摘要：文章針對現有的傳統無(wú)功補償裝置中存在的諸多問(wèn)題，充分響應國家節能降耗的號召，提出 了智能化、模塊化的無(wú)功補償單元，對集成采樣單元、運算單元、投切單元、電容器單元于一體的智能低壓電容器進(jìn)行詳細介紹，闡述了該技術(shù)在低壓配電網(wǎng)絡(luò )中的應用。
0、引言
隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高, 對電力工業(yè)的增長(cháng)方式提出了新的要求。電力工業(yè)發(fā)展在保持適度增長(cháng)的同時(shí)，須切實(shí)轉變電力增長(cháng)方式，實(shí)現從重視增加數量和規模到重視提高質(zhì)量和效率的轉變。提高電網(wǎng)運行質(zhì)量，加強電網(wǎng)的優(yōu)化控制成為目前電力系統的重要任務(wù)。2006年*公司文件“*科(2006)324號”《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，公司將大力推廣應用小型化、少占地、絕緣化、無(wú)油化、少維護、節能 降耗、信息集成、智能型、節能型設備。2007年5月，南方電網(wǎng)公司也召開(kāi)節能降耗工作視頻會(huì )議，貫徹落實(shí)全國節能減排工作視頻會(huì )議精神, 明確南方電網(wǎng)公司節能降耗的主要任務(wù)。提岀在“十一五”期間，要優(yōu)化、完善電網(wǎng)結構，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(xiàn)損率達到6.3%。
因此，開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足以上節能降耗要求的智能低壓電容器具有重要的意義。
1、開(kāi)發(fā)背景
目前多數電網(wǎng)的線(xiàn)損中，由于解決無(wú)功補償嚴重不足，配網(wǎng)線(xiàn)損占了相當大的比例。按“全面規劃、合理部局、分級補償、就地平衡”的原則，開(kāi)發(fā)應用新型低壓無(wú)功補償，實(shí)現無(wú)功就地平衡，以降低線(xiàn)損,是有效提高供電質(zhì)量的手段°
為了建設節約型社會(huì )，《國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十一個(gè)五年規劃綱要》提出了“十一五”期間單位 國內生產(chǎn)總值(GDP)能耗降低20%左右等一系列資源節約的約束性指標。提出了加強資源節約和循環(huán)利用技術(shù)的科技攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化，開(kāi)發(fā)和推廣資源節約和綜合利用技術(shù),加快資源節約新技術(shù)、新產(chǎn)品和新材料的推廣應用。電力系統無(wú)功平衡，特別是配網(wǎng)系統的無(wú)功平衡，是降低電力線(xiàn)路損耗、提高供電質(zhì)量的較為直接、有效的技術(shù)手段。
現有的無(wú)功補償多是采用一臺無(wú)功補償控制器來(lái)控制多臺電容器完成投切，這種控制結構雖然簡(jiǎn)單，但在使用過(guò)程中如若配變測控終端出現故障，那么電容器將無(wú)法繼續使用，影響供電系統的正常供電，同時(shí)現有的無(wú)功補償箱還存在結構復雜,電路連接凌亂、體積大、維護復雜等問(wèn)題。
智能低壓電器是電力系統邁向智能化的基礎。近年來(lái)，隨著(zhù)微機電子技術(shù)、數字控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應用，國內外智能電器得到了長(cháng)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(kāi)發(fā)出來(lái)的全新一代低壓無(wú)功補償裝置。它由測控單元、晶閘管復合投切單元、保護單元及電力電容器等組成，跨越性的替代原來(lái)由智能控制器、熔絲、復合開(kāi)關(guān)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(xiàn)連接而組成的無(wú)功補償成套裝置。改變了傳統無(wú)功補償裝置落后的控制器技術(shù)和落后的機械式接觸器或機電一體化開(kāi)關(guān)作為投切電容器的投切技術(shù)，改變了傳統無(wú)功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，從而使新一代低壓無(wú)功補償設備具有補償效果更好、功耗更低、體積更小、節約成本更多、使用更靈活、維護更方便、 使用壽命更長(cháng)、可靠性更高的特點(diǎn)，適應了現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的更高要求。
2、智能低壓電容器的結構
智能低壓電容器給電網(wǎng)提供一種體積小、可獨立進(jìn)行無(wú)功補償的智能化電器，可以克服現有技術(shù)的不足。它包括智能電容器外殼，在外殼內集成有低壓塑殼斷路器、晶閘管復合開(kāi)關(guān)、智能測控單元和低壓自愈電容器,并且在外殼上裝設有進(jìn)線(xiàn)端和出線(xiàn)端。
