摘要：本文介绍智能集成电力电容器的特点，在箱式变电站无功补偿装置中应用的优势及推广应用。
关键词：箱式变电站；功率因数；智能电容器
1、无功补偿装置中投切开关的特点
目前,无功补偿装置主要有4种方式来投切电容器组:普通接触器、专用接触器、晶闸管投切电容器和智能型复合开关。接触器投切电容器方式随着技术的发展已逐步退出市场。
新型智能型复合开关,在结合接触器和无触头晶闸管各自的优点的基础上,采用磁保持继电器和晶闸管并联的结构方式,这样既克服了电容器组投切时的涌流现象,又减小了功率损耗,从而在智能集成电力电容器中得到了广泛的应用。
2、智能集成电力电容器的硬件结构
智能集成电力电容器是在智能电器总体发展柜架上开发出来的全新一代低压无功补偿装置,它由CPU测控单元、智能型复合开关和电力电容器等组成,如图1所示。
CPU测控单元:其硬件电路主要由检测、控制、执行及电源四部分组成。检测部分主要是对负载的电压和电流进行检测,并将其参数信号转换成控制单元所能接受的信号,控制单元由DSP完成对电压和电流值的计算,再根据控制补偿规则,做出投切决策并输出投切指令;执行单元接到指令后,通过智能型复合开关控制补偿电容器组的投切;该测控单元集成了通讯模块,实现智能电容器之间的组网、信息输入、输出。
电网的电压、电流分别经PT、CT接入测控单元,信号调理部分将它们转变为小幅值的电压信号接到DSP的ADC,经过DSP的采样、分析、计算,根据结果,结合投切策略,自动控制复合开关投切电容器组,再将计算结果送到双口RAM;C51单片机负责电容器的保护电路控制,负责将计算结果送到液晶显示,同时扫描键盘,EEPROM记录控制器重要参数的变动,两个CPU之间通过双口RAM进行数据的传送。
智能型复合开关:受控于测控CPU,集成C51控制器投切回路,主控回路采用双向晶闸管和磁保持继电器,应用过零检测技术,实现电容器组过零平滑投切,消除合闸涌流与操作过电压,可频繁进行投切。微型断路器:智能电容器电源保护开关,电源接入端子,起短路、过流保护作用。
3、卓越性能
3.1 节能环保
智能集成电力电容器采用了磁保持继电器,电路接通后,不再消耗电能,磁保持继电器内,衔铁由永磁体吸持。常规补偿装置接通补偿电路需要交流接触器,交流接触器触点需要电磁线圈保持,每只交流接触器需消耗15W,每一路可接通15kVar。采用智能集成电力电容器每kVar就比传统无功补偿装置减少损耗1W。智能集成电力电容器体积比其它自动补偿装置缩小50%左右,减少了大量的导线、接点、器件等电能损耗。我国目前在用的配电变压器近500万台,平均容量为200kVA,总容量近10亿kVA,无功补偿按配电变压器平均的1/3计算,现有配电变压器需无功补偿容量3.3亿kVar。
如果将现有传统配电变压器无功补偿装置换成智能集成电力电容器,按1kvar省1W算,则一年可节电28.91亿kwh,超过秦山核电站设计年发电量17亿千瓦时。可减少煤耗109.86万吨,减少排放CO2气体285.64万吨,相当于增加净化空气的森林面积7616.94平方公里;可减少SO2气体排放5.7万吨,NO1,NO2气体排放3.36万吨,减少环境污染。
3.2 智能网络控制
由于每台电容器都带有智能网络模块,可以形成主从自动组合模式进行投切,相当于每台电容器都能充当控制器,实现了高可靠性。取消总控制器,采用分散控制模式,每组智能集成电力电容器都有控制单元,使多组电容器的自动投切摆脱了全部依靠一个控制器的情况,杜绝因控制器故障导致整个系统瘫痪。
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多台智能集成电力电容器联网使用时,会自动生成一个网络,地址码最小的一个为主机,其余为从机,构成低压无功自动控制系统;如果个别从机出现故障,自动退出,不影响其余工作;如果主机故障,主机退出,在从机中产生一个新的主机,组成一个新的系统。容量相同的电容器按循环投切原则,容量不同的电容器按适补原则投切;通讯模块具有485通讯接口,可以接入后台计算机,进行配电综合管理。通过智能网络控制技术,提高了运行可靠性及电容的足量投入,延长了补偿装置的寿命。
