實行限制用電后，為提高用電質量，降低系統損耗，減少電費的支出，很多單位企業安裝了無功功率補償柜（以下簡稱PFC柜），因此，我們首先要了解無功功率補償的原理，進而提出當前PFC柜設計中存在的問題并針對這些問題提出解決的思路。

一、無功補償的基本原理

在電力系統中，電動機及其它有線圈（繞組）的設備是負載的主要形式，我們稱為感性負載。這類負載將消耗一部分電功率來建立線圈磁場，額外的增加了電源的負擔，功率因素COS?就是反映總電功率中有功功率所占的比例。

從理論公式P=UICOS?可以看出，功率因素的降低，為了維持有功功率，電流將增大，使線路的損耗加大，增加了電壓損失，降低了供電的質量，不利于提高用電的效率。因此，在供電系統中，增加無功補償設備，提高供電網絡的功率因數，對電網降損節電，安全可靠的運行有著極為重要的意義。我國大部分供電公司規定用戶的功率因素必須大于0.9。

無功補償最基本的形式就是提高感性負載的功率因數，也就是用適當容量的電容器與感性負載并聯，這樣就可以使電感中的磁場能量與電容器的電場能量進行交換，從而減少電源與負載間能量的互換，感性負載兩端并聯一個適當電容器后，可以有效提高功率因數，使功率因素COS?盡量接近1。

二、目前PFC柜設計上的存在的問題

2.1 目前PFC柜的設計，基本上是假設負荷側性質為線性狀態來設計生產的，不能完全適應各種負荷性質的需要。取樣信號一般都取線電壓和相電流之間的相位差，電容柜投切僅以電壓為約束條件,功率因數為投切閥值是不完善的,缺乏電容器投切后電壓及無功變化的動態預算,作為反饋信號輸入到控制器,避免產生投、切振蕩的閉環技術措施。

沒有考慮到投、切時電容產生的浪涌電流，交流接觸器極易拉弧。以諧波污染為主要原由的配電網絡，控制器沒有設定約束條件，僅以過壓作為保護條件，不能滿足現行電網中的各種運行情況。

2.2 電容器的選型不當，相當一部分PFC柜仍然選用的是油浸式的電容，沒有預充電電阻，電容器內部沒有安全保障；在電路設計中，忽視對電容器的保護，相當一部分補償柜仍然采用的是空氣開關，使電容出現故障時不能及時切斷回路，導致短路事故的發生，發生火災，甚至導致整個配電柜燒毀。

2.3 PFC柜的柜體設計存在嚴重缺陷，不重視通風設計，導致電容器長期運行在規定溫度以上，使電容器的使用壽命大幅降低；柜內存在的母排，開關、接觸器、電容、電感等器件沒有有效的隔離，當電容爆炸（任何好的保護都有可能失效）時會產生大量的電塵團，導致故障的擴大，甚至發生電氣火災。

三．改進PFC柜設計的探討

針對目前市場上PFC柜在設計上存在的問題，本文主要從電容器的選型/保護及柜體的設計等方面提出改進的思路。

3.1.電容器的選擇

3.1.1選擇至少可以承受100*In的浪涌電流和電壓高一個等級的電容（比如用440V電容取代400V電容），像FRAKO電容，可以承受200-300*In的浪涌電流。較高的電壓等級和耐浪涌電流的能力，可以使電容在諧波存在的情況下，壽命更長。

3.1.2選擇節能（能耗在0.2-0.5W/Kvar）環保型的干式電容，由于采用了自愈式和分段薄膜技術，電容器帶有預充電電阻，內置保險，可以使把電容的災難性的損壞變成漸進式的或自愈式的。不能選擇油浸式的電容，不利于環保并有火災的風險。