智能低壓電容器原理圖如圖1，綜合測控單元是智能低壓電容的核心，給智能電容器的晶閘管復合開(kāi)關(guān)提供投切依據、下達投切命令、監測電容器溫度、監測電路工作狀況等，并將智能低壓電容器的運行工況和采樣數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)(RS485) 接口向上一級傳輸設備上傳，終可到達用戶(hù)的后臺管理系統。
3、智能低壓電容器的功能
與現有傳統無(wú)功補償技術(shù)比較,智能低壓電容器自身就具備對采集信號的處理和執行能力，在配變測控終端出現故障時(shí)還可繼續穩定準確工作，實(shí)現低壓無(wú)功自動(dòng)補償功能，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(xiàn)端和出線(xiàn)端為插拔式接線(xiàn)端，這樣可以方便線(xiàn)路連接，提高安裝維修速度。測控單元可對各臺電容器的內部溫度和各臺電容器的三相電流進(jìn)行測量，進(jìn)而實(shí)現各臺電容器的過(guò)溫保護和過(guò)流、斷相、三相不平衡、漏電流保護，并能實(shí)現從控制器、開(kāi)關(guān)電器到電容器的完整的自診斷功能。電容器的過(guò)溫度反映電容器的工作過(guò)電壓、過(guò)諧波、環(huán)境過(guò)溫和本身漏電流等情況，設置過(guò)溫度保護有效地延長(cháng)電容器的使用壽命。完整的自診斷功能減少用戶(hù)的運行檢查工作量和方便對設備故障的自行查找和處理；且具有零投切功能，即電壓過(guò)零電容器投入、電流過(guò)零電容器切除，達到可靠投切100萬(wàn)次。同時(shí)具有體積小，節能、擴展方便等*性，在經(jīng)濟條件受到制約時(shí)還可不安裝配變測控終端獨立使用，有很好的使用和推廣價(jià)值。
補償裝置具備三相共補、單相分補和單、三相混合補償功能，共補容量和分補容量不局限于控制路數，組數可達到40組，可任意結合，在電壓不平衡時(shí)候，無(wú)功補償成套裝置可通過(guò)改變共補容量和分補容量的配置，也可根據現場(chǎng)情況增加或減少共補或分補電容器的容量，讓其更適應現場(chǎng)情況的變化，更有效的改善三相不平衡。
3.1先進(jìn)的無(wú)功補償算法，防投切振蕩
智能低壓電容器能夠在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測并計算配電變壓器低壓側無(wú)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無(wú)功需量作判斷依據，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情況下的欠補。模糊算法優(yōu)化的循環(huán)投切，提高裝置的使用壽命對影響電容器使用壽命參量投切次數、工作時(shí)間、 溫度等設定相應的權重，每次投切前都重新計算權重,根據新的權重確定投切的電容器。
測控單元檢測到線(xiàn)路需要補償無(wú)功功率或減少無(wú)功功率時(shí)，在滿(mǎn)足相關(guān)約束條件后進(jìn)行無(wú)功補償投切
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晶閘管復合開(kāi)關(guān)過(guò)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(wú)涌流，減緩電容器的容量衰減。零投切與非零投切對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(wú)功投切的主控單元，能夠通過(guò)內部單片機及三相獨立釆樣技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)組網(wǎng)，并生成控制主機。無(wú)功補償控制主機的冗余設計，保證 無(wú)功補償可靠運行。模塊化設計及自動(dòng)組網(wǎng)方式， 使得無(wú)功配置改變靈活，方便維護，可根據配變運行參數進(jìn)行無(wú)功補償投切。
智能低壓電容器網(wǎng)絡(luò )中任意一臺損壞退出運行時(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，進(jìn)行無(wú)功補償智能投切，不影響其他電容器的正常運行，既保證裝置的運行可靠性，也使得裝置后期可根據實(shí)際的無(wú)功缺額靈活調整無(wú)功補償容量。加入和退岀智能電容器不需任何設置,裝置自動(dòng)更新配置，*瓶頸，可靠性高。
為了減小投切步長(cháng)，使補償級數更多，每一臺共補智能低壓電容器內部由2只容量不一定相同的△ 接法電容器C1、C2組成，對ABC三相進(jìn)行步長(cháng)；每一臺分補電容器由一臺Y接法電容器組成，C1、C2、C3分別對A、B、C三相進(jìn)行補償。整個(gè)微機電容器網(wǎng)絡(luò )內可以連接40組電容器，若按每臺智能低壓電容器容量40kvar算，則可以達到1600kvar，這是局限于控制器控制回路數的傳統無(wú)功補償不可比擬的。
3.4準確的狀態(tài)檢測和故障定位
每只智能低壓電容器內部都有開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測及電容器內部溫度檢測的傳感器。
當智能低壓電容器溫度傳感器檢測到溫度超過(guò)設定值時(shí)(溫度檢測的精度為±1℃)，過(guò)溫電容器迅速切除并過(guò)溫閉鎖，直到溫度低于安全值?？稍诂F場(chǎng)和主站清楚的査看過(guò)溫電容器所在臺變，并能 夠準確的定位岀裝置中的過(guò)溫智能低壓電容器，便于運行維護人員準確的了解無(wú)功補償裝置的運行 工況。
