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浅谈智能低压电容器的功能与应用

杨兴媚

江苏安科瑞电器制造有限公司

　　摘要：文章针对现有的传统无功补偿装置中存在的诸多问题，充分响应国家节能降耗的号召，提出了智能化、模块化的无功补偿单元，对集成采样单元、运算单元、投切单元、电容器单元于一体的智能低压电容器进行详细介绍，阐述了该技术在低压配电网络中的应用。

　　关键词：智能；集成；模块；微机技术；节能

　　0、引言

　　随着国民经济的发展和人民生活水平的提高, 对电力工业的增长方式提出了新的要求。电力工业发展在保持适度增长的同时，须切实转变电力增长方式，实现从重视增加数量和规模到重视提高质量和效率的转变。提高电网运行质量，加强电网的优化控制成为目前电力系统的重要任务。2006年国家电网公司文件“国家电网科(2006)324号”《关于印发〈国家电网公司新技术推广纲本〉的通知》指出“十一五”期间，公司将大力推广应用小型化、少占地、绝缘化、无油化、少维护、节能降耗、信息集成、智能型、节能型设备。2007年5月，南方电网公司也召开节能降耗工作电视电话会议，贯彻落实全国节能减排工作电视电话会议精神, 明确南方电网公司节能降耗的主要任务。提岀在“十一五”期间，要优化、完善电网结构，提髙电网输电能力和利用效率，降低输配电损耗。到2010年, 综合线损率达到6.3%。

　　因此，开发满足以上节能降耗要求的智能低压电容器具有重要的意义。

　　1、开发背景

　　目前多数电网的线损中，由于解决无功补偿严重不足，配网线损占了相当大的比例。按“合理部局、分级补偿、就地平衡”的原则，开发应用新型低压无功补偿，实现无功就地平衡，以降低线损,是有效提高供电质量的手段°

　　为了建设节约型社会，《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间单位国内生产总值(GDP)能耗降低20%左右等一系列资源节约的约束性指标。提出了加强资源节约和循环利用技术的科技攻关和产业化，开发和推广资源节约和综合利用技术,加快资源节约新技术、新产品和新材料的推广应用。电力系统无功平衡，特别是配网系统的无功平衡，是降低电力线路损耗、提高供电质量的较为直接、有效的技术手段。

　　现有的无功补偿多是采用一台无功补偿控制器来控制多台电容器完成投切，这种控制结构虽然简单，但在使用过程中如若配变测控终端出现故障，那么电容器将无法继续使用，影响供电系统的正常供电，同时现有的无功补偿箱还存在结构复杂,电路连接凌乱、体积大、维护复杂等问题。

　　智能低压电器是电力系统迈向智能化的基础。近年来，随着微机电子技术、数字控制技术、通信与网络技术的高速发展和广泛应用，国内外智能电器得到了长足的发展。电器向集成化、模块化、智能化型式发展。智能化、集成化、网络化、可靠性、可用性、可维性、节能、环保、安全成为智能电器发展的主流。智能低压电容器正是在智能电器总体发展柜架上开发出来的全新一代低压无功补偿装置。它由测控单元、晶闸管复合投切单元、保护单元及电力电容器等组成，跨越性的替代原来由智能控制器、熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的无功补偿成套装置。改变了传统无功补偿装置落后的控制器技术和落后的机械式接触器或机电开关作为投切电容器的投切技术，改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式，从而使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好、功耗更低、体积更小、节约成本更多、使用更灵活、维护更方便、使用寿命更长、可靠性更高的特点，适应了现代电网对无功补偿的更高要求。

　　2、智能低压电容器的结构

　　智能低压电容器给电网提供一种体积小、可独立进行无功补偿的智能化电器，可以克服现有技术的不足。它包括智能电容器外壳，在外壳内集成有低压塑壳断路器、晶闸管复合开关、智能测控单元和低压自愈电容器,并且在外壳上装设有进线端和出线端。

