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淺談智能低壓電容器的功能與應用

　更新時間：2020-05-24 點擊量：694

蔣超萍

江蘇安科瑞電器制造有限公司江蘇江陰 214405

摘要：文章針對現有的傳統無功補償裝置中存在的諸多問題，充分響應國家節能降耗的號召，提出了智能化、模塊化的無功補償單元，對集成采樣單元、運算單元、投切單元、電容器單元于一體的智能低壓電容器進行詳細介紹，闡述了該技術在低壓配電網絡中的應用。

關鍵詞：智能；集成；模塊；微機技術；節能

0、引言

隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高, 對電力工業的增長方式提出了新的要求。電力工業發展在保持適度增長的同時，須切實轉變電力增長方式，實現從重視增加數量和規模到重視提高質量和效率的轉變。提高電網運行質量，加強電網的優化控制成為目前電力系統的重要任務。2006年*公司文件“國家電網科(2006)324號”《關于印發<*公司新技術推廣綱本>的通知》指出“十一五”期間，公司將大力推廣應用小型化、少占地、絕緣化、無油化、少維護、節能降耗、信息集成、智能型、節能型設備。2007年5月，南方電網公司也召開節能降耗工作電視dian話會議，貫徹落實全國節能減排工作電視dian話會議精神, 明確南方電網公司節能降耗的主要任務。提岀在“十一五”期間，要優化、完善電網結構，提髙電網輸電能力和利用效率，降低輸配電損耗。到2010年, 全網綜合線損率達到6.3%。

因此，開發滿足以上節能降耗要求的智能低壓電容器具有重要的意義。

1、開發背景

目前多數電網的線損中，由于解決無功補償嚴重不足，配網線損占了相當大的比例。按“全面規劃、合理部局、分級補償、就地平衡”的原則，開發應用新型低壓無功補償，實現無功就地平衡，以降低線損,是有效提高供電質量的手段°

為了建設節約型社會，《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》提出了“十一五”期間單位國內生產總值(GDP)能耗降低20%左右等一系列資源節約的約束性指標。提出了加強資源節約和循環利用技術的科技攻關和產業化，開發和推廣資源節約和綜合利用技術,加快資源節約新技術、新產品和新材料的推廣應用。電力系統無功平衡，特別是配網系統的無功平衡，是降低電力線路損耗、提高供電質量的較為直接、有效的技術手段。

現有的無功補償多是采用一臺無功補償控制器來控制多臺電容器完成投切，這種控制結構雖然簡單，但在使用過程中如若配變測控終端出現故障，那么電容器將無法繼續使用，影響供電系統的正常供電，同時現有的無功補償箱還存在結構復雜,電路連接凌亂、體積大、維護復雜等問題。

智能低壓電器是電力系統邁向智能化的基礎。近年來，隨著微機電子技術、數字控制技術、通信與網絡技術的高速發展和廣泛應用，國內外智能電器得到了長足的發展。電器向集成化、模塊化、智能化型式發展。智能化、集成化、網絡化、可靠性、可用性、可維性、節能、環保、安全成為智能電器發展的主流。智能低壓電容器正是在智能電器總體發展柜架上開發出來的全新一代低壓無功補償裝置。它由測控單元、晶閘管復合投切單元、保護單元及電力電容器等組成，跨越性的替代原來由智能控制器、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無功補償成套裝置。改變了傳統無功補償裝置落后的控制器技術和落后的機械式接觸器或機電一體化開關作為投切電容器的投切技術，改變了傳統無功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，從而使新一代低壓無功補償設備具有補償效果更好、功耗更低、體積更小、節約成本更多、使用更靈活、維護更方便、使用壽命更長、可靠性更高的特點，適應了現代電網對無功補償的更高要求。

2、智能低壓電容器的結構

智能低壓電容器給電網提供一種體積小、可獨立進行無功補償的智能化電器，可以克服現有技術的不足。它包括智能電容器外殼，在外殼內集成有低壓塑殼斷路器、晶閘管復合開關、智能測控單元和低壓自愈電容器,并且在外殼上裝設有進線端和出線端。

智能低壓電容器原理圖如圖1，綜合測控單元是智能低壓電容的核心，給智能電容器的晶閘管復合開關提供投切依據、下達投切命令、監測電容器溫度、監測電路工作狀況等，并將智能低壓電容器的運行工況和采樣數據通過網絡總線(RS485) 接口向上一級傳輸設備上傳，終可到達用戶的后臺管理系統。

3、智能低壓電容器的功能

與現有傳統無功補償技術比較,智能低壓電容器自身就具備對采集信號的處理和執行能力，在配變測控終端出現故障時還可繼續穩定準確工作，實現低壓無功自動補償功能，個別電容器故障后自動退出，并不影響其余電容器工作；智能低壓電容器的進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。測控單元可對各臺電容器的內部溫度和各臺電容器的三相電流進行測量，進而實現各臺電容器的過溫保護和過流、斷相、三相不平衡、漏電流保護，并能實現從控制器、開關電器到電容器的完整的自診斷功能。電容器的過溫度反映電容器的工作過電壓、過諧波、環境過溫和本身漏電流等情況，設置過溫度保護有效地延長電容器的使用壽命。完整的自診斷功能減少用戶的運行xun視工作量和方便對設備故障的自行查找和處理；且具有零投切功能，即電壓過零電容器投入、電流過零電容器切除，達到可靠投切100萬次。同時具有體積小，節能、擴展方便等*性，在經濟條件受到制約時還可不安裝配變測控終端獨立使用，有很好的使用和推廣價值。

