淺談智能低壓電容器的功能與應(yīng)用

        一、發(fā)展背景
        目前，由于無功補(bǔ)償嚴(yán)重不足，配電網(wǎng)線損在大多數(shù)電網(wǎng)線損中占很大比例。按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、合理部局、分級補(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，降低線損，是改善電源質(zhì)量°
        為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要》提出了降低單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗等一系列資源節(jié)約約束性指標(biāo)“十一五”期間增長20%左右。 .提出加強(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、新材料的推廣應(yīng)用。電力系統(tǒng)的無功平衡，尤其是配電網(wǎng)系統(tǒng)的無功平衡，是減少電力線路損耗、提高供電質(zhì)量的一種更為直接有效的技術(shù)手段。
        現(xiàn)有的無功補(bǔ)償多采用一臺(tái)無功補(bǔ)償控制器控制多個(gè)電容器完成投切。這種控制結(jié)構(gòu)雖然簡單，但如果配電變壓器測控終端在使用過程中出現(xiàn)故障，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、線路連接雜亂、體積大、維護(hù)復(fù)雜等問題。
        智能低壓電器是智能電力系統(tǒng)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)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外智能電器取得了長足的發(fā)展。電器正朝著集成化、模塊化、智能化的方向發(fā)展。智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、可靠性、可用性、可維護(hù)性、節(jié)能環(huán)保、**已成為智能家電發(fā)展的主流。智能低壓電容器是在智能電器整體發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代低壓無功補(bǔ)償裝置。它由測控單元、可控硅復(fù)合投切單元、保護(hù)單元和電力電容器組成。可替代原有的智能控制器、熔斷器、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等。它是一套完整的無功補(bǔ)償裝置，在柜內(nèi)和柜面之間通過導(dǎo)線連接。改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的后向控制器技術(shù)和后向機(jī)械接觸器或機(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)償裝置笨重笨重的結(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、更節(jié)省成本、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)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>
         2、智能低壓電容器的結(jié)構(gòu)
        智能低壓電容器為電網(wǎng)提供了一種能夠獨(dú)立進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)男⌒椭悄茈娖?，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。它包括智能電容器外殼，其中集成了低壓塑殼斷路器、可控硅復(fù)合開關(guān)、智能測控單元和低壓自愈電容器，外殼裝有進(jìn)線端和一個(gè)出口端。
        智能低壓電容器原理圖如圖1所示，集成測控單元是智能低壓電容器的核心。為智能電容器的晶閘管復(fù)合開關(guān)提供投切依據(jù)，發(fā)出投切指令，監(jiān)測電容器的溫度，監(jiān)測電路的工作狀態(tài)等，上傳智能低壓電容器的運(yùn)行狀況和采樣數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線（RS485）接口到上級傳輸設(shè)備，*終到達(dá)用戶的后臺(tái)管理系統(tǒng)。
        三、智能低壓電容器的作用
        與現(xiàn)有的傳統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)相比，智能低壓電容器具有對采集到的信號進(jìn)行處理和執(zhí)行的能力，在配變測控終端發(fā)生故障時(shí)仍能穩(wěn)定準(zhǔn)確地繼續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)低電壓功能。 -電壓無功補(bǔ)償。個(gè)別電容出現(xiàn)故障后，會(huì)自動(dòng)退出，不影響其他電容的工作。智能低壓電容器的進(jìn)出線端子為插入式端子，便于線路連接，提高安裝維護(hù)速度。 .測控單元可以測量每個(gè)電容器的內(nèi)部溫度和每個(gè)電容器的三相電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電容器的過溫保護(hù)和過流、缺相、三相不平衡、漏電流保護(hù)。每個(gè)電容器，并可以實(shí)現(xiàn)從控制器的保護(hù)，將電器切換到電完整的容器自診斷功能。電容器的過溫反映了工作過壓、過諧波、環(huán)境過溫及自身漏電流等，設(shè)置過溫保護(hù)，有效延長電容器的使用壽命。完備的自診斷功能，減少了用戶的操作和檢查工作量，便于設(shè)備故障的自查找和處理；并具有過零切換功能，即開啟電壓過零電容，切斷電流過零電容，達(dá)到100萬次可靠切換。同時(shí)具有體積小、節(jié)能、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。在經(jīng)濟(jì)條件有限時(shí)，無需安裝配變測控終端即可獨(dú)立使用，具有良好的使用和推廣價(jià)值。