　　智能低压电容器原理图如图1，综合测控单元是智能低压电容的核心，给智能电容器的晶闸管复合开关提供投切依据、下达投切命令、监测电容器温度、监测电路工作状况等，并将智能低压电容器的运行工况和采样数据通过网络总线(RS485) 接口向上一级传输设备上传，可到达用户的后台管理系统。

　　3、智能低压电容器的功能

　　与现有传统无功补偿技术比较,智能低压电容器自身就具备对采集信号的处理和执行能力，在配变测控终端出现故障时还可继续稳定准确工作，实现低压无功自动补偿功能，个别电容器故障后自动退出，并不影响其余电容器工作；智能低压电容器的进线端和出线端为插拔式接线端，这样可以方便线路连接，提高安装维修速度。测控单元可对各台电容器的内部温度和各台电容器的三相电流进行测量，进而实现各台电容器的过温保护和过流、断相、三相不平衡、漏电流保护，并能实现从控制器、开关电器到电容器的完整的自诊断功能。电容器的过温度反映电容器的工作过电压、过谐波、环境过温和本身漏电流等情况，设置过温度保护有效地延长电容器的使用寿命。完整的自诊断功能减少用户的运行巡视工作量和方便对设备故障的自行查找和处理；且具有零投切功能，即电压过零电容器投入、电流过零电容器切除，达到可靠投切100万次。同时具有体积小，节能、扩展方便等优越性，在经济条件受到制约时还可不安装配变测控终端独立使用，有很好的使用和推广价值。

　　补偿装置具备三相共补、单相分补和单、三相混合补偿功能，共补容量和分补容量不局限于控制路数，组数可达到40组，可任意结合，在电压不平衡时候，无功补偿成套装置可通过改变共补容量和分补容量的配置，也可根据现场情况增加或减少共补或分补电容器的容量，让其更适应现场情况的变化，更有效的改善三相不平衡。

　　3.1先进的无功补偿算法，防投切振荡

　　智能低压电容器能够在线实时监测并计算配电变压器低压侧无功缺额、电压值、电压电流的谐波含有率，按配电变压器低压侧无功需量作判断依据，以电压值为边界，谐波含有率作为约束条件，谐波含有率、温度等作为保护条件自动投切电容器，可有效的避免轻载投切振荡以及重载高功率因数情况下的欠补。模糊算法优化的循环投切，提高装置的使用寿命对影响电容器使用寿命参量投切次数、工作时间、温度等设定相应的权重，每次投切前都重新计算权重,根据新的权重确定投切的电容器。

　　测控单元检测到线路需要补偿无功功率或减少无功功率时，在满足相关约束条件后进行无功补偿投切

　　Umin≤Ui≤Umax

　　Tmin≤Ti≤Tmax

　　式中 Umin----电压下限

　　Umax----电压上限

　　Tmin----电容器温度下限

　　Tmax----电容器温度上限

　　3.2晶闸管复合开关过零投切

　　每次投切都是在电压为零的时候投入，在电流为零的时候切除。投切无涌流，减缓电容器的容量衰减。零投切与非零投切对电容器衰减率的影响如图2。

　　3.3智能化网络

　　智能低压电容器组网示意图如图3所示。智能低压电容器作为无功投切的主控单元，能够通过内部单片机及三相独立釆样技术进行自动组网，并生成控制主机。无功补偿控制主机的冗余设计，保证无功补偿可靠运行。模块化设计及自动组网方式，使得无功配置改变灵活，方便维护，可根据配变运行参数进行无功补偿投切。

　　智能低压电容器网络中任意一台损坏退出运行时,其余智能低压电容器能够再次自动组网，生成控制主机，进行无功补偿智能投切，不影响其他电容器的正常运行，既保证装置的运行可靠性，也使得装置后期可根据实际的无功缺额灵活调整无功补偿容量。加入和退岀智能电容器不需任何设置,装置自动更新配置，无故障瓶颈，可靠性高。

