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淺談智能低壓電容器在無功補償系統的應用

更新時間：2020-10-09點擊次數：2112次

淺談智能低壓電容器在無功補償系統的應用

摘要：介紹了種基于智能電容器的新式無功補償系統在工程項目中的應用，從結構和功能上對該智能電力電容器模塊進行了剖析，并與具體項目相結合，描繪了低壓無功補償的發展方向。

關鍵詞：低壓無功補償智能電容器模塊化應用

0 引言

近年來，隨著電力電子技術、微電子技術、計算機技術、通信技術等的快速進步，低壓電網無功補償正快速地向過零投切、智能化、模塊化方向發展，產品的質量和性能有了大幅度提高，功能也日趨多元化。

傳統低壓無功補償系統由1只控制器、若干組電容器和投切開關雜、可維護性差、各元件間單連接，無法實現整機的自我診斷以及每組電容器電流及溫度的保護，給運維以及些保護部件在低壓電氣柜內組合而成口，整柜元件多、體積大、安裝接線復工作造成了不便。為此，在某音樂噴泉項目的無功補償系統中，引入了模塊化、智能化的理念，并采用智能電容器模塊作為補償主體。智能電容器是把1組電容器本體、過零投切開關、保護部件等通過智能測控單元有機的結合，組成補償模塊。模塊自身、模塊間、模塊與控制器均可以實現自適應通信，即插即用。各臺模塊通過通信方式結合成個整體，工作時相互聯系，故障時互不干擾，做到了智能控制。

1 智能電容器模塊的電氣結構與原理

如圖1、圖2所示，智能電容器模塊由智能測控單元、晶閘管復合開關電路、線路保護單元、2臺△型（三相補償）或1臺Y型（分相補償）低壓電力電容器構成，它們各自獨立工作又互相聯系。

（1）智能測控單元。智能測控單元以工業級DSP為核心，同AD轉換、CAN-BUS通信、LCD顯示、數據存儲等構成個系統，集釆樣、運算、分析、控制、通信、人機交互、數據存儲于體，與其它部件進行數據交換，從而有效地協調整個智能電容的工作。同時，智能測控單元還集成了外部通信功能，可以把本機的運行工況和測量數據通過RS-485接口與外部設備通信以及與其它智能電容器、控制器或后臺監控系統進行數據交換，做到了透明化、智能化和模塊化。

圖1三相補償式智能電容器模塊電氣原理圖

圖2分相補償式智能電容器模塊電氣原理圖

（2）可控硅復合開關電路。晶閘管復合開關電路包含了可控硅過零檢測與觸發模塊、可控硅保護模塊、磁保持繼電器驅動模塊及開關故障檢測模塊。電路采用電力電子可控硅與大功率磁保持繼電器復合技術，利用可控硅的快速導通和磁保持繼電器觸點的零壓降實現互補，做到過零投切和低功耗運行。合閘時，該電路可實時檢測可控硅開關兩端（即電力電容器與電網）的電壓差，當電壓差基本為0（相差小于3V）時，觸發可控硅導通，無沖擊涌流，做到柔性投入；之后，磁保持繼電器吸合，短路可控硅的兩端電，通過繼電器觸點接通主回路，降低開關壓降；同時繼電器觸點通過永磁元件定位保持進步降低功耗。分閘時反之。

（3）線路保護單元。線路保護單元由空氣開關、快速熔斷器及電流檢測回路組成。此單元旨在保護智能電容器整機，當智能電容器發生過負荷、三相不平衡或內部短路等故障時，線路保護單元實時跳閘，以保護電網不受影響。

（4）電力電容器。電力電容器采用干式自愈式金屬化薄膜電容器，使用高溫薄膜卷繞、環氧樹脂材料灌封，罐內填充氮氣或蛭石，設置防爆裝置，無泄漏；內置溫度傳感器，把電容器的實時溫度信號傳送至智能測控單元，用作過溫保護判據。

2 智能電容器的應用研究

智能電容器模塊有三相補償和分相補償兩個系列，可按8：4：2：1的容量配比原則分為不同容量等級的多種模塊。三相補償模塊內部設有2組△型電力電容器和2組投切開關，可單獨投切，提高了補償精度；分相補償模塊內部有3只單相電力電容器，釆用Y型連接，并接到零線，并通過3只獨立的可控硅復合開關電路與電網三相相連，可做到每相單獨控制，從而實現分相補償功能。

