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安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:介紹了一種基于智能電容器的新式無功補償系統(tǒng)在工程項目中的應用,從結構和功能上對該智能電力電容器模塊進行了剖析,并與具體項目相結合,描繪了低壓無功補償?shù)陌l(fā)展方向。
關鍵詞:低壓無功補償智能電容器模塊化應用
0 引言
近年來,隨著電力電子技術、微電子技術、計算機技術、通信技術等的快速進步,低壓電網無功補償正快速地向過零投切、智能化、模塊化方向發(fā)展,產品的質量和性能有了大幅度提高,功能也日趨多元化。
傳統(tǒng)低壓無功補償系統(tǒng)由1只控制器、若干組電容器和投切開關雜、可維護性差、各元件間單一連接,無法實現(xiàn)整機的自我診斷以及每組電容器電流及溫度的保護,給運維以及一些保護部件在低壓電氣柜內組合而成口,整柜元件多、體積大、安裝接線復工作造成了不便。為此,在某音樂噴泉項目的無功補償系統(tǒng)中,引入了模塊化、智能化的理念,并采用智能電容器模塊作為補償主體。智能電容器是把1組電容器本體、過零投切開關、保護部件等通過智能測控單元有機的結合,組成補償模塊。模塊自身、模塊間、模塊與控制器均可以實現(xiàn)自適應通信,即插即用。各臺模塊通過通信方式結合成一個整體,工作時相互聯(lián)系,故障時互不干擾,做到了智能控制。
1 智能電容器模塊的電氣結構與原理
如圖1、圖2所示,智能電容器模塊由智能測控單元、晶閘管復合開關電路、線路保護單元、2臺△型(三相補償)或1臺Y型(分相補償)低壓電力電容器構成,它們各自獨立工作又互相聯(lián)系。
(1)智能測控單元。智能測控單元以工業(yè)級DSP為核心,同AD轉換、CAN-BUS通信、LCD顯示、數(shù)據存儲等構成一個系統(tǒng),集釆樣、運算、分析、控制、通信、人機交互、數(shù)據存儲于一體,與其它部件進行數(shù)據交換,從而有效地協(xié)調整個智能電容的工作。同時,智能測控單元還集成了外部通信功能,可以把本機的運行工況和測量數(shù)據通過RS-485接口與外部設備通信以及與其它智能電容器、控制器或后臺監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據交換,做到了透明化、智能化和模塊化。
圖1三相補償式智能電容器模塊電氣原理圖
圖2分相補償式智能電容器模塊電氣原理圖
(2)可控硅復合開關電路。晶閘管復合開關電路包含了可控硅過零檢測與觸發(fā)模塊、可控硅保護模塊、磁保持繼電器驅動模塊及開關故障檢測模塊。電路采用電力電子可控硅與大功率磁保持繼電器復合技術,利用可控硅的快速導通和磁保持繼電器觸點的零壓降實現(xiàn)互補,做到過零投切和低功耗運行。合閘時,該電路可實時檢測可控硅開關兩端(即電力電容器與電網)的電壓差,當電壓差基本為0(相差小于3V)時,觸發(fā)可控硅導通,無沖擊涌流,做到柔性投入;之后,磁保持繼電器吸合,短路可控硅的兩端電,通過繼電器觸點接通主回路,降低開關壓降;同時繼電器觸點通過永磁元件定位保持進一步降低功耗。分閘時反之。
(3)線路保護單元。線路保護單元由空氣開關、快速熔斷器及電流檢測回路組成。此單元旨在保護智能電容器整機,當智能電容器發(fā)生過負荷、三相不平衡或內部短路等故障時,線路保護單元實時跳閘,以保護電網不受影響。
(4)電力電容器。電力電容器采用干式自愈式金屬化薄膜電容器,使用高溫薄膜卷繞、環(huán)氧樹脂材料灌封,罐內填充氮氣或蛭石,設置防爆裝置,無泄漏;內置溫度傳感器,把電容器的實時溫度信號傳送至智能測控單元,用作過溫保護判據。
2 智能電容器的應用研究
智能電容器模塊有三相補償和分相補償兩個系列,可按8:4:2:1的容量配比原則分為不同容量等級的多種模塊。三相補償模塊內部設有2組△型電力電容器和2組投切開關,可單獨投切,提高了補償精度;分相補償模塊內部有3只單相電力電容器,釆用Y型連接,并接到零線,并通過3只獨立的可控硅復合開關電路與電網三相相連,可做到每相單獨控制,從而實現(xiàn)分相補償功能。
由于智能電容器具備完整的測量、分析、控制、保護等功能,同時具有和傳統(tǒng)補償類似的控制器、投切開關、電力電容器等部件,因此,它可以單獨接入電流取樣信號進行無功補償。若單臺補償容量不夠時,可釆用多臺并聯(lián)來擴展補償容量,此時只需將聯(lián)機電纜線相互連接即可。
本項目中的變壓器容量為2500kVA,按變壓器容量配置的無功功率補償容量為1250kvar??紤]到項目中大量釆用照明等單相設備,因此在總無功補償中配置約的分相補償電容器,即總補償容量為1250kvar,其中三相補償電容為750kvar,分相補償電容為500kvaro分別采用三相補償和分相補償智能電容器模塊為主體來實施,電容器選型見表1,一次系統(tǒng)圖如圖3所示。
表1智能電容器配置表
FST-QMZS(S)/450-20.20型為三相補償智能電容器,其額定電壓為450V;電容容量(20.20)表示1臺智能電容器有2組可獨立投切的電容器組,分別為20kvar和20kvar,同理,(20.10)表示2組電容器組分別為20kvar和lOkvar。FST-QMZF(S)/250-20型智能電容為分相補償智能電容器,其額定電壓為250V,Y型連接,三相總容量為20kvar,每相為6.67kvar,且每相可單獨控制投切。由上述選型可知三相電容器共有40組,其中20kvar的為35組,lOkvar的為5組,這樣配置可按1:2編碼投切,以提高精度;同時相同容量的電容器組又有多臺,可循環(huán)投切,延長了使用壽命。
