分相補償裝置可以補償不平衡無功電流，但對不平衡無功電流無能為力。 事實上，一個設(shè)計良好的靜態(tài)靜態(tài)無功補償器不僅可以將三相功率因數(shù)補償為1，還可以通過調(diào)整三相之間的不平衡有功電流調(diào)整至平衡。

1.如何調(diào)整不平衡電流

很久以前，電力女巫 C.P. Steinmetz 找到了一種使用靜態(tài)無功補償來平衡三相電流的解決方案。 《電力系統(tǒng)無功功率控制》一書有較為詳細(xì)的介紹，有興趣的讀者不妨一讀。 Steinmetz 方法有兩個缺點。 一是計算過程相對復(fù)雜，讀者很難從計算過程中理解這種調(diào)整不平衡電流的方法的物理含義。 其次，它只適用于三相、三線制系統(tǒng)。 應(yīng)用于三相四線制系統(tǒng)時，零線電流不為零會產(chǎn)生較大的誤差。

2、不平衡電流調(diào)節(jié)的基本原理

A相和B相兩端接電阻。 這是典型的不平衡負(fù)載。 調(diào)整不平衡電流的目的是將該電阻的電流平均分配到三個相等的部分。具體方法如圖所示。

A相與C相之間接入一個適當(dāng)?shù)碾姼蠰將A相有功電流的1/3轉(zhuǎn)移到C相，這時電感L在A相產(chǎn)生的感性無功電流恰好將電阻在A相產(chǎn)生的容性無功電流抵消掉。在B相與C相之間接入一個適當(dāng)?shù)碾娙軨將B相有功電流的1/3轉(zhuǎn)移到C相，這時電容C在B相產(chǎn)生的容性無功電流恰好將電阻在B相產(chǎn)生的感性無功電流抵消掉。電感L在C相產(chǎn)生的感性無功電流恰好將電容C在C相產(chǎn)生的容性無功電流抵消掉。這樣三相電流完全平衡，并且三相的功率因數(shù)全等于1。

A相和中性線之間連接一個電阻器。 這是另一個典型的不平衡負(fù)載。 調(diào)整不平衡電流的目的是將該電阻的電流平均分配到三個相等的部分。 具體方法如圖2所示。

在A相與C相之間接入一個適當(dāng)?shù)碾姼蠰1將A相有功電流的1/3轉(zhuǎn)移到C相，在A相與B相之間接入一個適當(dāng)?shù)碾娙軨1將A相有功電流的1/3轉(zhuǎn)移到B相，這時電感L1在A相產(chǎn)生的感性無功電流恰好將電容C1在A相產(chǎn)生的容性無功電流抵消掉。在B相與零線之間接入一個電感L2將電容C1在B相產(chǎn)生的容性無功電流抵消掉。在C相與零線之間接入一個電容C2將電感L1在C相產(chǎn)生的感性無功電流抵消掉。于是三相電流完全平衡，并且三相的功率因數(shù)全等于1。

一個真正的有源負(fù)載系統(tǒng)相當(dāng)于在每相之間以及每相與中性線之間連接不同的電阻。 在計算中，每個電阻單獨計算，按照疊加原理相加。 必須確定電感數(shù)量并連接在每相之間和每相之間以及每相與中性線之間的電容器。 在疊加過程中，如果路徑同時具有電感和電容，則執(zhí)行抵消過程。例如：計算得出A相與B相之間應(yīng)接入15Kvar的電感和7Kvar的電容，則抵消處理之后僅剩8Kvar的電。

上述方法需要使用電感器，這些電感器價格昂貴、成本高且笨重，因此不適用于真正的靜態(tài) VAR 補償器設(shè)備。 幸運的是，實際的電力系統(tǒng)負(fù)載總是有電感的。 因為負(fù)載有電感，所以需要進行無功補償。 負(fù)載的電感可以用來調(diào)整不平衡的有效電流。 理論計算和實踐經(jīng)驗都表明，只要在每相之間以及每相與中性線之間正確連接不同數(shù)量的電容器，就可以在靜態(tài)無功補償期間調(diào)整不平衡有功電流。我是。 此外，所連接電容器的無功功率總數(shù)與相位補償裝置將每相功率因數(shù)補償為 1 所需的無功功率總數(shù)相同。

由于調(diào)整不平衡有功電流需要利用負(fù)荷的電感，因此負(fù)荷的功率因數(shù)越低意味著可以利用的電感越多，則調(diào)整不平衡有功電流的能力就越強。計算表明：如果負(fù)荷的功率因數(shù)為0.7，那么最 大相電流是最小相電流2倍的情況可以調(diào)整到平衡。如果負(fù)荷的功率因數(shù)為0.85，那么最 大相電流是最小相電流1.5倍的情況可以調(diào)整平衡。如果負(fù)荷的功率因數(shù)為1，那么意味著沒有可以利用的電感，因此無法進行不平衡調(diào)整。

