淺談智能電力電容器在無功補償中的應(yīng)用

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：目前農(nóng)村配電網(wǎng)無功補償一般使用傳統(tǒng)無功補償裝置，存在運行可靠性低、容量配置調(diào) 整困難、安裝接線復(fù)雜、維護(hù)困難、控制技術(shù)落后等問題，無法滿足現(xiàn)代農(nóng)村用電負(fù)荷迅速劇增的 需求。針對農(nóng)村家用電器為單相設(shè)備，負(fù)荷變動大，三相負(fù)荷不平衡，終端電壓低的供電現(xiàn)狀，提 出采用智能集成電容器混合補億方式，解決了農(nóng)村低壓配電網(wǎng)因無功功率缺乏導(dǎo)致低電壓的問 題，保證了村民居住區(qū)的電壓質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：電容器；無功補償；農(nóng)村配電網(wǎng)；控制；智能
        隨著國家對農(nóng)村建設(shè)的大力支持,農(nóng)村生活條件不斷改善,用電量也不斷加大,逐漸暴露出農(nóng)村低電 壓的現(xiàn)象；以及大量單相家用電器設(shè)備使用,將導(dǎo)致三相負(fù)荷不平衡，配電網(wǎng)電壓波動大，嚴(yán)重時則會損壞 用電設(shè)備，因此，農(nóng)村對電壓質(zhì)量的要求也越來越高?，F(xiàn)農(nóng)村配電網(wǎng)大部分仍使用傳統(tǒng)無功補償裝置，在 380 V低壓母線上采用集中補償方式。傳統(tǒng)補償裝置由控制器、交流接觸器或復(fù)合開關(guān)、△形聯(lián)接的電容 器、保護(hù)器件等組成館。補償柜體積大,安裝接線繁雜,維護(hù)困難,整機可靠性低，同時由一臺控制器控制 全部補償電容器的投切，當(dāng)控制器發(fā)生故障時,整個補償設(shè)備停運。這種補償模式存在控制器的瓶頸效應(yīng) 隱患問題，不能實現(xiàn)無功平衡和電壓穩(wěn)定。因此,傳統(tǒng)無功補償裝置已無法滿足現(xiàn)代農(nóng)村用電負(fù)荷的迅速 增長的需求，本文提出采用智能集成電容器無功補償模式,能實現(xiàn)智能控制,解決農(nóng)村配電網(wǎng)因無功功率 不足導(dǎo)致低電壓的問題。

1智能集成電容器的原理
        智能集成電容器主要由電網(wǎng)參數(shù)采樣、智能網(wǎng)絡(luò)、智能控制器、過零投切、電力電容器、線路保護(hù)等單 元組成。智能集成電容器一般分為上、下分體式模塊結(jié)構(gòu)，模塊組裝、拆卸很方便。上方模塊由投切開關(guān)、 智能控制器、線路保護(hù)等單元構(gòu)成⑵；下方模塊由一臺或兩臺△形聯(lián)接或一臺Y形聯(lián)接電力電容器構(gòu)成。 智能集成電容器采用了現(xiàn)代檢測、電力電子、過零投切、自動控制、計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)，其組 成框圖如圖1所示。
1.1智能控制器
        智能控制器為智能集成電容器的控制核心，采用高性能、高精度TMS320C28x系列處理器DSP和低功 耗、高性能STC89C53微控制器。STC89C53微控制器通過電壓電流互感器、濾波電路、采樣電路獲取低壓 配電網(wǎng)的三相電壓和電流參數(shù)，経DSP實時計算出無功功率Q、功率因數(shù)X、有功功率P、頻率f、電容值C等電力運行參數(shù)，根據(jù)用戶的需求設(shè) 定的各電力運行參數(shù)控制門閥通過 單片機判斷是否需要進(jìn)行電容器組 無功補償。微控制器STC89C53通過 RS-485通信可實現(xiàn)與處理器DSP之 間的高速數(shù)據(jù)交換，以滿足系統(tǒng)的實 時性要求。

圖1智能集成電容器的組成框圖

1.2過零投切
        智能集成電容器過零投切開關(guān) 由大功率磁保持繼電器、雙向晶閘 管、阻容吸收電路和線路保護(hù)器件等 組成。電路采用電力電子技術(shù)和過零投切技 術(shù)，利用雙向晶閘管的快速導(dǎo)通和大功率磁 保持繼電器接點的零壓降實現(xiàn)互補。由單片 機控制過零點投切開關(guān)實現(xiàn)電力電容器的投 切，在雙向晶閘管兩端電壓為零或電流過零 時，單片機發(fā)出觸發(fā)脈沖導(dǎo)通或斷開雙向晶 閘管的指令，電力電容器投入或切除⑷。雙 向晶閘管只在開關(guān)投切瞬間導(dǎo)通工作，大功 率磁保持繼電器則在正常運行時保持通斷狀 態(tài)，這樣確保電力電容器在投切過程中無沖 擊電流、電弧、過電壓產(chǎn)生，低能耗運行。過 零投切系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2過零投切系統(tǒng)圖

1.3智能網(wǎng)絡(luò)
        智能集成電容器采用智能網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，構(gòu)建RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)，以光電耦合器和獨立電源組成 RS485通信電路。每臺智能集成電容器均有各自獨立的控制器，在多臺控制器聯(lián)機工作時，通過通信方式 有機結(jié)合成一個整體,能自動分配ID地址，自動組網(wǎng)，其中地址碼小的一臺為主機，其余為從機。主機 將接收所有從機的信息,依據(jù)無功功率Q、功率因數(shù)入等電力參數(shù)，綜合分析判斷后發(fā)出命令，指揮各電力 電容器的投切。當(dāng)主機故障時會自動退出，系統(tǒng)重新自動組網(wǎng)，在其余從機中產(chǎn)生一臺新的主機;若從機 故障時自動退出不會影響其余從機的正常工作,避免了常規(guī)補償模式因控制器損壞而致使整個補償系統(tǒng) 停止工作的狀況，從而保證了補償裝置可靠運行。同時可根據(jù)實際無功補償容量的需要靈活調(diào)整電容 量，模塊投入與撤出不需設(shè)置，能自動更新配置。智能網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖3所示。