4.智能集成电力电容器在箱变中应用的优势
4.1高度集成小型化满足箱变结构紧凑的要求
智能集成电力电容器高度集成、结构紧凑、重量轻，与同容量的传统补偿设备相比占有空间不到减少50%。在箱变中，同样大小的空间，可以布置两倍原传统无功补偿容量，大大提高了箱变的无功补偿容量。对于630kVA以上箱变，采用智能集成电力电容器组柜，只需一个柜就可以满足补偿要求，可以减少一个柜体空间，大大节省箱变空间。
4.2可靠节能高效提高了箱变的电能质量
由于箱变空间小、较密闭、散热条件差，传统无功补偿设备接触器投切开关产生热量大，电容器运行条件差，易引起热继电器误动作。智能集成电力电容器采用智能过零投切开关电路，实现等电压投入，零电流切除，投切无涌流冲击，无操作过电压、无电弧重燃，大大提高了设备的耐电压，彻底解决了传统模式中接触器、电容器经常损坏的难题。电流冲击小，减少了传统无功补偿设备80%的能耗。电容器内部配有温度传感器，能够反映电容器过电流，过谐波，漏电流过大和环境温度过高等情况下导致电容器内部发热，实现过温度保护，超过设定温度后自动切除电容器，退出运行，到达保护设备的目的，提高设备的使用寿命。取消控制器，采用分散控制模式，杜绝因控制器故障导致整个系统瘫痪，且能实现单相分别补偿，解决三相负荷不平衡状况，达到可靠、节能、高效的补偿效果，提高了箱变的电能质量，保证了系统的稳定、安全运行。
4.3模块化设计便于箱变的安装维护
由于箱变空间狭小，安装和检修非常困难，不便操作。智能集成电力电容器采用标准化、模块化设计，取代了传统的控制器、空气开关、交流接触器、可控硅、热继电器、电容器，将其合为一个整体，组柜安装的时候采用积木堆积方式。在箱变电容器组柜安装时，生产工时比传统模式减少60%以上，同时减少80%连接线，减少80%的节点。柜内简洁，能实现在现场快速组装。具有简便的人机对话界面，界面会实时显示过压、欠压、过流、过温、三相不平衡等。具备自诊功能，可以在显示屏上反映电子开关、电容器、空气开关、智能模块网络通讯等故障，有利于现场故障查找。产品本身的智能化、使用傻瓜化，只要人机界面故障指示灯亮，拆下电容器，用新的更换即可，如同更换电池一样方便。维护及时，且不需要专业电工，补偿效果大大提高，维护成本也只有传统装置的10%左右。
4.4符合智能电网对无功补偿的更高要求
智能集成电力电容器具有简便的人机对话界面，前面的液晶显示反映了当前配电电压、电流、无功功率、功率因数等参数显示和无功缺额等。投运、退出的状态和故障自诊断提示。液晶的上端有两个灯，分别代表了电容器的投接状态。电容器的电流显示和故障代码显示，每台智能电容每个元器件出现问题都有故障代码提示。电流粗放保护，提示线路上的过压欠压故障，三相不平衡故障。实时检测每只电容器的三相电流，可以实现过流保护，三相不平衡保护和断相保护等。还有故障自诊断功能。
多台智能集成电力电容器联网工作时，后面的485接口，通过485线互相并起来。通电后，其中地址码最小的一个为主机（每台电容器出厂都有不同的地址码），其余为从机由主机控制，形成一个环形网络。主机控制从机工作，主机出现问题，系统把主机剔出工作，在其余从机中按同样的原则产生一个新的主机，组成一个新的网络系统。从机出现问题，主机把从机剔出工作，不影响其余电容器工作，从而实现了配电的智能化综合管理。
参考文献
[1]王和忠.箱式变新型无功补偿装置中智能集成电力电容器的应用[J].变压器,2009,46(3)：37-39.
[2]陆保松.城区低压电网的无功补偿[J].中国电力,1996,29(3):54-57.
[3]陆定安.电力系统无功补偿[M].北京:中国电力出版社,2002.
论文作者:孙波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/21
标签：电容器论文; 智能论文; 接触器论文; 电力论文; 故障论文; 装置论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第13期论文;