安科瑞徐行德/顧錫君

摘要：分析智能集成式電力電容的工作原理及功能，結(jié)合山東環(huán)保材料制造廠配電現(xiàn)狀，選擇經(jīng)濟(jì)可靠的方案，智能電容過零投切與低功耗，解決了繼電器投切產(chǎn)生涌流的問題；接線簡單，擴(kuò)容方便，解決無功補(bǔ)償柜內(nèi)空間不足、補(bǔ)償容量不足的問題；帶有通訊功能可傳輸后臺，解決了補(bǔ)償配電分散管理、故障報警不及時的問題。

關(guān)鍵詞：低壓智能電力電容器，無功補(bǔ)償，功率因數(shù)

0概述

對于電力系統(tǒng)中的供電部分，提供電能的發(fā)電機(jī)是按要求的額定電壓和額定電流設(shè)計(jì)的，發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行中，電壓和電流都不能超過額定值，否則會縮短其使用壽命，甚至損壞發(fā)電機(jī)。由于發(fā)電機(jī)是通過額定電流與額定電壓之積定額的，這意味著當(dāng)其接入負(fù)載為電阻時，理論上發(fā)電機(jī)得到的利用，因?yàn)?/span>P= UIcosφ中的cosφ=1；但是當(dāng)負(fù)載為感性或容性時，cosφ<1,發(fā)電機(jī)就得不到充分利用。為了較大程度利用發(fā)電機(jī)的容量，即發(fā)電機(jī)產(chǎn)生有功較大，就須提高其功率因數(shù)。在低壓配電系統(tǒng)中，采用并聯(lián)電容器裝置對無功功率進(jìn)行集中補(bǔ)償或就地補(bǔ)償是降低線損、節(jié)約電能合理的方法。無功功率補(bǔ)償?shù)闹饕π牵簻p少設(shè)備和線路的功率損耗；穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量；提高電力變壓器的承載能力；在長距離輸電中，提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力等。

傳統(tǒng)的電容電抗無功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償精度低，功能單一，安裝接線復(fù)雜，同時不利于生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試和可靠運(yùn)行，已經(jīng)嚴(yán)重制約它的發(fā)展，電容器在投切過程中容易產(chǎn)生較大的沖擊電流，引起電網(wǎng)過電壓，嚴(yán)重時會產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。為解決這些問題，可改用具有過零投切技術(shù)的低壓智能集成式電力電容器作為補(bǔ)償裝置。

1、原理分析

AZCL智能集成式諧波抵制電力電容以共補(bǔ)電容或分補(bǔ)電容為主體，采用微型電子元件技術(shù)、微型傳感器技術(shù)、微型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電器制造技術(shù)，將智能組件、控制器、電容器、電抗器、塑殼斷路器等元件微型化，整機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)精巧。智能電容控制器通過電流互感器、電壓采樣計(jì)算出無功缺額、功率因數(shù)等參數(shù)，以工業(yè)級MCU為核心，同AD轉(zhuǎn)換、RS-485通訊、LCD顯示、數(shù)據(jù)存儲等構(gòu)成一個系統(tǒng)，集采集、運(yùn)算、分析、控制、通信、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)存儲于一體。

1.1智能網(wǎng)絡(luò)控制功能。

自動檢測及跟蹤系統(tǒng)中的無功功率變化，自動投切電容器組。投切方法為：容量相同的電容器，按循環(huán)投切原則；容量不同的電容器，按適補(bǔ)原則進(jìn)行投切；先投先切，先退先投。補(bǔ)償工況恒定時，電容器每一小時循環(huán)投切一次，避免單只電容器長時間投運(yùn)。

1.2 快速投切電容器功能

投切開關(guān)選用復(fù)合開關(guān)，無觸點(diǎn)過零投切，配合專用的智能電容無功補(bǔ)償控制器，動作時間縮短到1s，動態(tài)追蹤補(bǔ)償系統(tǒng)所缺少的無功功率，力爭使線損降到較低水平。復(fù)合開關(guān)電路包含可控硅過零檢測與觸發(fā)模塊、可控硅保護(hù)模塊、磁保持繼電器驅(qū)動模塊。電路采用電力電子可控硅與大功率磁保持繼電器復(fù)合技術(shù)，利用可控硅的快速導(dǎo)通和磁保持繼電器觸點(diǎn)的零壓降實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，做到過零投切和低功耗運(yùn)行。合閘時，該電路實(shí)時檢測可控硅兩端電壓差，當(dāng)電壓差基本為0時，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，無沖擊涌流，做到柔性投入；穩(wěn)定后，磁保持繼電器吸合，短路可控硅的兩端電極，通過繼電器觸點(diǎn)接通主回路，降低開關(guān)壓降，同時繼電器觸點(diǎn)通過永磁元件定位保持進(jìn)一步降低功耗。

1.3測量功能

可測量系統(tǒng)電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率及功率因數(shù)等電參量，也可以檢測各次電壓、電流諧波，實(shí)時查看電網(wǎng)參數(shù)。

1.4分相補(bǔ)償功能

分相型電容器可對各相上的電容器進(jìn)行分別投切，提高對系統(tǒng)無功功率的補(bǔ)償精度，使三相無功功率不平衡的系統(tǒng)得到了良好的補(bǔ)償。