3.2.電容器的保護

3.2.1 檢查供電側的用電質量，確認是否在可接受的范圍之內（V-THD＜3%，I-THD＜10%），如果超出范圍，建議使用有解諧的補償柜（例如使用7%的電抗器）來防止系統電容產生共振，諧波的抑制可以有效的延長電容的壽命。

3.2.2 選擇熔斷器隔離開關代替空氣開關，電容投切可以采用可控硅與交流接觸器相結合的復合開關，可以有效的降低電容投入時的涌流和電容斷開時接觸器的拉弧。

3.2.3 PFC組應該留出30%-40%的余量，內部電纜應適當放大，并且必須是A級阻燃電纜，控制電線也必須是阻燃的。

3.2.4 在控制線路設計中，應采用以單片機為基礎的控制器，按負荷側有功、無功的值取樣，進行分析計算，自動識別工作電容器和備用電容器，發出指令，自動循環選擇不同的電容器進行投切，使每個電容的運行時間大致相同，延長電容器的使用壽命。控制器同時還具有電容回路過壓，過流等保護功能。

3.3 補償柜柜體的設計

我們不能排除一個電容會發生爆炸或者火災，因為，無論任何品牌/型號，任何好的保護功能都可能會失效。當發生短路時，銅和金屬汽化時會膨脹22000倍，所有這些氣體和熱量都會急劇膨脹。因此，設計一個合理的配電盤，隔離，通風，電容的裝配方式及IP防護等級就非常重要：

3.3.1 電容器要與電抗器要相互隔離，兩者都要與接觸器，熔斷器隔離開關，電纜，木排等隔離，同時每個柜之間也要隔離，把故障限制在每個柜子里。以下的圖一是很好的例子（其中的進線開關不建議安裝，應由電纜供電）：

圖一

圖二

圖三

3.3.2 使用強制通風系統

根據電容器的經驗法則，電容器的工作溫度，每降低10攝氏度，壽命會增加一倍。一般電容器規定的最高工作溫度為55攝氏度，所以我們期望電容器工作溫度在40-45攝度左右。

目前很多PFC柜都是自然通風方式，我們強烈建議安裝強制通風系統。如上圖二/圖三所示，PFC柜前后都有進風口,頂部安裝至少兩個出風扇（下面裝有防止風扇意外跌落下來的裝置），，帶自動恒溫調節器和超溫報警裝置，如果PFC柜的通風系統出現風機跳閘或進風口堵塞等情況，我們可以立即知道。

3.3.3電容器的裝配方法對于通風和散熱也起到很重要的作用，電容器不應該安裝在水平封閉的底板上，底板板上應該有通風孔。建議以下面圖四的方式安裝：

圖四 推薦的安裝方式

圖五 錯誤的安裝方式

圖六 IPX1防護

3.3.5 柜子的設計還要體現安全的原則，不允許有裸露的母排和手指可能觸摸到的帶電體。若有，必須用阻燃隔板加以隔離，并貼有“當心觸電”的標識。PFC柜的頂部應該安裝防護板（圖六所示），距離柜頂約200mm，防止垂直滴下來的液體直接進入配電盤，也利于散熱；防護板的尺寸應略大于電柜柜頂尺寸，四周有折邊，略微傾斜，留一面小開口，讓液體可以從柜體旁落到地面，使柜體的防護等級達到應為IPX1。

結語

無功功率補償的方式還分為個別就地補償，分組補償，集中補償等多種形式，確保通過并聯電容器等設備裝置，達到補償線路電流損耗的目的。保護功能全面的控制技術，良好通風的柜體設計，元器件正確的安裝隔離方式，細致周到的安全防護措施，規范良好的維護保養是補償柜能夠正常安全運行的保證。

改進低壓無功補償柜設計，克服存在的問題，為供電網系統建設提出新的工作方向，為電能質量的推進樹立標桿。當然，怎么樣更加科學合理的用電，更加環保健康的生活方式一直是現在社會生活追求的目標。

（編自《電氣技術》，作者為陳虹霓。）