摘要：本文主要以机电一体开关低压无功补偿装置作为探讨目标，对其结构组成原理、设备选型计算分析以及投切控制策略和相关实验应用情况等进行了着重的分析，以便为进一步推动机电一体化开关的开发和应用提供可靠的参考依据。
关键词：机电一体开关；无功补偿装置；开发应用；研究分析
随着我国机电一体化技术的不断发展，各种新型的无功补偿装置也开始应运而生。机电一体开关就是这一时期的科技产物，其在实际应用过程中主要是由低压无功补偿装置控制器来进行控制的，具有较强的稳定性和可靠性，能够满足各种环境下的配网运行需求。所以，对该设备的开发和应用进行深入的分析，很有必要。
1.组成原理分析
机电一体开关主要是由机电一体开关控制单元和交流接触器KM所组成，且所有的应用功能都是由无功补偿装置控制器来进行控制。其中，控制单元的设置最为关键，其组成结构极为繁杂，如：阻容能量吸收元件、机电一体开关控制电路以及正反向并联晶闸管开关等，这些组成要素共同形成了一个完整的机电一体开关控制单元，在实际运行时，当补偿控制装置向开关控制单元下达投切命令后，直流电压信号就会开始向光电耦合器进行移动，进以通过其快速的传输速度，来进行单片机处理，并将处理后的信号作为启动晶闸管和继电器的关键要素。此外，由于机电一体开关中的控制单元中包含两只不同方向的晶闸管，所以只要采用两相接线方式或三角形接线三相电容器，就能够进行相应的无功补偿工作。这在一定程度上既能降低机电一体开关的造价成本，又能减少整个无功补偿装置的体积。
2.分析和选型主电路设备
通常，在10kV线路的配电变压器低压侧端都会安装有低压无功补偿装置，以便可以为那些公用变、专用变低压用户设备提供充足的无功功率。而这些低压用户设备的容量通常都会低于500kV•A，所以只要采用30kvar、45kvar、60kvar以及90kvar标准的无功补偿装置就可实现最终的功率补偿目标。在选择主电路设备时，必须先确定补偿装置分组容量以及接线，然后再依据各同路中的额定电流来进行选择，这样才能保证补偿装置的正常运行。
例如，某机电一体化开关低压补偿装置，是由一个新型的空气断路器，两个交流接触器、一个熔断器、一个避需器以及一个凝体设备所组成，这其中，尤以后三个关键部件的合理选择最为重要。另外，由于系统中的电容器接线方式以两相控制的三角形接线方式为主，所以在电流过零时，开关单元的晶闸管元件就会经常出现断开情况，究其原因，主要是因为断开电容器上的电压值经常处于最大限度，其内部所设置的放电电阻又会产生自放电现象，所以当晶闸管投入时，其电流就会发生较大的变化，进而出现电流冲击现象，导致晶闸管元件断开。因此，只有合理选择熔断器、避需器、凝体等主设备器件，并依照断开电容器上的电压值采取适宜的补偿装置进行无功率补偿，这样才能确保该机电一体开关的运行稳定性和可靠性。
3.常见运行问题及控制措施分析
图一
机电一体开关低压无功补偿装置在运行过程中会经常发生电流过零触发以及电容器投切问题。具体原因主要是因为其控制单元的控制板上存有大量的晶闸管电压过零触发电路，这种电路工作原理示意图如图一所示，其中，大部分电路都以C相电压过零触发电路为主，并且自身所发出的一切投切信号都要经光电耦合器的快速传送，才能进行单片机处理。与此同时，功率放大器还会对同一时序的控制信号进行放大处理，并将处理后的信号回馈给光电耦合器，这样就会使得晶闸管上无触点开关两端的电压值逐步降低，当其与电容器残压值相等时，晶闸管两端的电压就会发生过零触发反应，而光电耦合器也会将所输出的触发信传递给晶闸管，以便使其始终保持在导通的状态下，这样才能实现电容器的正常运行。但是，若晶闸管导通后的两端电压依然为零，而单片机输出的投入信号却被全部撤销时，则触发信号以及晶闸管两端的电流过零现象就会自动消失。
