摘要：文章針對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置中存在的諸多問題，充分響應(yīng)國家節(jié)能降耗的號(hào)召，提出 了智能化、模塊化的無功補(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。
0、引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高, 對(duì)電力工業(yè)的增長方式提出了新的要求。電力工業(yè)發(fā)展在保持適度增長的同時(shí)，須切實(shí)轉(zhuǎn)變電力增長方式，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“*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)公司也召開節(jié)能降耗工作視頻會(huì)議，貫徹落實(shí)全國節(jié)能減排工作視頻會(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，開發(fā)滿足以上節(jié)能降耗要求的智能低壓電容器具有重要的意義。
1、開發(fā)背景
目前多數(shù)電網(wǎng)的線損中，由于解決無功補(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，開發(fā)應(yīng)用新型低壓無功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，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)無功平衡，特別是配網(wǎng)系統(tǒng)的無功平衡，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)有的無功補(bǔ)償多是采用一臺(tái)無功補(bǔ)償控制器來控制多臺(tái)電容器完成投切，這種控制結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但在使用過程中如若配變測(cè)控終端出現(xiàn)故障，那么電容器將無法繼續(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，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，國內(nèi)外智能電器得到了長足的發(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)展柜架上開發(fā)出來的全新一代低壓無功補(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，跨越性的替代原來由智能控制器、熔絲、復(fù)合開關(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)線連接而組成的無功補(bǔ)償成套裝置。改變了傳統(tǒng)無功補(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)電一體化開關(guān)作為投切電容器的投切技術(shù)，改變了傳統(tǒng)無功補(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、可靠性更高的特點(diǎn)，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?br />
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)行無功補(bǔ)償?shù)闹悄芑娖鳎梢钥朔F(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)電容器的過溫保護(hù)和過流、斷相、三相不平衡、漏電流保護(hù)，并能實(shí)現(xiàn)從控制器、開關(guān)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(huán)境過溫和本身漏電流等情況，設(shè)置過溫度保護(hù)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(yùn)行檢查工作量和方便對(duì)設(shè)備故障的自行查找和處理；且具有零投切功能，即電壓過零電容器投入、電流過零電容器切除，達(dá)到可靠投切100萬次。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，無功補(bǔ)償成套裝置可通過改變共補(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先進(jìn)的無功補(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)償無功功率或減少無功功率時(shí)，在滿足相關(guān)約束條件后進(jìn)行無功補(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)合開關(guān)過零投切
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)
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功投切的主控單元，能夠通過內(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)。無功補(bǔ)償控制主機(jī)的冗余設(shè)計(jì)，保證 無功補(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)際的無功缺額靈活調(diào)整無功補(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，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；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)到溫度超過設(shè)定值時(shí)(溫度檢測(cè)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(xiàn)場(chǎng)和主站清楚的査看過溫電容器所在臺(tái)變，并能 夠準(zhǔn)確的定位岀裝置中的過溫智能低壓電容器，便于運(yùn)行維護(hù)人員準(zhǔn)確的了解無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行 工況。
對(duì)于開關(guān)每次投切，開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)傳感器都將檢測(cè)開關(guān)的狀態(tài)，確保開關(guān)狀態(tài)真實(shí)。如岀現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)與命令狀態(tài)不一致，重試后還不成功，將閉鎖該開關(guān)，并上報(bào)該開關(guān)故障。可在現(xiàn)場(chǎng)和主站清楚的査看故障開關(guān)所在臺(tái)變，并能夠準(zhǔn)確的定位出裝置中的故障開關(guān)，便于運(yùn)行維護(hù)人員準(zhǔn)確的了解無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行工況。
3.5完整的保護(hù)功能
過壓保護(hù)：電網(wǎng)過壓時(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；
過壓加速：電網(wǎng)過壓，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；
過溫保護(hù)：電容器內(nèi)部溫度超過設(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型、發(fā)生時(shí)間、告警狀態(tài)通過GPRS通訊傳給主站分析使用，解決了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償難以管理的弊端。
4、智能低壓電容器與傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的比較
智能低壓電容器與傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置一樣，均用于低壓供電的無功功率自動(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)模化生產(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)中的無功補(bǔ)償，可獨(dú)立的安裝在用電設(shè)備旁，實(shí)現(xiàn)無功就地自動(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)萘啃〉挠脩艏靶麓迮潆姷冗M(jìn)行無功自動(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
新的《節(jié)能法》在法律層面將節(jié)約資源確定為我國的基本國策，明確規(guī)定：“國家實(shí)行節(jié)約資源的基本國策，實(shí)施節(jié)約與開發(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進(jìn)行無功補(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)】
譚儉，陶毅，梁錦.智能低壓電容器的應(yīng)用[J].《機(jī)械與電子》2010.7(1)
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版
安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè).2019.11版