對于開(kāi)關(guān)每次投切，開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測傳感器都將檢測開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，確保開(kāi)關(guān)狀態(tài)真實(shí)。如岀現開(kāi)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(kāi)關(guān)，并上報該開(kāi)關(guān)故障?？稍诂F場(chǎng)和主站清楚的査看故障開(kāi)關(guān)所在臺變，并能夠準確的定位出裝置中的故障開(kāi)關(guān)，便于運行維護人員準確的了解無(wú)功補償裝置的運行工況。
3.5完整的保護功能
過(guò)壓保護：電網(wǎng)過(guò)壓時(shí)切除電容并閉鎖裝置；
欠壓保護：電網(wǎng)欠壓時(shí)切除電容并閉鎖裝置；
過(guò)壓加速：電網(wǎng)過(guò)壓，所有電容器在60秒內切除完畢；
缺相保護及閉鎖；
輕載保護及閉鎖；
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(guò)溫保護：電容器內部溫度超過(guò)設定值,切除并閉鎖電容器；
失壓保護：成套裝置失壓后，重新上電，所有電容器處于切除狀態(tài)；
裝置內部、裝置執行回路故障閉鎖。
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(lèi)型、發(fā)生時(shí)間、告警狀態(tài)通過(guò)GPRS通訊傳給主站分析使用，解決了傳統無(wú)功補償難以管理的弊端。
4、智能低壓電容器與傳統無(wú)功補償裝置的比較
智能低壓電容器與傳統無(wú)功補償裝置一樣，均用于低壓供電的無(wú)功功率自動(dòng)補償，二者除了結構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)。
智能低壓電容器結構簡(jiǎn)潔、體積小，容易實(shí)現標準化、規范化，同時(shí)流水線(xiàn)生產(chǎn)容易、可形成規?；a(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無(wú)功補償的基本元件采用模塊化集中在同一殼體內，大大減少了內部元器件的直接節點(diǎn)，更一步降低了補償裝置內部線(xiàn)路損耗。使用方便，根據情況可以在使用現場(chǎng)靈活配置，可以日后根據情況的變化現場(chǎng)調整。多臺使用 時(shí),個(gè)別損坂不影響其余，同時(shí)保護功能全，因此整體可靠性高。維修方便，故障診斷和現場(chǎng)處理比較容易，一般農電工可以勝任。多臺使用時(shí)為積木式組合，可按當前需要和經(jīng)濟能力配置，日后可逐步增加，實(shí)現分次投資。
每一臺電容器在具備傳統無(wú)功補償裝置的所有保護功能外，還増加了電容器溫度保護定位、開(kāi)關(guān)故 障定位等故障自診斷技術(shù)，使得維護人員可以在現場(chǎng)或后臺主站清楚的看到每一臺電容器的額定運行工況，大大減少了設備運行后的維護成本。
5、智能低壓電容器的應用
智能低壓電容器適用于0.4kV低壓配網(wǎng)中的無(wú)功補償，可獨立的安裝在用電設備旁，實(shí)現無(wú)功就地自動(dòng)補償，也可以安裝在美式配變箱、歐式配變箱、配電柜、柱上變壓器以及預裝式地埋變中，也可更好的對一些配變容量小的用戶(hù)及新村配電等進(jìn)行無(wú)功自動(dòng)補償，功能強、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余臺智能低壓電容器年在貴州電網(wǎng)公司投入運行, 實(shí)現了所有設計功能，使用至今運行情況良好，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償裝置
?、僮儔浩魅萘繛?00/800/1000/1250/1600/2000KVA的三相補償應用方案。
?、谧儔浩魅萘繛?00/800/1000/1250/1600/2000KVA的單相、三相混合補償應用方案。
2、AZCL系列智能集成式電力電容補償裝置
?、僮儔浩魅萘繛?00/800/1000/1250/1600/2000KVA的三相補償應用方案(串接7%電抗器)。
?、谧儔浩魅萘繛?00/800/1000/1250/1600/2000KVA的單相、三相混合補償應用方案(串接7%電抗器)。
7、結束語(yǔ)
新的《節能法》在法律層面將節約資源確定為我國的基本國策，明確規定：“國家實(shí)行節約資源的基本國策，實(shí)施節約與開(kāi)發(fā)并舉、把節約放在*的能源發(fā)展戰略。”節能也已成全社會(huì )的共同責任，配電網(wǎng)中使用智能低壓電容器來(lái)進(jìn)行無(wú)功補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，具有較大的應用價(jià)值。
【參考文獻】
譚儉，陶毅，梁錦.智能低壓電容器的應用[J].《機械與電子》2010.7(1)
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版
安科瑞電能質(zhì)量監測與治理選型手冊.2019.11版
