身先进的微电脑程序控制技术，在装置中充分体现出超高的保护功能，凭借电容器无涌流投切以及电流过零切除等特征得到应用单位的广泛认可。复合开关作为当前低压无功补偿装置中应用最为广泛的一类电容器投切开关，从原理上看属于较为理想的投切元件。为了有效保证复合开关在低压无功补偿装置中存在的一系列缺陷问题，进一步提升复合开关应用的可靠性，可以从提高晶闸管的耐压程度这一角度出发，通过将复合开关中晶闸管耐压提升到1800V的同时，严格控制晶闸管中的电流。

3.2 灵活转变投入运行方式

低压无功补偿装置中的低压补偿电容柜内一共设置有三相共补电容器与单相分补电容器，在电容投切状态下，主要是通过共补先行投入，等待投入稳定运行之后在进行分补的投入运行。在这一过程中，由于负载分配时需要尽可能的达到三相负载相互平衡，所以对于变压器而言，无法单一使用其中任何一相的负荷，三相均有负荷的情况占据较大概率，并且各相之间的负荷差距一般占少数。只有大多数情况为共补、少数情况为分补时，这种投切运行方式的合理性与经济性更高。此外，共补属于三相同时补偿相同的容量，而分补主要是指每一相的补偿容量的分别计算，所以需要进行分别补偿。从低压无功补偿装置应用的实际情况来看，在电网谐波含量值≤5%以及电压正常的现场状态中[2]，使用复合开关作为主要的电容投切类型是非常适合的。通过对控制手段的精准应用，将机械开关的阶段准确无误的进行断开或者闭合操作，从而有效实现电容器的无涌流投入目的。

4 优化复合开关在低压无功补偿装置中的连接与断开操作

通常情况下，分补采用的是单相电容器与单相电抗器，共补主要采用的是三相电容器与三相电抗器，这两种形式下的投切开关是不相同的，但是不论是传统的交流接触器还是当前的复合开关，在低压无功补偿装置的应用都需要分开。为了进一步提升复合开关在低压无功补偿装置的应用效果，需要对复合开关在低压无功补偿装置中的连接以及断开操作进行一系列的优化。比如：电网中的电源总谐波畸变率THDu＞5%的情况下，可以结合电网中的谐波含量数值适当增加适量的滤波电抗器。另一方面，在低压无功补偿装置中，如何想要使用分相类型的复合开关，则需要单相电容器中的中点线进行可靠连接。通过对复合开关在低压无功补偿装置中的应用分析，在一段时间内为了保证复合开关可以在大的谐波电流下可以稳定运行，滤除谐波电流相关产品也会相继出现并得到广泛应用[3]。

5 总结

复合开关在低压无功补偿装置中的广泛应用，可以有效解决单独使用交流接触器和独立使用电力电子器件投切存在的涌流大、响应慢、功耗大等问题。为了可以充分发挥出复合开关在低压无功补偿装置中的作用，可以从提高晶闸管的耐压程度、灵活转变投入运行方式以及优化复合开关在低压无功补偿装置中的连接与断开操作几个方面进行综合考虑。只有这样，才能更好的保证电力系统的运行安全性与高效性。