淺談智能電力電容器在無(wú)功補償中的應用

要：目農村配電網(wǎng)無(wú)功補償一般使用傳統無(wú)功補償裝置，存在運行可靠性低、容量配置調 整困難、安裝接線(xiàn)復雜、維護困難、控制技術(shù)落后等問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足現代農村用電負荷迅速劇增的 需求。針對農村家用電器為單相設備，負荷變動(dòng)大，三相負荷不平衡，終端電壓低的供電現狀，提 出采用智能集成電容器混合補億方式，解決了農村低壓配電網(wǎng)因無(wú)功功率缺乏導致低電壓的問(wèn) 題，保證了村民居住區的電壓質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：電容器；無(wú)功補償；農村配電網(wǎng)；控制；智能
        隨著(zhù)國家對農村建設的大力支持,農村生活條件不斷改善,用電量也不斷加大,逐漸暴露出農村低電 壓的現象；以及大量單相家用電器設備使用,將導致三相負荷不平衡，配電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，嚴重時(shí)則會(huì )損壞 用電設備，因此，農村對電壓質(zhì)量的要求也越來(lái)越高?，F農村配電網(wǎng)大部分仍使用傳統無(wú)功補償裝置，在 380 V低壓母線(xiàn)上采用集中補償方式。傳統補償裝置由控制器、交流接觸器或復合開(kāi)關(guān)、△形聯(lián)接的電容 器、保護器件等組成館。補償柜體積大,安裝接線(xiàn)繁雜,維護困難,整機可靠性低，同時(shí)由一臺控制器控制 全部補償電容器的投切，當控制器發(fā)生故障時(shí),整個(gè)補償設備停運。這種補償模式存在控制器的瓶頸效應 隱患問(wèn)題，不能實(shí)現無(wú)功平衡和電壓穩定。因此,傳統無(wú)功補償裝置已無(wú)法滿(mǎn)足現代農村用電負荷的迅速 增長(cháng)的需求，本文提出采用智能集成電容器無(wú)功補償模式,能實(shí)現智能控制,解決農村配電網(wǎng)因無(wú)功功率 不足導致低電壓的問(wèn)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)參數采樣、智能網(wǎng)絡(luò )、智能控制器、過(guò)零投切、電力電容器、線(xiàn)路保護等單 元組成。智能集成電容器一般分為上、下分體式模塊結構，模塊組裝、拆卸很方便。上方模塊由投切開(kāi)關(guān)、 智能控制器、線(xiàn)路保護等單元構成⑵；下方模塊由一臺或兩臺△形聯(lián)接或一臺Y形聯(lián)接電力電容器構成。 智能集成電容器采用了現代檢測、電力電子、過(guò)零投切、自動(dòng)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、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(guò)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，経DSP實(shí)時(shí)計算出無(wú)功功率Q、功率因數X、有功功率P、頻率f、電容值C等電力運行參數，根據用戶(hù)的需求設 定的各電力運行參數控制門(mén)閥通過(guò) 單片機判斷是否需要進(jìn)行電容器組 無(wú)功補償。微控制器STC89C53通過(guò) RS-485通信可實(shí)現與處理器DSP之 間的高速數據交換，以滿(mǎn)足系統的實(shí) 時(shí)性要求。

圖1智能集成電容器的組成框圖

1.2過(guò)零投切
        智能集成電容器過(guò)零投切開(kāi)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(xiàn)路保護器件等 組成。電路采用電力電子技術(shù)和過(guò)零投切技 術(shù)，利用雙向晶閘管的快速導通和大功率磁 保持繼電器接點(diǎn)的零壓降實(shí)現互補。由單片 機控制過(guò)零點(diǎn)投切開(kāi)關(guān)實(shí)現電力電容器的投 切，在雙向晶閘管兩端電壓為零或電流過(guò)零 時(shí)，單片機發(fā)出觸發(fā)脈沖導通或斷開(kāi)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(kāi)關(guān)投切瞬間導通工作，大功 率磁保持繼電器則在正常運行時(shí)保持通斷狀 態(tài)，這樣確保電力電容器在投切過(guò)程中無(wú)沖 擊電流、電弧、過(guò)電壓產(chǎn)生，低能耗運行。過(guò) 零投切系統圖如圖2所示。