所以针对这种现状，就要对机电一体开关无功补偿装置的分组投切控制方式以及配电监测模式进行全面的优化创新，将其由原有的控制方式转变成由补偿装置控制器进行控制的方式，并将电网无功功率Q设为基准参考量，然后以此为基础，采用复合控制技术，这样才能确保电压过零触发和电容器投切始终处于可控范围内。具体控制过程可以按照以下几个步骤来进行：
第一，若欠电压门限UL高于电网电压U时，电容器组就可第一时间进行切除处理，因为这一时段的电网电压过低，不会发生任何切除危险，同时，也能保证缺相与控制器的电压处于正常值范围内。
第二，当欠电压门限UH低于电网电压U时，电容器组也可以进行快速的切除处理，因为这一时段的电容器组可以有效规避过高电压所带来的影响，延长电容器组的使用寿命，以免其因为过高电压而产生绝缘老化等损坏现象。
第三，当欠电压门限UL低于电网电压U且高于低电压上限ULM时，则证明上级电网的无功率正处于极度缺乏的状态，这时可以按照
缺无功则投、少量过补不切的控制原则来进行投切控制。
第四，当欠电压门限UH高于电网电压U且低于高电压下限UH时，则证明上级电网的无功率处于正常的状态下，这时可以按照少量缺无功不投，过补则切的控制原则来进行投切控制。
第五，当欠电压门限UHM高于电网电压U且低于低电压上限ULM时，则证明上级电网的无功率处于少量缺乏的状态下，这时可以按照缺无功则投、过补则切的控制原则来进行投切控制。
上述电压过零触发和电容器投切控制策略在实际应用时，可以根据实际电网情况，进行合理选择，并根据国家相应的检测规范已及控制标准对各种无功功率控制门限值、电压控制门限值以及投切动作延时时间值等进行科学化的检测和调整。同时还要对电容器补偿装置的投切时间间隔进行严格的控制，基于相应的基准要求，电容器组投切时间间隔应尽量大于300s。此外，对于普通供电系统而言，在选择投切电容器无功补偿装置时，必须参考以下几点要求来进行：第一，保证无功补偿装置不对系统网损造成任何影响；第二，确保无功补偿装置能够提升配电系统的利用率；第三，确保无功补偿装置能够增强电网电压的稳定性，并有效延长电容器的使用寿命，达到最佳的控制效果。
4.相关试验以及应用情况分析
据相关实践证明，机电一体开关低压无功补偿装置，在实际应用过程中，即使接通了投切开关，系统自身也不会出现任何发热及功能损耗现象，并且能够减少大体积散热器和冷却风扇的使用。同时，该无功补偿装置在开关接通和断开的过程中，还能充分体现出其晶闸管开关以及接触器的应用优势，进而全面提升装置的稳定性和可靠性，使其使用寿命得到最大化延长。基于这些显著的应用特征，可以在装置开发完毕后，在过长期的额定条件下通过相应的投切试验来进行理论验证，试验过程可以按照以下两个步骤来进行：首先，要合理选择投切试验目标，尽量将容量为30 kvar的时间继电器控制装置作为投试验主体；其次，要将控制装置的时间间隔控制在15s/次的标准范围内，并确定试验周期，不能超过三个月。经过投切试验的验证，证明机电一体开关投切电容器无功补偿装置无任何质量问题，完全可以投入到配网中进行使用。
结束语
综上所述，机电一体开关低压无功补偿装置在实际运行时，主要是依靠无功补偿控制器的指令来发挥相应的应用功能，其在具体设计过程中，必须合理选择主电路设备，采取行之有效的电压过零触发和电容器投切控制措施，并进行相应的投切试验，确认无误后，才能进行投入使用。
参考文献：
[1]李铁兵.机电一体开关低压无功补偿装置的开发和应用[J]动力与电气工程，2018，02：41-42
[2]吴振宁.机电一体开关低压无功补偿装置工作原理及应用试验分析[J]机电工程，2018，05：66-67
论文作者:徐建波
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/1/3
标签：装置论文; 电压论文; 机电论文; 电容器论文; 晶闸管论文; 电网论文; 低压论文; 《基层建设》2018年第35期论文;