淺談智能集成電力電容器的應用意義

摘要：該文通過(guò)智能集成電力電容器研發(fā)背景的說(shuō)明，介紹該產(chǎn)品基于數字信號處理器（DSP）和單片機相結合的雙CPU技術(shù)智能無(wú)功補償技術(shù)，集成復合開(kāi)關(guān)的過(guò)零投切與計算機智能網(wǎng)絡(luò )模塊技術(shù)，實(shí)現了現代配電網(wǎng)對無(wú)功補償節能、過(guò)零投切、智能網(wǎng)絡(luò )的要求。

關(guān)鍵詞：智能集成電容器；過(guò)零投切

配電網(wǎng)面積廣，用戶(hù)多樣，負荷復雜，配電網(wǎng)無(wú)功補償不足，無(wú)功補償裝置故障率高，不易維護，有功損耗大，投切涌流大。加強和改善配電網(wǎng)的無(wú)功補償狀況對于減少損耗，提高電壓質(zhì)量具有非常重要的意義。

1 智能集成電力電容器的研制理念

隨著(zhù)微電子技術(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，電器向緊湊型、模塊化、組合化型式發(fā)展。智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò )化、節能環(huán)保成為智能電器發(fā)展的主流。智能集成電力電容器正是在智能電器總體發(fā)展框架上開(kāi)發(fā)出來(lái)的全新的低壓無(wú)功補償裝置。它由智能測控模塊 、晶閘管復合開(kāi)關(guān)模塊、線(xiàn)路保護模塊及電力電容器等組成，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)連接而組成的成套自動(dòng)無(wú)功補償裝置。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，以及機電一體化開(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好、功率損耗低、體積小、節約成本多、使用靈活、維護方便、使用壽命長(cháng)、可靠性高的特點(diǎn)，適應現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的高要求。

2 技術(shù)創(chuàng )新

智能集成電力電容的創(chuàng )新點(diǎn)就在于采用了進(jìn)口芯片數字信號處理器（DSP），應用雙看門(mén)狗技術(shù)，提出了智能控制的可靠性。應用了電子實(shí)時(shí)檢測信號反饋、無(wú)觸點(diǎn)光電觸發(fā)技術(shù)、晶閘管及磁保持繼電器復合開(kāi)關(guān)技術(shù)，實(shí)現了等電壓投切，實(shí)現真正“過(guò)零投切”，投切涌流幾乎為零，免除了諧波注入。采用了計算機智能網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，使控制分散化，提高了可靠性。

2.1 過(guò)零投切

由于智能集成電力電容器具有目國內的“過(guò)零投切”功能，確保電容投切過(guò)程中無(wú)涌流沖擊、無(wú)操作過(guò)電壓、無(wú)電弧重燃，提高控制的快速性，同時(shí)延長(cháng)電容器的使用壽命。傳統的無(wú)功補償裝置使用交流接觸器進(jìn)行投切，交流接觸器在分斷電容器時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很高的操作過(guò)電壓，這是導致電容器損壞的重要因素。如圖1和圖2所示。

圖1 零投切和非零投切                       圖2 零投切和非零投切對電對電容器失效率的影響                          對電容器衰減率的影響

采用過(guò)零投切技術(shù)后，電容器的使用壽命延長(cháng)了兩倍以上，由此帶來(lái)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益無(wú)法估量。

2.2 智能網(wǎng)絡(luò )控制

由于每臺電容器都帶有智能網(wǎng)絡(luò )模塊，可以形成主從自動(dòng)組合模式進(jìn)行投切，相當于每臺電容器都能充當控制器，實(shí)現了高可靠性。取消總控制器，采用分散控制模式，每組智能集成電力電容器都有控制單元，使多組電容器的自動(dòng)投切擺脫了全部依靠一個(gè)控制器的情況，杜絕因控制器故障導致整個(gè)系統癱瘓的情況。另外，多臺智能集成電力電容器聯(lián)網(wǎng)使用時(shí)，會(huì )自動(dòng)生成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，其中地址碼小的一個(gè)為主機，其余為從機，構成低壓無(wú)功自動(dòng)控制系統；如果個(gè)別從機出現故障，自動(dòng)退出，不影響其余從機工作，如果主機故障，也要退出，在其余從機中產(chǎn)生一個(gè)新的主機，組成一個(gè)新的系統。容量相同的電容器按循環(huán)投切原則，容量不同的電容器按適補原則投切。并且具有485通訊接口，可以接入后臺計算機，進(jìn)行配電綜合管理?？傊?，該產(chǎn)品采用智能網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，大大提高了運行可靠性及電容的足量投入，相當于延長(cháng)了補償裝置的壽命。采用相同容量的無(wú)功補償裝置，盡管智能集成電力電容器的價(jià)格比相同容量的傳統電容器要高些，但與整體的無(wú)功補償裝置相比及整個(gè)壽命周期相比，智能集成電容器的成本則較便宜。