下面舉例說明如何連接電容器以達到補償功率因數(shù)和調(diào)整不平衡電流的目的。

由圖4中的數(shù)據(jù)可知，補償電容器的總?cè)萘壳『玫扔谪?fù)荷中的電感總?cè)萘浚皇怯捎谇‘?dāng)?shù)剡x擇了電容器的接法，不僅使三相的電流平衡，并且三相的功率因數(shù)均等于1，零線沒有電流。從圖中可以看出，接在相與相之間的電容器是不相等的，因此可以起到既補償無功又調(diào)整不平衡有功電流的作用，這里利用了Wangs定理2。從圖中還可以看出，接在B相與零線之間和接在C相與零線之間的兩個電容器的電流恰好抵消了零線電流，這里利用了Wangs定理3。由此可見3個Wangs定理之間并不矛盾，恰當(dāng)?shù)乩肳angs定理可以起到簡化計算的作用，并且不論采取什么樣的算法，得到的結(jié)果是唯 一的。在補償了無功并且調(diào)整了不平衡有功電流之后，零線電流就消失了，乍看起來我們不由得會感謝上帝的巧妙安排，不過仔細(xì)想想這其中自有其必然性，既然三相電流平衡則零線電流當(dāng)然不會存在。

上例中的負(fù)荷含有足夠多的電感，因此可以取得較好的調(diào)整不平衡效果。當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)較高，可以利用的電感較少，而三相電流的不平衡現(xiàn)象又比較嚴(yán)重時，可能達不到完全平衡的目的。但是理論計算與實驗的結(jié)果都表明：只要負(fù)荷中含有電感，就可以在將三相的功率因數(shù)均補償至1的基礎(chǔ)上，使三相有功電流的不平衡程度有所減輕，仍然可以達到其他補償方式所達不到的效果。下面舉一例說明這個問題。

設(shè)有一用電系統(tǒng)如圖5所示：

圖5的不平衡程度與圖4的例子相當(dāng)，只是三相的功率因數(shù)較高均為0.85。對于這種情況，雖然可供利用的負(fù)荷電感較少，達不到使有功電流完全平衡的目的，但是仍然可以取得一定的調(diào)整不平衡效果。補償電容器的接法示于圖6：

由圖6中的數(shù)據(jù)可知，補償電容器的總?cè)萘壳『玫扔谪?fù)荷中的電感總?cè)萘浚a償后三相的功率因數(shù)均等于1，三相的有功電流雖然沒有完全平衡，但不平衡程度大大減輕，零線電流明顯減小。

從以上的例子可以看出，只要恰當(dāng)?shù)卦谙到y(tǒng)的各相線與相線之間及各相線與零線之間接入不同數(shù)量的單相電容器，就可以達到即補償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡有功電流的目的。并且投入的電容器總量與將三相的功率因數(shù)均補償至1所需的電容器總量相同。雖然計算方法十分復(fù)雜，但在計算機技術(shù)高度發(fā)達的今天，實現(xiàn)起來還是沒有問題的。

3、幾種補償裝置的補償效果比較

在負(fù)荷平衡的情況下，各種形式補償裝置的使用效果從理論上都是一樣的，但是當(dāng)負(fù)荷不平衡時，則使用效果就有很大的不同。

下面從理論上將幾種類型的補償裝置進行一下比較。設(shè)系統(tǒng)實際負(fù)荷情況如圖3所示。使用調(diào)整不平衡無功補償裝置的效果如圖4所示，這里不再重復(fù)。

如果使用三相電容器同時投切的補償裝置來進行補償，由于三相的電感量不同，只能參照A相的電感量來進行補償，否則A相就會產(chǎn)生過補償。補償后的結(jié)果示于圖7。從圖7與圖4的數(shù)據(jù)對比中可以看出，投入三相電容器后，雖然三相的電流都有所減小，但是三相間的不平衡程度反而有所加劇，未投電容器前C相與A相的電流比為2:1，投入電容器后C相與A相的電流比反而變成了2.24:1。投入電容器前后的零線電流沒有變化，這是因為零線電流是由不平衡電流引起的，三相電容器不接零線，所以零線電流不可能改變。從此例可以看出，三相電容器同時投切的補償裝置不適于在三相電流嚴(yán)重不平衡的系統(tǒng)中應(yīng)用。

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從以上的介紹中可以看出，使用調(diào)整不平衡電流功率因數(shù)補償裝置可以取得最 好的效果，并且零線電流最小。