        該補(bǔ)償裝置具有三相共同補(bǔ)償、單相單獨(dú)補(bǔ)償和單三相混合補(bǔ)償功能?？傃a(bǔ)償容量和單獨(dú)補(bǔ)償容量不限于控制通道的數(shù)量。組數(shù)可達(dá)40組，可隨意組合。當(dāng)不平衡時(shí)，成套無功補(bǔ)償裝置可以改變公共補(bǔ)償容量和分補(bǔ)償容量的配置，也可以根據(jù)現(xiàn)場情況增加或減少公共補(bǔ)償或分補(bǔ)償電容的容量，使更能適應(yīng)現(xiàn)場條件的變化，更有效。三相不平衡的改善。
         3.1 先進(jìn)的無功補(bǔ)償算法，防止投切和振蕩
        智能低壓電容器可根據(jù)低壓配電變壓器側(cè)無功，實(shí)時(shí)監(jiān)測計(jì)算配電變壓器低壓側(cè)電壓、電流的無功不足、電壓值、諧波含量以電力需求為判斷依據(jù)，以電壓值為邊界，以諧波含量為約束條件，以諧波含量、溫度等為保護(hù)條件，自動(dòng)投切電容器，可有效避免輕載開關(guān)振蕩和重載高功率因數(shù)情況下的欠補(bǔ)償。模糊算法優(yōu)化循環(huán)切換，提高設(shè)備使用壽命。對影響電容器使用壽命的參數(shù)，設(shè)置相應(yīng)的開關(guān)次數(shù)、工作時(shí)間、溫度等權(quán)重。每次切換前都會(huì)重新計(jì)算權(quán)重，并根據(jù)新的權(quán)重確定切換。切斷電容器。
         3.2 晶閘管復(fù)合開關(guān)過零投切
        每次開關(guān)在電壓為零時(shí)接通，在電流為零時(shí)切斷。開關(guān)過程中沒有浪涌電流，減緩了電容器的容量衰減。零開關(guān)和非零開關(guān)對電容器衰減率的影響如圖2所示。
         3.3 智能網(wǎng)絡(luò)
        聰明的低壓電容器組網(wǎng)示意圖如圖3所示。智能型低壓電容器作為無功投切的主控單元，通過內(nèi)部單片機(jī)和三相獨(dú)立采樣技術(shù)可實(shí)現(xiàn)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)保證了無功補(bǔ)償?shù)目煽窟\(yùn)行。模塊化設(shè)計(jì)和自動(dòng)組網(wǎng)方式，使無功配置更改靈活，維護(hù)方便。可根據(jù)配電變壓器的運(yùn)行參數(shù)開啟和關(guān)閉無功補(bǔ)償。
        當(dāng)任一智能低壓電容器組網(wǎng)損壞退出運(yùn)行時(shí)，其余智能低壓電容器組可自動(dòng)重新組網(wǎng)，生成控制主機(jī)，進(jìn)行無功補(bǔ)償智能投切，不影響正常運(yùn)行其他電容器的容量，保證了設(shè)備的運(yùn)行 可靠性也使設(shè)備能夠在后期根據(jù)實(shí)際無功不足情況靈活調(diào)整無功補(bǔ)償容量。添加和退出智能電容無需任何設(shè)置，設(shè)備自動(dòng)更新配置，無故障瓶頸，可靠性高。
        為減小投切步長，增加補(bǔ)償級數(shù)，常用的互補(bǔ)型智能低壓電容器各由兩個(gè)不同容量的△接電容器C1、C2組成，三相ABC呈階梯狀。 ;每個(gè)分補(bǔ)償電容由一個(gè)Y接電容組成，C1、C2、C3分別對A、B、C三相進(jìn)行補(bǔ)償。整個(gè)微機(jī)電容網(wǎng)絡(luò)可接40組電容。如果每個(gè)智能低壓電容器的容量為40kvar，則可達(dá)1600kvar。這與受限于控制器控制回路數(shù)量的傳統(tǒng)無功功率補(bǔ)償是不可比的。
         3.4 準(zhǔn)確的狀態(tài)檢測和故障定位
        每個(gè)智能低壓電容器都有一個(gè)用于開關(guān)狀態(tài)檢測和電容器內(nèi)部溫度檢測的傳感器。
        當(dāng)智能低壓電容溫度傳感器檢測到溫度超過設(shè)定值（溫度檢測精度±1℃）時(shí)，迅速切斷超溫電容，阻斷超溫，直至溫度降低比**值?？汕逦榭船F(xiàn)場及主站超溫電容所在變壓器，準(zhǔn)確定位裝置內(nèi)超溫智能低壓電容，方便運(yùn)維人員準(zhǔn)確了解無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行狀況。
        每次打開和關(guān)閉時(shí)，像這樣切換狀態(tài)檢測傳感器會(huì)檢測開關(guān)的狀態(tài)，以確保開關(guān)的狀態(tài)為真。如果切換狀態(tài)與命令狀態(tài)不一致，切換會(huì)被阻塞，重試切換不成功會(huì)報(bào)告切換失敗。故障開關(guān)可在現(xiàn)場和主站清晰查看，裝置內(nèi)故障開關(guān)可準(zhǔn)確定位，便于運(yùn)維人員準(zhǔn)確了解無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行情況。