淺談智能低壓電容器在無(wú)功補償系統的應用

摘要：介紹了一種基于智能電容器的新式無(wú)功補償系統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(jìn)行了剖析，并與具體項目相結合，描繪了低壓無(wú)功補償的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：低壓無(wú)功補償智能電容器模塊化應用

0 引言

  近年來(lái)，隨著(zhù)電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)等的快速進(jìn)步，低壓電網(wǎng)無(wú)功補償正快速地向過(guò)零投切、智能化、模塊化方向發(fā)展，產(chǎn)品的質(zhì)量和性能有了大幅度提高，功能也日趨多元化。

傳統低壓無(wú)功補償系統由1只控制器、若干組電容器和投切開(kāi)關(guān)雜、可維護性差、各元件間單一連接，無(wú)法實(shí)現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(xiàn)復工作造成了不便。為此，在某音樂(lè )噴泉項目的無(wú)功補償系統中，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(guò)零投切開(kāi)關(guān)、保護部件等通過(guò)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(shí)現自適應通信，即插即用。各臺模塊通過(guò)通信方式結合成一個(gè)整體，工作時(shí)相互聯(lián)系，故障時(shí)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(kāi)關(guān)電路、線(xiàn)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、數據存儲等構成一個(gè)系統，集釆樣、運算、分析、控制、通信、人機交互、數據存儲于一體，與其它部件進(jìn)行數據交換，從而有效地協(xié)調整個(gè)智能電容的工作。同時(shí)，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據通過(guò)RS-485接口與外部設備通信以及與其它智能電容器、控制器或后臺監控系統進(jìn)行數據交換，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(kāi)關(guān)電路。晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路包含了可控硅過(guò)零檢測與觸發(fā)模塊、可控硅保護模塊、磁保持繼電器驅動(dòng)模塊及開(kāi)關(guān)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(shù)，利用可控硅的快速導通和磁保持繼電器觸點(diǎn)的零壓降實(shí)現互補，做到過(guò)零投切和低功耗運行。合閘時(shí)，該電路可實(shí)時(shí)檢測可控硅開(kāi)關(guān)兩端（即電力電容器與電網(wǎng)）的電壓差，當電壓差基本為0（相差小于3V）時(shí)，觸發(fā)可控硅導通，無(wú)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(guò)繼電器觸點(diǎn)接通主回路，降低開(kāi)關(guān)壓降；同時(shí)繼電器觸點(diǎn)通過(guò)永磁元件定位保持進(jìn)一步降低功耗。分閘時(shí)反之。

  （3）線(xiàn)路保護單元。線(xiàn)路保護單元由空氣開(kāi)關(guān)、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(guò)負荷、三相不平衡或內部短路等故障時(shí)，線(xiàn)路保護單元實(shí)時(shí)跳閘，以保護電網(wǎng)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(shù)脂材料灌封，罐內填充氮氣或蛭石，設置防爆裝置，無(wú)泄漏；內置溫度傳感器，把電容器的實(shí)時(shí)溫度信號傳送至智能測控單元，用作過(guò)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(gè)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(kāi)關(guān)，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(xiàn)，并通過(guò)3只獨立的可控硅復合開(kāi)關(guān)電路與電網(wǎng)三相相連，可做到每相單獨控制，從而實(shí)現分相補償功能。

  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(shí)具有和傳統補償類(lèi)似的控制器、投切開(kāi)關(guān)、電力電容器等部件，因此，它可以單獨接入電流取樣信號進(jìn)行無(wú)功補償。若單臺補償容量不夠時(shí)，可釆用多臺并聯(lián)來(lái)擴展補償容量，此時(shí)只需將聯(lián)機電纜線(xiàn)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(wú)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(wú)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(lái)實(shí)施，電容器選型見(jiàn)表1,一次系統圖如圖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；同時(shí)相同容量的電容器組又有多臺，可循環(huán)投切，延長(cháng)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(lè )噴泉項目一次系統圖

3 基于智能電容器的補償裝置特點(diǎn)

  （1） 電容組數多，補償精度高。補償系統共選擇智能電容器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，這是傳統無(wú)功補償裝置不可比擬的。由于組數越多，補償級差就越小，因此本項目中補償級差為lOkvar,也就是說(shuō)，一旦電網(wǎng)缺額無(wú)功功率大于lOkvar,就可進(jìn)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(wú)功值編碼投切，既保證了補償精度，又盡量讓電容器組動(dòng)作次數均等，延長(cháng)了使用壽命。

  (1)模塊體積小，節省安裝空間。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(kāi)關(guān)外，僅有智能電容器，整潔、美觀(guān)、可靠。

  （2） 系統化補償，提高可靠性。45臺智能電容器聯(lián)機工作，組成一個(gè)補償系統，釆用一主多從的的模式。每只智能電容器獨立釆樣，并把數據傳送至主機進(jìn)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。從機出現故障時(shí)，自動(dòng)退出補償系統，不影響其它智能電容器工作；主機出現故障時(shí)，也自動(dòng)退出補償系統，由剩下的從機再次自動(dòng)選舉產(chǎn)生一個(gè)主機。任何一臺智能電容器出現故障，不論是主機還是從機，整個(gè)補償系統僅補償容量減小，不影響正常運行，避免了傳統無(wú)功補償系統中的控制器一旦損壞則整個(gè)補償系統癱瘓的情況。

  （3） 模塊化組裝，標準化生產(chǎn)。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(chǎng)生產(chǎn)時(shí)，只需把智能電容器安裝固定，從柜內刀熔隔離開(kāi)關(guān)下端頭引出母線(xiàn)接入一次回路端頭，再把二次聯(lián)機電纜線(xiàn)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(wú)功功率自動(dòng)補償控制器”形成一個(gè)通信系統即可。這就省去了復雜的二次線(xiàn)路，有利于標準化生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)環(huán)節故障率。

  （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(gè)別模塊出現故障退出補償系統時(shí)，可直接拆除換備用元件以便維修；當系統補償容量不夠時(shí)，可直接增加智能電容器，而不需要考慮控制器的接口數量及繁雜的電容、開(kāi)關(guān)、保護元件等散件的安裝與接線(xiàn)。

4 安科瑞AZC/AZCL智能電容器介紹及選型

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 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)

  基于智能電容器的新式低壓無(wú)功補償裝置是傳統無(wú)功 補償裝置的一種變革，是現代電力電子技術(shù)、檢測技術(shù)、 微電子技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)發(fā)展的必然成果。它 不僅通過(guò)模塊化設計實(shí)現了裝置的小型化，方 便了設備的運維；而且通過(guò)模塊間的通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了整 個(gè)系統的相互配合和獨立運行，體現了智能化、標準化、高性能的特點(diǎn)。

參考文獻：

【1】郭國方.無(wú)功補償在城市配網(wǎng)中的應用【J】.電網(wǎng)技術(shù).2007.31（增刊1）:229.230

【2】魏林，基于智能電容器的新式無(wú)功補償系統的應用研究

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版