蔣超萍

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：文章針對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置中存在的諸多問(wèn)題，充分響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)召，提出 了智能化、模塊化的無(wú)功補(bǔ)償單元，對(duì)集成采樣單元、運(yùn)算單元、投切單元、電容器單元于一體的智能低壓電容器進(jìn)行詳細(xì)介紹，闡述了該技術(shù)在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能；集成；模塊；微機(jī)技術(shù)；節(jié)能

0、引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高, 對(duì)電力工業(yè)的增長(zhǎng)方式提出了新的要求。電力工業(yè)發(fā)展在保持適度增長(zhǎng)的同時(shí)，須切實(shí)轉(zhuǎn)變電力增長(zhǎng)方式，實(shí)現(xiàn)從重視增加數(shù)量和規(guī)模到重視提高質(zhì)量和效率的轉(zhuǎn)變。提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，加強(qiáng)電網(wǎng)的優(yōu)化控制成為目前電力系統(tǒng)的重要任務(wù)。2006年*公司文件“國(guó)家電網(wǎng)科(2006)324號(hào)”《關(guān)于印發(fā)<*公司新技術(shù)推廣綱本>的通知》指出“十一五”期間，公司將大力推廣應(yīng)用小型化、少占地、絕緣化、無(wú)油化、少維護(hù)、節(jié)能 降耗、信息集成、智能型、節(jié)能型設(shè)備。2007年5月，南方電網(wǎng)公司也召開(kāi)節(jié)能降耗工作電視dian話(huà)會(huì)議，貫徹落實(shí)全國(guó)節(jié)能減排工作電視dian話(huà)會(huì)議精神, 明確南方電網(wǎng)公司節(jié)能降耗的主要任務(wù)。提岀在“十一五”期間，要優(yōu)化、完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提髙電網(wǎng)輸電能力和利用效率，降低輸配電損耗。到2010年, 全網(wǎng)綜合線損率達(dá)到6.3%。

因此，開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足以上節(jié)能降耗要求的智能低壓電容器具有重要的意義。

1、開(kāi)發(fā)背景

目前多數(shù)電網(wǎng)的線損中，由于解決無(wú)功補(bǔ)償嚴(yán)重不足，配網(wǎng)線損占了相當(dāng)大的比例。按“全面規(guī)劃、合理部局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”的原則，開(kāi)發(fā)應(yīng)用新型低壓無(wú)功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡，以降低線損,是有效提高供電質(zhì)量的手段°

為了建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出了“十一五”期間單位 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)能耗降低20%左右等一系列資源節(jié)約的約束性指標(biāo)。提出了加強(qiáng)資源節(jié)約和循環(huán)利用技術(shù)的科技攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化，開(kāi)發(fā)和推廣資源節(jié)約和綜合利用技術(shù),加快資源節(jié)約新技術(shù)、新產(chǎn)品和新材料的推廣應(yīng)用。電力系統(tǒng)無(wú)功平衡，特別是配網(wǎng)系統(tǒng)的無(wú)功平衡，是降低電力線路損耗、提高供電質(zhì)量的較為直接、有效的技術(shù)手段。

現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償多是采用一臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償控制器來(lái)控制多臺(tái)電容器完成投切，這種控制結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但在使用過(guò)程中如若配變測(cè)控終端出現(xiàn)故障，那么電容器將無(wú)法繼續(xù)使用，影響供電系統(tǒng)的正常供電，同時(shí)現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償箱還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電路連接凌亂、體積大、維護(hù)復(fù)雜等問(wèn)題。

智能低壓電器是電力系統(tǒng)邁向智能化的基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著微機(jī)電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外智能電器得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。電器向集成化、模塊化、智能化型式發(fā)展。智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、可靠性、可用性、可維性、節(jié)能、環(huán)保、安全成為智能電器發(fā)展的主流。智能低壓電容器正是在智能電器總體發(fā)展柜架上開(kāi)發(fā)出來(lái)的全新一代低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置。它由測(cè)控單元、晶閘管復(fù)合投切單元、保護(hù)單元及電力電容器等組成，跨越性的替代原來(lái)由智能控制器、熔絲、復(fù)合開(kāi)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)線連接而組成的無(wú)功補(bǔ)償成套裝置。改變了傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置落后的控制器技術(shù)和落后的機(jī)械式接觸器或機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)作為投切電容器的投切技術(shù)，改變了傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，從而使新一代低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備具有補(bǔ)償效果更好、功耗更低、體積更小、節(jié)約成本更多、使用更靈活、維護(hù)更方便、 使用壽命更長(zhǎng)、可靠性更高的特點(diǎn)，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