1.5保護(hù)功能

電容器有過壓、欠壓、欠流、過溫、斷相、過諧保護(hù)。當(dāng)電容器內(nèi)部溫度超過60℃時，電容器會整機(jī)退出運(yùn)行，確保系統(tǒng)安全。

1.6通信功能

電容器和控制器之間采用網(wǎng)線連接，控制器與后臺采用RS485通訊連接，便于大量采集數(shù)據(jù)、上傳數(shù)據(jù)及與外設(shè)監(jiān)控終端進(jìn)行信息交換，構(gòu)成系統(tǒng)工作。

1.7抵制諧波功能

將電抗器與電容器串聯(lián)構(gòu)成LC回路，降低諧波的失真，對于高于LC回路自振頻率的諧波而言，表現(xiàn)為感性，避免了諧振。7%電抗器能夠合理抵制5、7次以上諧波，防止電容器過熱、絕緣介質(zhì)老化及自愈性能下降等不利因素的發(fā)生。

2、現(xiàn)場案例：

山東某環(huán)保材料制造廠，主要經(jīng)營仿木裝飾品、仿木線材制品、畫框、相框等，占地面積142畝，主要包括廠房、辦公樓、展示廳、食堂、員工宿舍等。其配電系統(tǒng)是由數(shù)臺10/0.4KV主變壓器，經(jīng)低壓配電設(shè)備向用電設(shè)備供電。廠房車間變壓器容量為1600kva，負(fù)載總?cè)萘繛?020kw，當(dāng)前功率因數(shù)為0.8，要將功率因數(shù)提高到0.95左右，其主要負(fù)載為加熱爐、電動機(jī)等，負(fù)載諧波以5、7次為主，選用7%智能電容；辦公樓變壓器1250kva，負(fù)載總?cè)萘繛?50kw，當(dāng)前功率因數(shù)0.75，其主要負(fù)載為開關(guān)電源、照明等，諧波以3次諧波為主,選用14%智能電容。

圖1 廠房車間配電圖

圖2 辦公樓配電圖

3、解決方案

廠房車間的低壓配電系統(tǒng)主要為三相負(fù)載加熱爐、電動機(jī)，主要引起5、7次諧波，采用7%電抗進(jìn)行調(diào)諧處理，保護(hù)電容器不受諧波影響從而放大電流。安裝容量為600kvar，選用共補(bǔ)、7%智能電容，補(bǔ)償功率因數(shù)達(dá)到0.95左右，滿足客戶要求。使用普通電容電抗，至少需要兩套寬1000*深1000的柜子，現(xiàn)在安裝AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器，只需要兩套寬800*深800的柜子，柜體空間也大大節(jié)省，接線簡單，安裝方便，可靠性更高。

辦公樓的低壓配電系統(tǒng)有大量的諧波源負(fù)荷，會產(chǎn)生3、5、7次諧波，大量的單相非線性負(fù)荷會造成三相不平衡、諧波超標(biāo)、中性線諧波過載等電能質(zhì)量問題，進(jìn)行無功補(bǔ)償須要考慮諧波的影響。計(jì)算得無功需量為350kvar，安裝容量為480kvar，考慮到系統(tǒng)中帶有的諧波，安裝共補(bǔ)300kvar、分補(bǔ)180kvar容量的14%智能電容，實(shí)際功率因數(shù)達(dá)到0.94，符合要求，使用普通電容電抗，至少需要兩套寬1000*深1000的柜子，現(xiàn)在安裝AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器，只需要兩套寬800*深800的柜子，柜體空間也大大節(jié)省，接線簡單，安裝方便，可靠性更高。

4、AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器

4.1 概述

     AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元、晶閘管復(fù)合開關(guān)電路、線路保護(hù)單元、電容器和電抗器構(gòu)成。AZCL低壓智能電力電容器采用定制段式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找較佳投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

3.2 技術(shù)參數(shù)

4.3 接線方式

5、結(jié)束語

在山東環(huán)保材料制造廠項(xiàng)目中，功率因數(shù)普遍偏低，電費(fèi)罰款較多，使用AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器發(fā)出無功，提高受電端母線的電壓水平，減少了線路上感性無功的輸出，降低了電壓和功率損耗，因而提高了線路的輸電能力。AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器操作簡單、功能齊全，能合理地解決用戶問題，達(dá)到節(jié)能的效果。無論從經(jīng)濟(jì)性還是從實(shí)用性而言，都具有廣泛的推廣價值。電網(wǎng)既產(chǎn)生有功也產(chǎn)生無功，而無功在電網(wǎng)傳輸過程中會有損耗，低壓智能電力電容進(jìn)行無功補(bǔ)償，從而提高功率因數(shù)，合理地改良了用電質(zhì)量，節(jié)約用電成本，減少企業(yè)的開支，可減少線路的損耗，提高電網(wǎng)輸電的效率。

6、參考文獻(xiàn)

[1] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6

[2]劉亞東，薛亞彬.基于DSP的低壓智能電容器的研究與設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)，2018，1（下）：7，9

[2] 王兆安，劉進(jìn)軍，王躍，等.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償[M].地3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2015

[4] 郭國方.無功補(bǔ)償在城市配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]，電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（增刊1）：229，230

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作者介紹：徐行德，男，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事光儲充等研發(fā)與應(yīng)用；