圖3 智能網(wǎng)絡(luò)示意圖

2智能集成電容器的優(yōu)勢分析
        智能集成電容器改進(jìn)了傳統(tǒng)補償裝置的不足,具有過零投切、智能網(wǎng)絡(luò)、分相補償、溫度保護(hù)、人機接 口、接線容易、增容方便、可靠性高、低功耗等突出優(yōu)點。
        (1)補償方式靈活，補償精度高。智能集成電容器組的補償方式可靈活采用共補、分補、混合補償優(yōu) 化組合，解決了低壓電網(wǎng)負(fù)荷的變化，三相負(fù)荷不平衡的無功功率補償?shù)膯栴}。三相嚴(yán)重不平衡的場 合，可選用共補、分補的混合補償方式，同時還可以搭配多種不同規(guī)格的電容量進(jìn)行混合補償，做到粗補、 細(xì)補兼顧，補償效果好。根據(jù)需要補償?shù)碾娙萘看笮∵x用單機或多機補償,容量小時用單機獨立補償，容 量大時用多機并聯(lián)補償。
        (2)積木結(jié)構(gòu)，接線簡單，擴(kuò)容方便。常規(guī)補償裝置每路差不多要用30根連接線，智能集成電容器模 塊化結(jié)構(gòu)，只要用3根連接線,比常規(guī)補償裝置減少的連接線，現(xiàn)場安裝、接線簡單,維護(hù)方便,接點能 耗小，柜內(nèi)溫升小。增加電容器的數(shù)量和容量配置調(diào)整方便,適應(yīng)用戶的實時擴(kuò)容需要。
        (3)智能組網(wǎng)功能。智能集成電容器補償系統(tǒng)為主從結(jié)構(gòu)，當(dāng)多臺智能電力電容器聯(lián)機工作時，將各 臺智能電力電容器的RS485通信接口連接起來，系統(tǒng)開始工作后就會自動組網(wǎng)。這種智能補償模式消除 了傳統(tǒng)補償裝置控制器的瓶頸現(xiàn)象，提高了補償裝置的可靠性。
        (4)溫度保護(hù)。智能集成電容器內(nèi)置有溫度傳感器，當(dāng)電力電容器體內(nèi)溫度大于溫度保護(hù)設(shè)定值時 會自動切除電力電容器⑶，達(dá)到保護(hù)電容器的目的，解決了電容器因溫度過高而出現(xiàn)漲肚的問題。
        (5)電能損耗小。智能集成電容器補償1 kvar要比傳統(tǒng)補償裝置減小能耗1W多；積木式結(jié)構(gòu)，體 積比常規(guī)補償裝置減少約50百分之,連接線也減少了約80百分之,因此觸點、連接導(dǎo)線、元器件等減少了損耗50百分之以上。

3智能集成電容器的應(yīng)用
        某農(nóng)村居住區(qū)1000多戶，低壓主干線損壓降較大,在家庭用電高峰時段電壓嚴(yán)重低于-10百分之 ,原來通 過采用調(diào)整變壓器的有載調(diào)壓檔位的措施來提高電壓，但是在非用電高峰時段電壓又嚴(yán)重高于+10百分之 ,造 成一些家用電器因電壓偏高而損壞。查明其原因是家庭用電器如空調(diào)、冰箱、風(fēng)扇、洗衣機等感性負(fù)荷導(dǎo) 致功率因數(shù)低于0.8,農(nóng)村用戶終端配電低壓無功補償嚴(yán)重不足。
        該居住區(qū)變壓器容量為1000 kVA,按變壓器容量的50百分之配置無功補償容量為500 kvar。因居民區(qū)大 都為照明、冰箱、空調(diào)、洗衣機等單相設(shè)備，選用HT-8C系列智能集成電容器，采用共補與分補的混合補償 方式，其中三相共補償容量占60百分之的總補償量為300 kvar,分相補償容量占40百分之的總補償量為200 kvar。 三相共補償智能集成電容器選用5臺電容容量(30+30)kvar(每臺有2組獨立投切的電容器組)，額定電壓 450 V,A形接線；分相補償智能集成電容器可選10臺，單臺總電容容量20 kvar,其中每相容量為6.67 kvar,額定電壓250 V,Y形接線，每相均可單獨控制投切。采用智能集成電容器補償后功率因數(shù)在0.92- 0.97之間，電壓控制在±10百分之之內(nèi)的范圍，有效地改善了農(nóng)村配電網(wǎng)低電壓的用電情況。

4安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹
4.1產(chǎn)品概述
        AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?br />        AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。
4.2產(chǎn)品選型
        AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

4.3產(chǎn)品實物展示

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

5結(jié)束語
        智能集成電容器采用了檢測、電力電子、過零投切、計算機和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，具有完善的測量、計算、 分析、控制、顯示、保護(hù)等功能⑹，多臺智能電力電容器聯(lián)機工作時，通過通信方式有機結(jié)合成一個整體，故 障時互不干擾。實踐證明，智能電力電容器解決了農(nóng)村配電網(wǎng)因無功造成低電壓的問題，保證了居住區(qū)的 電壓質(zhì)量，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，補償效果好，維護(hù)方便，使用壽命長，節(jié)能環(huán)保，適合大力推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：
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（3）安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版