淺談智能電力電容器在無功補(bǔ)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(bǔ)償一般使用傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置，存在運(yùn)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(duì)農(nóng)村家用電器為單相設(shè)備，負(fù)荷變動(dòng)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(bǔ)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(bǔ)償；農(nóng)村配電網(wǎng)；控制；智能
        隨著國(guó)家對(duì)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(dòng)大，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)損壞 用電設(shè)備，因此，農(nóng)村對(duì)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(bǔ)償裝置，在 380 V低壓母線上采用集中補(bǔ)償方式。傳統(tǒng)補(bǔ)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(bǔ)償柜體積大,安裝接線繁雜,維護(hù)困難,整機(jī)可靠性低，同時(shí)由一臺(tái)控制器控制 全部補(bǔ)償電容器的投切，當(dāng)控制器發(fā)生故障時(shí),整個(gè)補(bǔ)償設(shè)備停運(yùn)。這種補(bǔ)償模式存在控制器的瓶頸效應(yīng) 隱患問題，不能實(shí)現(xiàn)無功平衡和電壓穩(wěn)定。因此,傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置已無法滿足現(xiàn)代農(nóng)村用電負(fù)荷的迅速 增長(zhǎng)的需求，本文提出采用智能集成電容器無功補(bǔ)償模式,能實(shí)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(tái)或兩臺(tái)△形聯(lián)接或一臺(tái)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(cè)、電力電子、過零投切、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)計(jì)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(yùn)行參數(shù)，根據(jù)用戶的需求設(shè) 定的各電力運(yùn)行參數(shù)控制門閥通過 單片機(jī)判斷是否需要進(jìn)行電容器組 無功補(bǔ)償。微控制器STC89C53通過 RS-485通信可實(shí)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(shí) 時(shí)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(diǎn)的零壓降實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。由單片 機(jī)控制過零點(diǎn)投切開關(guān)實(shí)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(shí)，單片機(jī)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(yùn)行時(shí)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(yùn)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(dú)立電源組成 RS485通信電路。每臺(tái)智能集成電容器均有各自獨(dú)立的控制器，在多臺(tái)控制器聯(lián)機(jī)工作時(shí)，通過通信方式 有機(jī)結(jié)合成一個(gè)整體,能自動(dòng)分配ID地址，自動(dòng)組網(wǎng)，其中地址碼小的一臺(tái)為主機(jī)，其余為從機(jī)。主機(jī) 將接收所有從機(jī)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(jī)故障時(shí)會(huì)自動(dòng)退出，系統(tǒng)重新自動(dòng)組網(wǎng)，在其余從機(jī)中產(chǎn)生一臺(tái)新的主機(jī);若從機(jī) 故障時(shí)自動(dòng)退出不會(huì)影響其余從機(jī)的正常工作,避免了常規(guī)補(bǔ)償模式因控制器損壞而致使整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng) 停止工作的狀況，從而保證了補(bǔ)償裝置可靠運(yùn)行。同時(shí)可根據(jù)實(shí)際無功補(bǔ)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(dòng)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(shì)分析
        智能集成電容器改進(jìn)了傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置的不足,具有過零投切、智能網(wǎng)絡(luò)、分相補(bǔ)償、溫度保護(hù)、人機(jī)接 口、接線容易、增容方便、可靠性高、低功耗等突出優(yōu)點(diǎn)。
        (1)補(bǔ)償方式靈活，補(bǔ)償精度高。智能集成電容器組的補(bǔ)償方式可靈活采用共補(bǔ)、分補(bǔ)、混合補(bǔ)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(bǔ)償?shù)膯栴}。三相嚴(yán)重不平衡的場(chǎng) 合，可選用共補(bǔ)、分補(bǔ)的混合補(bǔ)償方式，同時(shí)還可以搭配多種不同規(guī)格的電容量進(jìn)行混合補(bǔ)償，做到粗補(bǔ)、 細(xì)補(bǔ)兼顧，補(bǔ)償效果好。根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)碾娙萘看笮∵x用單機(jī)或多機(jī)補(bǔ)償,容量小時(shí)用單機(jī)獨(dú)立補(bǔ)償，容 量大時(shí)用多機(jī)并聯(lián)補(bǔ)償。
        (2)積木結(jié)構(gòu)，接線簡(jiǎn)單，擴(kuò)容方便。常規(guī)補(bǔ)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(bǔ)償裝置減少的連接線，現(xiàn)場(chǎng)安裝、接線簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,接點(diǎn)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(shí)時(shí)擴(kuò)容需要。
        (3)智能組網(wǎng)功能。智能集成電容器補(bǔ)償系統(tǒng)為主從結(jié)構(gòu)，當(dāng)多臺(tái)智能電力電容器聯(lián)機(jī)工作時(shí)，將各 臺(tái)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(huì)自動(dòng)組網(wǎng)。這種智能補(bǔ)償模式消除 了傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置控制器的瓶頸現(xiàn)象，提高了補(bǔ)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(shí) 會(huì)自動(dòng)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(bǔ)償1 kvar要比傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置減小能耗1W多；積木式結(jié)構(gòu)，體 積比常規(guī)補(bǔ)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(diǎn)、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(shí)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(shí)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(jī)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(bǔ)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(bǔ)償容量為500 kvar。因居民區(qū)大 都為照明、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等單相設(shè)備，選用HT-8C系列智能集成電容器，采用共補(bǔ)與分補(bǔ)的混合補(bǔ)償 方式，其中三相共補(bǔ)償容量占60百分之的總補(bǔ)償量為300 kvar,分相補(bǔ)償容量占40百分之的總補(bǔ)償量為200 kvar。 三相共補(bǔ)償智能集成電容器選用5臺(tái)電容容量(30+30)kvar(每臺(tái)有2組獨(dú)立投切的電容器組)，額定電壓 450 V,A形接線；分相補(bǔ)償智能集成電容器可選10臺(tái)，單臺(tái)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(dú)控制投切。采用智能集成電容器補(bǔ)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(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)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(dòng)無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)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(dòng)尋找投入（切除）點(diǎn)，實(shí)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(shí)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(bǔ)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(cè)、電力電子、過零投切、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，具有完善的測(cè)量、計(jì)算、 分析、控制、顯示、保護(hù)等功能⑹，多臺(tái)智能電力電容器聯(lián)機(jī)工作時(shí)，通過通信方式有機(jī)結(jié)合成一個(gè)整體，故 障時(shí)互不干擾。實(shí)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(yùn)行穩(wěn)定可靠，補(bǔ)償效果好，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保，適合大力推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：
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