低壓配電無功補償裝置投入補償電容離不開性能優(yōu)越的低壓無功功率自動補償控制器(比如昌暉YR-GFBS型)，本文對控制器不做深入介紹。按照國家規(guī)范規(guī)定，補償電容器采用機電開關投入，涌流不能夠超過100倍電容器額定電流，如果采用晶閘管或復合投切，涌流不能夠超過電容器額定電流的5倍。這里所說的涌流，是有前提條件的，是指電容器補償柜內的其它電容器都處于正常工作狀態(tài)下，再把最后一組電容器投入，這最后一組電容器的投入時的涌流被規(guī)定為電容器的投入涌流。
1、機電開關投切
投切電容器的機電開關一般是電容器專用投切接觸器，一般情況下是滿足要求的，不過觸頭容易燒蝕，為此要加大接觸器的容量，而且要采用電容器專用接觸器，此種接觸器帶有投入時傳入過渡電阻。例如，電容器額定容量20kvar，額定電壓0.4kV，額定電流28.8A，可選擇額定電流50A的電容器專用接觸器(一般不小于電容器額定電流的1.65倍)。投切電容器用接觸器采用CJ19比CJ16效果好，前者接頭端子是螺栓固定，不易松動，后者是插入壓接式，受熱脹冷縮的影響，容易松動。
接觸器投切成本低，維護容易，但投入沖擊電流大。機電開關可以使用上述專用交流接觸器，也可以使用磁自保持接觸器，相比之下使用磁自保持接觸器的效果更好，因為磁自保持接觸器只有在接通或者斷開瞬間控制線圈耗電，其余時間控制線圈因斷電而不耗電，因此可以使補償裝置的自耗電降至最小。
采用接觸器還有一個不足之處，那就是投入與切除電流變化大，即陡度高，從而造成過電壓的產生，對電容器不利。由于觸頭容易燒壞。不適合頻繁投切。
2、復合開關投切
所謂復合開關實際是晶閘管與接觸器的并聯組合。在投入電容器的過程中，首先使用晶閘管電壓過零觸發(fā)來實現電容器的無涌流投入，然后用接觸器來保持電容器的正常連續(xù)運行，晶閘管退出運行，這樣就避免了入電容器時的涌流，又避免了晶閘管連續(xù)運行時的損耗及諧波的產生。在切除電容器的過程中，首先接通并聯晶閘管，然后斷開接觸器，最后在電流過零時發(fā)觸發(fā)信號，使晶閘管電流過零關斷，這樣就避免了接觸器斷開時的電弧燒蝕，提高了接觸器的壽命。復合投切裝置可以與電容器、電抗器、數顯表及液晶顯示等組合在一個殼體內，形成智能型補償電容器單元，此種電容器組合單元得到廣泛應用。
實際運行實踐中，復合投切裝置故障率比較高，主要是接觸器、電容器、晶閘管等元件集中在一個殼體內，散熱不容易，另外，晶閘管對電壓變化率(dv/dt)很敏感，對過電流的承受能力不強，因此晶閘管是復合開關的薄弱環(huán)節(jié)。
不論投入或切除，晶閘管都是瞬時工作，與晶閘管平時一直接入回路不同，如果晶閘管始終處于工作狀態(tài)，它的額定電流要比復合投切用的晶閘管大得多，復合投切中的晶閘管是瞬時工作的，這樣它的額定電流就小了，節(jié)約了投資與損耗。復合投切用的晶閘管由于容量小，容易擊穿，不適合525電容器電壓回路。
3、同步開關投切
同步開關也是機電開關之一，同步開關投切是近年來最新發(fā)展的技術，就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開，也就是采用機械開關達到電壓過零投入，電流過零切除的作用。對于控制電容器的同步開關，就是要在開關接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現電容器的無涌流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現開關接點的無電弧分斷。采用機電開關來代替晶閘管進行過零投切，必須采用微處理器驅動機電開關，采用高精度采樣回路，控制機電開關準確閉合或斷開，要求微處理器高可靠性及高的控制精度，要求機電開關動作靈敏才行。