2、智能低壓電容器的結(jié)構(gòu)

智能低壓電容器給電網(wǎng)提供一種體積小、可獨(dú)立進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹悄芑娖?，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。它包括智能電容器外殼，在外殼內(nèi)集成有低壓塑殼斷路器、晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)、智能測(cè)控單元和低壓自愈電容器,并且在外殼上裝設(shè)有進(jìn)線端和出線端。

智能低壓電容器原理圖如圖1，綜合測(cè)控單元是智能低壓電容的核心，給智能電容器的晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)提供投切依據(jù)、下達(dá)投切命令、監(jiān)測(cè)電容器溫度、監(jiān)測(cè)電路工作狀況等，并將智能低壓電容器的運(yùn)行工況和采樣數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線(RS485) 接口向上一級(jí)傳輸設(shè)備上傳，終可到達(dá)用戶(hù)的后臺(tái)管理系統(tǒng)。

3、智能低壓電容器的功能

與現(xiàn)有傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)比較,智能低壓電容器自身就具備對(duì)采集信號(hào)的處理和執(zhí)行能力，在配變測(cè)控終端出現(xiàn)故障時(shí)還可繼續(xù)穩(wěn)定準(zhǔn)確工作，實(shí)現(xiàn)低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償功能，個(gè)別電容器故障后自動(dòng) 退出，并不影響其余電容器工作；智能低壓電容器的進(jìn)線端和出線端為插拔式接線端，這樣可以方便線路連接，提高安裝維修速度。測(cè)控單元可對(duì)各臺(tái)電容器的內(nèi)部溫度和各臺(tái)電容器的三相電流進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各臺(tái)電容器的過(guò)溫保護(hù)和過(guò)流、斷相、三相不平衡、漏電流保護(hù)，并能實(shí)現(xiàn)從控制器、開(kāi)關(guān)電器到電容器的完整的自診斷功能。電容器的過(guò)溫度反映電容器的工作過(guò)電壓、過(guò)諧波、環(huán)境過(guò)溫和本身漏電流等情況，設(shè)置過(guò)溫度保護(hù)有效地延長(zhǎng)電容器的使用壽命。完整的自診斷功能減少用戶(hù)的運(yùn)行xun視工作量和方便對(duì)設(shè)備故障的自行查找和處理；且具有零投切功能，即電壓過(guò)零電容器投入、電流過(guò)零電容器切除，達(dá)到可靠投切100萬(wàn)次。同時(shí)具有體積小，節(jié)能、擴(kuò)展方便等*性，在經(jīng)濟(jì)條件受到制約時(shí)還可不安裝配變測(cè)控終端獨(dú)立使用，有很好的使用和推廣價(jià)值。

補(bǔ)償裝置具備三相共補(bǔ)、單相分補(bǔ)和單、三相混合補(bǔ)償功能，共補(bǔ)容量和分補(bǔ)容量不局限于控制路數(shù)，組數(shù)可達(dá)到40組，可任意結(jié)合，在電壓不平衡時(shí)候，無(wú)功補(bǔ)償成套裝置可通過(guò)改變共補(bǔ)容量和分補(bǔ)容量的配置，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況增加或減少共補(bǔ)或分補(bǔ)電容器的容量，讓其更適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)情況的變化，更有效的改善三相不平衡。

3.1*的無(wú)功補(bǔ)償算法，防投切振蕩

智能低壓電容器能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并計(jì)算配電變壓器低壓側(cè)無(wú)功缺額、電壓值、電壓電流的諧波含 有率，按配電變壓器低壓側(cè)無(wú)功需量作判斷依據(jù)，以電壓值為邊界，諧波含有率作為約束條件，諧波含有率、溫度等作為保護(hù)條件自動(dòng)投切電容器，可有效的避免輕載投切振蕩以及重載高功率因數(shù)情況下的欠補(bǔ)。模糊算法優(yōu)化的循環(huán)投切，提高裝置的使用壽命對(duì)影響電容器使用壽命參量投切次數(shù)、工作時(shí)間、 溫度等設(shè)定相應(yīng)的權(quán)重，每次投切前都重新計(jì)算權(quán)重,根據(jù)新的權(quán)重確定投切的電容器。

測(cè)控單元檢測(cè)到線路需要補(bǔ)償無(wú)功功率或減少無(wú)功功率時(shí)，在滿(mǎn)足相關(guān)約束條件后進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償投切