由于智能電容器具備完整的測量、分析、控制、保護等功能，同時具有和傳統補償類似的控制器、投切開關、電力電容器等部件，因此，它可以單獨接入電流取樣信號進行無功補償。若單臺補償容量不夠時，可釆用多臺并聯來擴展補償容量，此時只需將聯機電纜線相互連接即可。

本項目中的變壓器容量為2500kVA,按變壓器容量配置的無功功率補償容量為1250kvar。考慮到項目中大量釆用照明等單相設備，因此在總無功補償中配置約的分相補償電容器，即總補償容量為1250kvar,其中三相補償電容為750kvar,分相補償電容為500kvaro分別采用三相補償和分相補償智能電容器模塊為主體來實施，電容器選型見表1,次系統圖如圖3所示。

表1智能電容器配置表

FST-QMZS(S)/450-20.20型為三相補償智能電容器，其額定電壓為450V；電容容量(20.20)表示1臺智能電容器有2組可獨立投切的電容器組，分別為20kvar和20kvar,同理，(20.10)表示2組電容器組分別為20kvar和lOkvar。FST-QMZF(S)/250-20型智能電容為分相補償智能電容器，其額定電壓為250V,Y型連接，三相總容量為20kvar,每相為6.67kvar,且每相可單獨控制投切。由上述選型可知三相電容器共有40組，其中20kvar的為35組，lOkvar的為5組，這樣配置可按1:2編碼投切，以提高精度；同時相同容量的電容器組又有多臺，可循環投切，延長了使用壽命。

CS-三相補標式智能電容器;CF—分相補慘式督能電容保護控制器

圖3音樂噴泉項目次系統圖

3 基于智能電容器的補償裝置特點

（1）電容組數多，補償精度高。補償系統共選擇智能電容器45臺，其中三相補償智能電容器20臺共40組，分相補償智能電容器25臺共75組，這是傳統無功補償裝置不可比擬的。由于組數越多，補償級差就越小，因此本項目中補償級差為lOkvar,也就是說，旦電網缺額無功功率大于lOkvar,就可進行補償，補償精度是變壓器容量的1/250。多組容量相等的電容器按循環投切，容量不等的則按無功值編碼投切，既保證了補償精度，又盡量讓電容器組動作次數均等，延長了使用壽命。

(1)模塊體積小，節省安裝空間。智能電容器340mmX85mmX305mm的尺寸可采用刀片式安裝方式，在電氣柜內安裝上下兩層，每層安裝8只智能電容器。可選3只800mmX1000mmX2350mm的GCS柜，就可裝下45臺智能電容器，且柜內除了刀熔隔離開關外，僅有智能電容器，整潔、美觀、可靠。

（2）系統化補償，提高可靠性。45臺智能電容器聯機工作，組成個補償系統，釆用主多從的的模式。每只智能電容器獨立釆樣，并把數據傳送至主機進行分析，主機發出控制命令控制45臺智能電容器有序投切。從機出現故障時，自動退出補償系統，不影響其它智能電容器工作；主機出現故障時，也自動退出補償系統，由剩下的從機再次自動選舉產生個主機。任何臺智能電容器出現故障，不論是主機還是從機，整個補償系統僅補償容量減小，不影響正常運行，避免了傳統無功補償系統中的控制器旦損壞則整個補償系統癱瘓的情況。

（3）模塊化組裝，標準化生產。智能電容器二次回路及電流互感器配件均采用標準接口拔插式設計。在成套設備廠生產時，只需把智能電容器安裝固定，從柜內刀熔隔離開關下端頭引出母線接入次回路端頭，再把二次聯機電纜線安插到位，讓智能電容器之間、智能電容器與其配件“電容投切狀態指示器”和“無功功率自動補償控制器”形成個通信系統即可。這就省去了復雜的二次線路，有利于標準化生產，降低了生產環節故障率。

（4）模塊化使用，易維護擴容。智能電容器二次接口釆用標準接口拔插式設計，當個別模塊出現故障退出補償系統時，可直接拆除更換備用元件以便維修；當系統補償容量不夠時，可直接增加智能電容器，而不需要考慮控制器的接口數量及繁雜的電容、開關、保護元件等散件的安裝與接線。

4 安科瑞AZC/AZCL智能電容器介紹及選型

4.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、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自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式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、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

4.2 AZC系列智能電容器選型：