　　为了减小投切步长，使补偿级数更多，每一台共补智能低压电容器内部由2只容量不一定相同的△ 接法电容器C1、C2组成，对ABC三相进行步长；每一台分补电容器由一台Y接法电容器组成，C1、C2、C3分别对A、B、C三相进行补偿。整个微机电容器网络内可以连接40组电容器，若按每台智能低压电容器容量40kvar算，则可以达到1600kvar，这是局限于控制器控制回路数的传统无功补偿不可比拟的。

　　3.4准确的状态检测和故障定位

　　每只智能低压电容器内部都有开关状态检测及电容器内部温度检测的传感器。

　　当智能低压电容器温度传感器检测到温度超过设定值时(温度检测的精度为±1℃)，过温电容器迅速切除并过温闭锁，直到温度低于安全值。可在现场和主站清楚的査看过温电容器所在台变，并能够准确的定位岀装置中的过温智能低压电容器，便于运行维护人员准确的了解无功补偿装置的运行工况。

　　对于开关每次投切，开关状态检测传感器都将检测开关的状态，确保开关状态真实。如岀现开关状态与命令状态不一致，重试后还不成功，将闭锁该开关，并上报该开关故障。可在现场和主站清楚的査看故障开关所在台变，并能够准确的定位出装置中的故障开关，便于运行维护人员准确的了解无功补偿装置的运行工况。

　　3.5完整的保护功能

　　过压保护：电网过压时切除电容并闭锁装置；

　　欠压保护：电网欠压时切除电容并闭锁装置；

　　过压加速：电网过压，所有电容器在60秒内切除完毕；

　　缺相保护及闭锁；

　　轻载保护及闭锁；

　　零序电流越限闭锁；

　　电压总谐波畸变率越限闭锁；

　　电流总谐波畸变率越限闭锁；

　　过温保护：电容器内部温度超过设定值,切除并闭锁电容器；

　　失压保护：成套装置失压后，重新上电，所有电容器处于切除状态；

　　装置内部、装置执行回路故障闭锁。

　　在毎种闭锁告警事件发生时，智能电容器都可将闭锁告警类型、发生时间、告警状态通过GPRS通讯传给主站分析使用，解决了传统无功补偿难以管理的弊端。

　　4、智能低压电容器与传统无功补偿装置的比较

　　智能低压电容器与传统无功补偿装置一样，均用于低压供电的无功功率自动补偿，二者除了结构模式存在根本差别和前者具备更多功能之外，智能式低压电力电容器还有以下特点。

　　智能低压电容器结构简洁、体积小，容易实现标准化、规范化，同时流水线生产容易、可形成规模化生产，降低生产成本，提高产品质量。

　　智能低压电容器将传统无功补偿的基本元件采用模块化集中在同一壳体内，大大减少了内部元器件的直接节点，更一步降低了补偿装置内部线路损耗。使用方便，根据情况可以在使用现场灵活配置，可以日后根据情况的变化现场调整。多台使用时,个别损坂不影响其余，同时保护功能全，因此整体可靠性高。维修方便，故障诊断和现场处理比较容易，一般农电工可以胜任。多台使用时为积木式组合，可按当前需要和经济能力配置，日后可逐步增加，实现分次投资。

　　每一台电容器在具备传统无功补偿装置的所有保护功能外，还増加了电容器温度保护定位、开关故障定位等故障自诊断技术，使得维护人员可以在现场或后台主站清楚的看到每一台电容器的额定运行工况，大大减少了设备运行后的维护成本。

　　5、智能低压电容器的应用

　　智能低压电容器适用于0.4kV低压配网中的无功补偿，可独立的安装在用电设备旁，实现无功就地自动补偿，也可以安装在美式配变箱、欧式配变箱、配电柜、柱上变压器以及预装式地埋变中，也可更好的对一些配变容量小的用户及新村配电等进行无功自动补偿，功能强、安装使用方便、投资省。2009年，贵州天能电力高科技有限公司生产的1000余台智能低压电容器年在贵州电网公司投入运行, 实现了所有设计功能，使用至今运行情况良好，可靠性高。

　　6、安科瑞智能电容器选型

　　1、AZC系列智能电力电容补偿装置