圖2過(guò)零投切系統圖

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(shí)，通過(guò)通信方式 有機結合成一個(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為主機，其余為從機。主機 將接收所有從機的信息,依據無(wú)功功率Q、功率因數入等電力參數，綜合分析判斷后發(fā)出命令，指揮各電力 電容器的投切。當主機故障時(shí)會(huì )自動(dòng)退出，系統重新自動(dòng)組網(wǎng)，在其余從機中產(chǎn)生一臺新的主機;若從機 故障時(shí)自動(dòng)退出不會(huì )影響其余從機的正常工作,避免了常規補償模式因控制器損壞而致使整個(gè)補償系統 停止工作的狀況，從而保證了補償裝置可靠運行。同時(shí)可根據實(shí)際無(wú)功補償容量的需要靈活調整電容 量，模塊投入與撤出不需設置，能自動(dòng)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智能集成電容器的勢分析
        智能集成電容器改進(jìn)了傳統補償裝置的不足,具有過(guò)零投切、智能網(wǎng)絡(luò )、分相補償、溫度保護、人機接 口、接線(xiàn)容易、增容方便、可靠性高、低功耗等突出點(diǎn)。
        (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 化組合，解決了低壓電網(wǎng)負荷的變化，三相負荷不平衡的無(wú)功功率補償的問(wèn)題。三相嚴重不平衡的場(chǎng) 合，可選用共補、分補的混合補償方式，同時(shí)還可以搭配多種不同規格的電容量進(jìn)行混合補償，做到粗補、 細補兼顧，補償效果好。根據需要補償的電容量大小選用單機或多機補償,容量小時(shí)用單機獨立補償，容 量大時(shí)用多機并聯(lián)補償。
        (2)積木結構，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，擴容方便。常規補償裝置每路差不多要用30根連接線(xiàn)，智能集成電容器模 塊化結構，只要用3根連接線(xiàn),比常規補償裝置減少的連接線(xiàn)，現場(chǎng)安裝、接線(xiàn)簡(jiǎn)單,維護方便,接點(diǎn)能 耗小，柜內溫升小。增加電容器的數量和容量配置調整方便,適應用戶(hù)的實(shí)時(shí)擴容需要。
        (3)智能組網(wǎng)功能。智能集成電容器補償系統為主從結構，當多臺智能電力電容器聯(lián)機工作時(shí)，將各 臺智能電力電容器的RS485通信接口連接起來(lái)，系統開(kāi)始工作后就會(huì )自動(dòng)組網(wǎng)。這種智能補償模式消除 了傳統補償裝置控制器的瓶頸現象，提高了補償裝置的可靠性。
        (4)溫度保護。智能集成電容器內置有溫度傳感器，當電力電容器體內溫度大于溫度保護設定值時(shí) 會(huì )自動(dòng)切除電力電容器⑶，達到保護電容器的目的，解決了電容器因溫度過(guò)高而出現漲肚的問(wèn)題。
        (5)電能損耗小。智能集成電容器補償1 kvar要比傳統補償裝置減小能耗1W多；積木式結構，體 積比常規補償裝置減少約50百分之,連接線(xiàn)也減少了約80百分之,因此觸點(diǎn)、連接導線(xiàn)、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用
        某農村居住區1000多戶(hù)，低壓主干線(xiàn)損壓降較大,在家庭用電高峰時(shí)段電壓嚴重低于-10百分之 ,原來(lái)通 過(guò)采用調整變壓器的有載調壓檔位的措施來(lái)提高電壓，但是在非用電高峰時(shí)段電壓又嚴重高于+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、冰箱、風(fēng)扇、洗衣機等感性負荷導 致功率因數低于0.8,農村用戶(hù)終端配電低壓無(wú)功補償嚴重不足。
        該居住區變壓器容量為1000 kVA,按變壓器容量的50百分之配置無(wú)功補償容量為500 kvar。因居民區大 都為照明、冰箱、空調、洗衣機等單相設備，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(xiàn)；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(xiàn)，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在0.92- 0.97之間，電壓控制在±10百分之之內的范圍，有效地改善了農村配電網(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用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ幱扇劢z、復合開(kāi)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和柜面由導線(xiàn)連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補償裝置。具有體積小，功耗低，維護方便，使用壽命長(cháng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的高要求。
        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(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過(guò)內部晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護、缺相保護、過(guò)諧保護、過(guò)溫保護等保護功能。
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(wú)功補償裝置智能電容方案

5結束語(yǔ)
        智能集成電容器采用了檢測、電力電子、過(guò)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、保護等功能⑹，多臺智能電力電容器聯(lián)機工作時(shí)，通過(guò)通信方式有機結合成一個(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村配電網(wǎng)因無(wú)功造成低電壓的問(wèn)題，保證了居住區的 電壓質(zhì)量，設備運行穩定可靠，補償效果好，維護方便，使用壽命長(cháng)，節能環(huán)保，適合大力推廣應用。

參考文獻：
（1）趙新衛，張紹通,楊偉杰，等.智能電容器多路階梯式補償裝置現場(chǎng)應用分析[J].電力電容器與無(wú)功補償,2015(1)： 11-14.
（2）王祝華，曾龍海 ,楊祖雄，智能電容器在農村配電網(wǎng)無(wú)功補償中的應用
（3）安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版