同步開關技術是傳統的機械開關與現代電子控制技術的完美結合產物，使機械開關重新煥發(fā)青春，使機械開關在具有獨特技術性能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。對于三相同步開關，三相接點必須能夠分別動作才行，三相接點同時動作的開關不能夠實現同步開關的功能，因為三相電流及電壓相位相差120度，也就是三相電流或電壓分別過零的。同步開關的機械開關部分可以是電控的真空開關或者磁保持繼電器，具備動作迅速，固有動作時間短的特點。由于同步開關沒有晶閘管部分，因此同步開關比復合開關的結構簡單得多，可靠性也高得多。但是為了控制接點的同步投入與切除，同步開關的控制裝置要復雜得多。通常使用普通的純硬件電路不能實現如此復雜的控制操作，一定要使用32位單片機來進行控制。
為了實現同步開關功能，控制機構必須對電源的周期及相位進行準確地檢測。由于機械開關接點的動作較慢，通常從發(fā)出驅動信號到接點動作到位需要若干毫秒的延時時間，因此控制裝置必須能夠首先確定接點的固有動作時間，以便提前發(fā)出動作信號，從而保證接點在需要的時刻動作到位。通常的開關在接通與斷開的過程的固有動作時間是不同的，因此控制機構在接通與切除的過程中要使用不同的提前量。由于機械接點的動作遲后時間受環(huán)境以及電源等諸多因素影響，因此控制機構必須具有一定的適應能力，保證在各種環(huán)境條件下都能夠實現同步操作，這也是同步開關的關鍵技術所在。
4、純晶閘管投切
由于晶閘管接入主回路，而且在工作期間一直接在主回路中，晶閘管容量大，晶閘管PN結壓降大，造成損耗大，例如晶閘管本身壓降1.5V，通過40A的電流，要產生60W的損耗，因此一般要強制通風散熱及鋁合金散熱底座。晶閘管體積大，安裝空間大，成本高，維護困難，可靠性比較差。它的優(yōu)點就是實現跟蹤實時補償，實現電壓過零投入電容器，電流過零切除電容器，但在實際運行中，也很難做到比較準確地過零投切。
筆者體會到，一般情況下，無功功率的波動是正常的現象，不但不必實時補償，而且還要延時一定的時間，當功率因數的確低而且穩(wěn)定時，再投入補償電容器也不遲。在很多情況下，雖然從總體上看，無功負荷多，功率因數低，但它的用電設備也多，比較大的無功功率設備少，造成功率因數波動不大，不必采用晶閘管實時投切，或者雖然個別設備無功功率大，無功功率波動也大，但這種設備比較多，從總體上看，變電所母線上無功功率波動卻并不大。由此可見，采用接觸器投切也是可行的，它的投資低，維修更換容易是其它投切裝置不可比的，因此，不能認為接觸器投切是過時的，也不能夠認為選擇接觸器投切是落后的設計。采用晶閘管實時投切，晶閘管耗電量太太，而且要加強制散熱裝置，造成結構復雜，從昌暉儀表的實踐經驗看，即使采用晶閘管投切，但難能夠做到過零投切，從回路保護用熔斷器經常熔斷，可以判斷晶閘管沒有做到過零投切。
對于單臺設備，容量大，無功功率大而且無功波動也大，可采用晶閘管就地實時無功補償是合適的。
5、各種投切裝置的價格比較
有源濾波器(APF)用于無功補償，性價比最低，采用接觸器投切，投資最少，下面就各種投切裝置一般需要人民幣數。
①接觸器投切(MSC)................26元/kvar
②復合開關投切........................33元/kvar
③晶閘管投切(TS).....................45元/kvar
④無功發(fā)生器(SVG).................100元/kvar
⑤有源濾波器(APF)..................110/A
此數值只供參考，不同廠家，不同的質量及不同的時期，有不同價格。采用有源濾波器(APF)可以進行無功補償，但性價比太低，非常不合算。采用無功發(fā)生器(SVG)可以實現實時動態(tài)連續(xù)補償，但投資較高，一般在35kV系統中得到廣泛應用，在低壓系統中應用比較少。
作者：湯繼東