Umin≤Ui≤Umax

Tmin≤Ti≤Tmax

式中  Umin----電壓下限

Umax----電壓上限

Tmin----電容器溫度下限

Tmax----電容器溫度上限

3.2晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)過(guò)零投切

每次投切都是在電壓為零的時(shí)候投入，在電流 為零的時(shí)候切除。投切無(wú)涌流，減緩電容器的容量衰減。零投切與非零投切對(duì)電容器衰減率的影響如圖2。

3.3智能化網(wǎng)絡(luò)

智能低壓電容器組網(wǎng)示意圖如圖3所示。智能低壓電容器作為無(wú)功投切的主控單元，能夠通過(guò)內(nèi)部單片機(jī)及三相獨(dú)立釆樣技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)組網(wǎng)，并生成控制主機(jī)。無(wú)功補(bǔ)償控制主機(jī)的冗余設(shè)計(jì)，保證 無(wú)功補(bǔ)償可靠運(yùn)行。模塊化設(shè)計(jì)及自動(dòng)組網(wǎng)方式， 使得無(wú)功配置改變靈活，方便維護(hù)，可根據(jù)配變運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償投切。

智能低壓電容器網(wǎng)絡(luò)中任意一臺(tái)損壞退出運(yùn)行時(shí),其余智能低壓電容器能夠再次自動(dòng)組網(wǎng)，生成控 制主機(jī)，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償智能投切，不影響其他電容器的正常運(yùn)行，既保證裝置的運(yùn)行可靠性，也使得裝置后期可根據(jù)實(shí)際的無(wú)功缺額靈活調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償容量。加入和退岀智能電容器不需任何設(shè)置,裝置自動(dòng)更新配置，*瓶頸，可靠性高。

為了減小投切步長(zhǎng)，使補(bǔ)償級(jí)數(shù)更多，每一臺(tái)共補(bǔ)智能低壓電容器內(nèi)部由2只容量不一定相同的△ 接法電容器C1、C2組成，對(duì)ABC三相進(jìn)行步長(zhǎng)；每一臺(tái)分補(bǔ)電容器由一臺(tái)Y接法電容器組成，C1、C2、C3分別對(duì)A、B、C三相進(jìn)行補(bǔ)償。整個(gè)微機(jī)電容器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可以連接40組電容器，若按每臺(tái)智能低壓電容器容量40kvar算，則可以達(dá)到1600kvar，這是局限于控制器控制回路數(shù)的傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償不可比擬的。

3.4準(zhǔn)確的狀態(tài)檢測(cè)和故障定位

每只智能低壓電容器內(nèi)部都有開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)及電容器內(nèi)部溫度檢測(cè)的傳感器。

當(dāng)智能低壓電容器溫度傳感器檢測(cè)到溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)(溫度檢測(cè)的精度為±1℃)，過(guò)溫電容器迅速切除并過(guò)溫閉鎖，直到溫度低于安全值?？稍诂F(xiàn)場(chǎng)和主站清楚的査看過(guò)溫電容器所在臺(tái)變，并能 夠準(zhǔn)確的定位岀裝置中的過(guò)溫智能低壓電容器，便于運(yùn)行維護(hù)人員準(zhǔn)確的了解無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行 工況。

對(duì)于開(kāi)關(guān)每次投切，開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)傳感器都將檢測(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，確保開(kāi)關(guān)狀態(tài)真實(shí)。如岀現(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)與命令狀態(tài)不一致，重試后還不成功，將閉鎖該開(kāi)關(guān)，并上報(bào)該開(kāi)關(guān)故障。可在現(xiàn)場(chǎng)和主站清楚的査看故障開(kāi)關(guān)所在臺(tái)變，并能夠準(zhǔn)確的定位出裝置中的故障開(kāi)關(guān)，便于運(yùn)行維護(hù)人員準(zhǔn)確的了解無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行工況。