CS-三相補標式智能電容器;CF—分相補慘式督能電容保護控制器
圖3音樂噴泉項目一次系統(tǒng)圖
3 基于智能電容器的補償裝置特點
(1) 電容組數(shù)多,補償精度高。補償系統(tǒng)共選擇智能電容器45臺,其中三相補償智能電容器20臺共40組,分相補償智能電容器25臺共75組,這是傳統(tǒng)無功補償裝置不可比擬的。由于組數(shù)越多,補償級差就越小,因此本項目中補償級差為lOkvar,也就是說,一旦電網缺額無功功率大于lOkvar,就可進行補償,補償精度是變壓器容量的1/250。多組容量相等的電容器按循環(huán)投切,容量不等的則按無功值編碼投切,既保證了補償精度,又盡量讓電容器組動作次數(shù)均等,延長了使用壽命。
(1)模塊體積小,節(jié)省安裝空間。智能電容器340mmX85mmX305mm的尺寸可采用刀片式安裝方式,在電氣柜內安裝上下兩層,每層安裝8只智能電容器??蛇x3只800mmX1000mmX2350mm的GCS柜,就可裝下45臺智能電容器,且柜內除了刀熔隔離開關外,僅有智能電容器,整潔、美觀、可靠。
(2) 系統(tǒng)化補償,提高可靠性。45臺智能電容器聯(lián)機工作,組成一個補償系統(tǒng),釆用一主多從的的模式。每只智能電容器獨立釆樣,并把數(shù)據傳送至主機進行分析,主機發(fā)出控制命令控制45臺智能電容器有序投切。從機出現(xiàn)故障時,自動退出補償系統(tǒng),不影響其它智能電容器工作;主機出現(xiàn)故障時,也自動退出補償系統(tǒng),由剩下的從機再次自動選舉產生一個主機。任何一臺智能電容器出現(xiàn)故障,不論是主機還是從機,整個補償系統(tǒng)僅補償容量減小,不影響正常運行,避免了傳統(tǒng)無功補償系統(tǒng)中的控制器一旦損壞則整個補償系統(tǒng)癱瘓的情況。
(3) 模塊化組裝,標準化生產。智能電容器二次回路及電流互感器配件均采用標準接口拔插式設計。在成套設備廠生產時,只需把智能電容器安裝固定,從柜內刀熔隔離開關下端頭引出母線接入一次回路端頭,再把二次聯(lián)機電纜線安插到位,讓智能電容器之間、智能電容器與其配件“電容投切狀態(tài)指示器”和“無功功率自動補償控制器”形成一個通信系統(tǒng)即可。這就省去了復雜的二次線路,有利于標準化生產,降低了生產環(huán)節(jié)故障率。
(4)模塊化使用,易維護擴容。智能電容器二次接口釆用標準接口拔插式設計,當個別模塊出現(xiàn)故障退出補償系統(tǒng)時,可直接拆除更換備用元件以便維修;當系統(tǒng)補償容量不夠時,可直接增加智能電容器,而不需要考慮控制器的接口數(shù)量及繁雜的電容、開關、保護元件等散件的安裝與接線。
4 安科瑞AZC/AZCL智能電容器介紹及選型
4.1產品概述
AZC/AZCL系列智能電容器是應用于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)和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元,晶閘管復合開關電路,線路保護單元,兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規(guī)由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導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,維護方便,使用壽命長,可靠性高的特點,適應現(xiàn)代電網對無功補償?shù)母咭蟆?/p>
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。通過內部晶閘管復合開關電路,自動尋找投入(切除)點,實現(xiàn)過零投切,具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。
4.2 AZC系列智能電容器選型:
AZCL系列智能電容器選型:
4.3產品實物展示
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 結束語
基于智能電容器的新式低壓無功補償裝置是傳統(tǒng)無功 補償裝置的一種變革,是現(xiàn)代電力電子技術、檢測技術、 微電子技術、計算機和網絡通信技術發(fā)展的必然成果。它 不僅通過模塊化設計實現(xiàn)了裝置的小型化,方 便了設備的運維;而且通過模塊間的通信網絡,實現(xiàn)了整 個系統(tǒng)的相互配合和獨立運行,體現(xiàn)了智能化、標準化、高性能的特點。
參考文獻:
【1】郭國方.無功補償在城市配網中的應用【J】.電網技術.2007.31(增刊1):229.230
【2】魏林,基于智能電容器的新式無功補償系統(tǒng)的應用研究
【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2019.11版