補償裝置具備三相共補、單相分補和單、三相混合補償功能，共補容量和分補容量不局限于控制路數，組數可達到40組，可任意結合，在電壓不平衡時候，無功補償成套裝置可通過改變共補容量和分補容量的配置，也可根據現場情況增加或減少共補或分補電容器的容量，讓其更適應現場情況的變化，更有效的改善三相不平衡。

3.1*的無功補償算法，防投切振蕩

智能低壓電容器能夠在線實時監測并計算配電變壓器低壓側無功缺額、電壓值、電壓電流的諧波含有率，按配電變壓器低壓側無功需量作判斷依據，以電壓值為邊界，諧波含有率作為約束條件，諧波含有率、溫度等作為保護條件自動投切電容器，可有效的避免輕載投切振蕩以及重載高功率因數情況下的欠補。模糊算法優化的循環投切，提高裝置的使用壽命對影響電容器使用壽命參量投切次數、工作時間、溫度等設定相應的權重，每次投切前都重新計算權重,根據新的權重確定投切的電容器。

測控單元檢測到線路需要補償無功功率或減少無功功率時，在滿足相關約束條件后進行無功補償投切

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晶閘管復合開關過零投切

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

3.3智能化網絡

智能低壓電容器組網示意圖如圖3所示。智能低壓電容器作為無功投切的主控單元，能夠通過內部單片機及三相獨立釆樣技術進行自動組網，并生成控制主機。無功補償控制主機的冗余設計，保證無功補償可靠運行。模塊化設計及自動組網方式，使得無功配置改變靈活，方便維護，可根據配變運行參數進行無功補償投切。

智能低壓電容器網絡中任意一臺損壞退出運行時,其余智能低壓電容器能夠再次自動組網，生成控制主機，進行無功補償智能投切，不影響其他電容器的正常運行，既保證裝置的運行可靠性，也使得裝置后期可根據實際的無功缺額靈活調整無功補償容量。加入和退岀智能電容器不需任何設置,裝置自動更新配置，*瓶頸，可靠性高。

為了減小投切步長，使補償級數更多，每一臺共補智能低壓電容器內部由2只容量不一定相同的△ 接法電容器C1、C2組成，對ABC三相進行步長；每一臺分補電容器由一臺Y接法電容器組成，C1、C2、C3分別對A、B、C三相進行補償。整個微機電容器網絡內可以連接40組電容器，若按每臺智能低壓電容器容量40kvar算，則可以達到1600kvar，這是局限于控制器控制回路數的傳統無功補償不可比擬的。

3.4準確的狀態檢測和故障定位

每只智能低壓電容器內部都有開關狀態檢測及電容器內部溫度檢測的傳感器。

當智能低壓電容器溫度傳感器檢測到溫度超過設定值時(溫度檢測的精度為±1℃)，過溫電容器迅速切除并過溫閉鎖，直到溫度低于安全值。可在現場和主站清楚的査看過溫電容器所在臺變，并能夠準確的定位岀裝置中的過溫智能低壓電容器，便于運行維護人員準確的了解無功補償裝置的運行工況。

對于開關每次投切，開關狀態檢測傳感器都將檢測開關的狀態，確保開關狀態真實。如岀現開關狀態與命令狀態不一致，重試后還不成功，將閉鎖該開關，并上報該開關故障。可在現場和主站清楚的査看故障開關所在臺變，并能夠準確的定位出裝置中的故障開關，便于運行維護人員準確的了解無功補償裝置的運行工況。

3.5完整的保護功能

過壓保護：電網過壓時切除電容并閉鎖裝置；

欠壓保護：電網欠壓時切除電容并閉鎖裝置；

過壓加速：電網過壓，所有電容器在60秒內切除完畢；

缺相保護及閉鎖；

輕載保護及閉鎖；

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；

過溫保護：電容器內部溫度超過設定值,切除并閉鎖電容器；

失壓保護：成套裝置失壓后，重新上電，所有電容器處于切除狀態；

裝置內部、裝置執行回路故障閉鎖。

在毎種閉鎖告警事件發生時，智能電容器都可將閉鎖告警類型、發生時間、告警狀態通過GPRS通訊傳給主站分析使用，解決了傳統無功補償難以管理的弊端。

4、智能低壓電容器與傳統無功補償裝置的比較

智能低壓電容器與傳統無功補償裝置一樣，均用于低壓供電的無功功率自動補償，二者除了結構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。

智能低壓電容器結構簡潔、體積小，容易實現標準化、規范化，同時流水線生產容易、可形成規模化生產，降低生產成本，提高產品質量。

智能低壓電容器將傳統無功補償的基本元件采用模塊化集中在同一殼體內，大大減少了內部元器件的直接節點，更一步降低了補償裝置內部線路損耗。使用方便，根據情況可以在使用現場靈活配置，可以日后根據情況的變化現場調整。多臺使用時,個別損坂不影響其余，同時保護功能全，因此整體可靠性高。維修方便，故障診斷和現場處理比較容易，一般農電工可以勝任。多臺使用時為積木式組合，可按當前需要和經濟能力配置，日后可逐步增加，實現分次投資。

每一臺電容器在具備傳統無功補償裝置的所有保護功能外，還増加了電容器溫度保護定位、開關故障定位等故障自診斷技術，使得維護人員可以在現場或后臺主站清楚的看到每一臺電容器的額定運行工況，大大減少了設備運行后的維護成本。

5、智能低壓電容器的應用

智能低壓電容器適用于0.4kV低壓配網中的無功補償，可獨立的安裝在用電設備旁，實現無功就地自動補償，也可以安裝在美式配變箱、歐式配變箱、配電柜、柱上變壓器以及預裝式地埋變中，也可更好的對一些配變容量小的用戶及新村配電等進行無功自動補償，功能強、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的1000余臺智能低壓電容器年在貴州電網公司投入運行, 實現了所有設計功能，使用至今運行情況良好，可靠性高。