3.5完整的保護(hù)功能

過(guò)壓保護(hù)：電網(wǎng)過(guò)壓時(shí)切除電容并閉鎖裝置；

欠壓保護(hù)：電網(wǎng)欠壓時(shí)切除電容并閉鎖裝置；

過(guò)壓加速：電網(wǎng)過(guò)壓，所有電容器在60秒內(nèi)切除完畢；

缺相保護(hù)及閉鎖；

輕載保護(hù)及閉鎖；

零序電流越限閉鎖；

電壓總諧波畸變率越限閉鎖；

電流總諧波畸變率越限閉鎖；

過(guò)溫保護(hù)：電容器內(nèi)部溫度超過(guò)設(shè)定值,切除并閉鎖電容器；

失壓保護(hù)：成套裝置失壓后，重新上電，所有電容器處于切除狀態(tài)；

裝置內(nèi)部、裝置執(zhí)行回路故障閉鎖。

在毎種閉鎖告警事件發(fā)生時(shí)，智能電容器都可將閉鎖告警類(lèi)型、發(fā)生時(shí)間、告警狀態(tài)通過(guò)GPRS通訊傳給主站分析使用，解決了傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償難以管理的弊端。

4、智能低壓電容器與傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的比較

智能低壓電容器與傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置一樣，均用于低壓供電的無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償，二者除了結(jié)構(gòu)模式存在根本差別和前者具備更多功能之外，智能式低壓電力電容器還有以下特點(diǎn)。

智能低壓電容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、體積小，容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，同時(shí)流水線生產(chǎn)容易、可形成規(guī)?；a(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

智能低壓電容器將傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹捎媚K化集中在同一殼體內(nèi)，大大減少了內(nèi)部元器件的直接節(jié)點(diǎn)，更一步降低了補(bǔ)償裝置內(nèi)部線路損耗。使用方便，根據(jù)情況可以在使用現(xiàn)場(chǎng)靈活配置，可以日后根據(jù)情況的變化現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。多臺(tái)使用 時(shí),個(gè)別損坂不影響其余，同時(shí)保護(hù)功能全，因此整體可靠性高。維修方便，故障診斷和現(xiàn)場(chǎng)處理比較容易，一般農(nóng)電工可以勝任。多臺(tái)使用時(shí)為積木式組合，可按當(dāng)前需要和經(jīng)濟(jì)能力配置，日后可逐步增加，實(shí)現(xiàn)分次投資。

每一臺(tái)電容器在具備傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的所有保護(hù)功能外，還増加了電容器溫度保護(hù)定位、開(kāi)關(guān)故 障定位等故障自診斷技術(shù)，使得維護(hù)人員可以在現(xiàn)場(chǎng)或后臺(tái)主站清楚的看到每一臺(tái)電容器的額定運(yùn)行工況，大大減少了設(shè)備運(yùn)行后的維護(hù)成本。

5、智能低壓電容器的應(yīng)用

智能低壓電容器適用于0.4kV低壓配網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償，可獨(dú)立的安裝在用電設(shè)備旁，實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地自動(dòng)補(bǔ)償，也可以安裝在美式配變箱、歐式配變箱、配電柜、柱上變壓器以及預(yù)裝式地埋變中，也可更好的對(duì)一些配變?nèi)?/span>量小的用戶(hù)及新村配電等進(jìn)行無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償，功能強(qiáng)、安裝使用方便、投資省。2009年，貴州天能電力高科技有限公司生產(chǎn)的1000余臺(tái)智能低壓電容器年在貴州電網(wǎng)公司投入運(yùn)行, 實(shí)現(xiàn)了所有設(shè)計(jì)功能，使用至今運(yùn)行情況良好，可靠性高。

6、安科瑞智能電容器選型

1、AZC系列智能電力電容補(bǔ)償裝置

①變壓器容量為400/800/1000/1250/1600/2000KVA的三相補(bǔ)償應(yīng)用方案。

②變壓器容量為400/800/1000/1250/1600/2000KVA的單相、三相混合補(bǔ)償應(yīng)用方案。

2、AZCL系列智能集成式電力電容補(bǔ)償裝置

①變壓器容量為400/800/1000/1250/1600/2000KVA的三相補(bǔ)償應(yīng)用方案（串接7%電抗器）。

②變壓器容量為400/800/1000/1250/1600/2000KVA的單相、三相混合補(bǔ)償應(yīng)用方案（串接7%電抗器）。

7、結(jié)束語(yǔ)

新的《節(jié)能法》在法律層面將節(jié)約資源確定為我國(guó)的基本國(guó)策，明確規(guī)定：“國(guó)家實(shí)行節(jié)約資源的基本國(guó)策，實(shí)施節(jié)約與開(kāi)發(fā)并舉、把節(jié)約放在*的能源發(fā)展戰(zhàn)略。”節(jié)能也已成全社會(huì)的共同責(zé)任，配電網(wǎng)中使用智能低壓電容器來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償可有效提高供電質(zhì)量，大大降低電能損耗，更方便供電企業(yè)的管理，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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• 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè).2019.11版