2.3 智能補償

其智能全自動(dòng)組合的控制模式，可以以無(wú)功功率、功率因數、無(wú)功電壓等多種參數做為控制參數，實(shí)現補償組合?；旌涎a償是補償效果佳化的模式，智能集成電力電容器能夠簡(jiǎn)單和高可靠性地實(shí)現分相補償、混合補償等復雜的佳效果的補償要求。

3 性能

3.1 節能*

智能集成電力電容器采用了磁保持繼電器，電路接通后，磁保持繼電器內，銜鐵由永磁體吸持。常規補償裝置接通補償電路需要交流接觸器，交流接觸器觸點(diǎn)需要電磁線(xiàn)圈保持，每只交流接觸器（按CJ19繼電器吸持容量計算）功率為15 W，每一路可接通15 kvar的電容器。采用智能集成電力電容器每千乏就比傳統無(wú)功補償裝置減少損耗1 W功率。另外智能集成電力電容器體積比其他自動(dòng)補償裝置小50%左右，因此減少了大量的導線(xiàn)、接點(diǎn)、器件

等電能損耗。

我國目在用的配電變壓器近500萬(wàn)臺（數據來(lái)自中國國家電力監管委員會(huì )），平均容量為200 kVA，總容量近1000 GVA，無(wú)功補償按配電變壓器平均的1/3計算，現有配電變壓器需無(wú)功補償容量330 Gvar。如果將現有傳統配電變壓器無(wú)功補償裝置換成智能集成電力電容器，按1 kvar節省1 W功率算（還不計減少導線(xiàn)、接點(diǎn)的電能損耗），則一年可節約電能2891 GWh?？蓽p少煤耗109.86萬(wàn)t（供電煤耗380g/KWh），減少排放CO2氣體2.86×106 t。減少SO2氣體排放5.7×104t，NO2氣體排放3.36×104t。

3.2 智能化

智能化程度高、投切技術(shù)好，補償效果佳。

3.3 壽命延長(cháng)

可靠性大幅提高，壽命周期成倍降低。

由于應用了過(guò)零投切技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)控制技術(shù)，使其可靠性大大提高，壽命期增長(cháng)。另外，我們在產(chǎn)品的內部預置了熱感應探頭，通過(guò)溫度控制模塊，使產(chǎn)品熱點(diǎn)不過(guò)熱，有效延長(cháng)了產(chǎn)品的熱老化壽命。

3.4 體積大幅縮小

智能集成電力電容器高度集成，結構緊湊，重量輕。用其組柜，大容量可達800 kvar，同容量體積比其他自動(dòng)補償裝置減少50%左右。特別是城市配電間，土地和房產(chǎn)資源十分緊張，對于630 kVA以上的室內配電間，原傳統無(wú)功補償裝置要占用二個(gè)柜體空間，采用智能集成電力電容器組柜，只需一個(gè)柜就可滿(mǎn)足補償要求。

3.5 積木結構，接線(xiàn)簡(jiǎn)易，擴容方便，維護簡(jiǎn)單

智能集成電力電容器實(shí)現了標準化、模塊化，取代了傳統的控制器、空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、熱繼電器、電容器，將其合為一個(gè)整體，組屏安裝的時(shí)候采用積木堆積方式。多臺電容器組屏安裝，生產(chǎn)工時(shí)比傳統模式減少60％以上，同時(shí)減少80％連接線(xiàn)，減少80％的接點(diǎn)，柜內簡(jiǎn)潔，在使用現場(chǎng)快速組裝。產(chǎn)品體積小，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，隨著(zhù)電力負荷的增加，可以隨時(shí)增加電容器的數量，改變了常規模式因接線(xiàn)復雜，一成不變的局限性。產(chǎn)品本身高智能化，安裝非常簡(jiǎn)單，維護方便。若發(fā)現產(chǎn)品面板上故障指示燈亮，只要拆下故障電容器，用新的換上，如同換電池一樣方便。

4安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

4.1產(chǎn)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(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ幱扇劢z、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)連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補償裝置。具有體積小，功耗低，維護方便，使用壽命長(cháng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的高要求。

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(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過(guò)內部晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護、缺相保護、過(guò)諧保護、過(guò)溫保護等保護功能。

4.2產(chǎn)品選型

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

4.3產(chǎn)品實(shí)物展示

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無(wú)功補償裝置智能電容方案

5 應用意義與景

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，節能也已成全社會(huì )的共同責任。電容的“過(guò)零投切”技術(shù)也已成為對新一代無(wú)功補償裝置的先進(jìn)技術(shù)要求在多個(gè)地區的招投標中都已列明“過(guò)零投切要求”，大面積推廣已勢在必行。該產(chǎn)品是電力系統新一代的節能產(chǎn)品，是替代常規的傳統無(wú)功補償產(chǎn)品的新?lián)Q代產(chǎn)品。智能集成電力電容器具有節能、小型化、性能越、成本低等勢，是新一代智能電器的好產(chǎn)品，無(wú)功補償的理想設備。它節約能源和節約空間資源的突出點(diǎn)將為建設和諧社會(huì )做出重大貢獻。

參考文獻

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019版