淺談智能集成電力電容器的應(yīng)用意義

時(shí)間：2021-04-16作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：301

周曉麗

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和單片機(jī)相結(jié)合的雙CPU技術(shù)智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，集成復(fù)合開(kāi)關(guān)的過(guò)零投切與計(jì)算機(jī)智能網(wǎng)絡(luò)模塊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代配電網(wǎng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償節(jié)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，用戶多樣，負(fù)荷復(fù)雜，配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償不足，無(wú)功補(bǔ)償裝置故障率高，不易維護(hù)，有功損耗大，投切涌流大。加強(qiáng)和改善配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償狀況對(duì)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

隨著微電子技術(shù)、數(shù)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(yīng)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(jié)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(bǔ)償裝置。它由智能測(cè)控模塊 、晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)模塊、線路保護(hù)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(fù)合開(kāi)關(guān)或機(jī)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(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的成套自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置。改變了傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置落后的控制器技術(shù)和落后的機(jī)械式接觸器，以及機(jī)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(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，從而使新一代低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備具有補(bǔ)償效果更好、功率損耗更低、體積更小、節(jié)約成本更多、使用更靈活、維護(hù)更方便、使用壽命更長(zhǎng)、可靠性更高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

2 技術(shù)

智能集成電力電容的點(diǎn)就在于采用了進(jìn)口芯片數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），應(yīng)用雙看門狗技術(shù)，提出了智能控制的可靠性。應(yīng)用了電子實(shí)時(shí)檢測(cè)信號(hào)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(fù)合開(kāi)關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了等電壓投切，實(shí)現(xiàn)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(jì)算機(jī)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前國(guó)內(nèi)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，提高控制的性，同時(shí)延長(zhǎng)電容器的使用壽命。傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置使用交流接觸器進(jìn)行投切，交流接觸器在分?jǐn)嚯娙萜鲿r(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的操作過(guò)電壓，這是導(dǎo)致電容器損壞的重要因素。如圖1和圖2所示。

 

采用過(guò)零投切技術(shù)后，電容器的使用壽命延長(zhǎng)了兩倍以上，由此帶來(lái)經(jīng)濟(jì)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(tái)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(dāng)于每臺(tái)電容器都能充當(dāng)控制器，實(shí)現(xiàn)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(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的情況。另外，多臺(tái)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(jī)，其余為從機(jī)，構(gòu)成低壓無(wú)功自動(dòng)控制系統(tǒng)；如果個(gè)別從機(jī)出現(xiàn)故障，自動(dòng)退出，不影響其余從機(jī)工作，如果主機(jī)故障，也要退出，在其余從機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)新的主機(jī)，組成一個(gè)新的系統(tǒng)。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(bǔ)原則投切。并且具有485通訊接口，可以接入后臺(tái)計(jì)算機(jī)，進(jìn)行配電綜合管理。總之，該產(chǎn)品采用智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大大提高了運(yùn)行可靠性及電容的足量投入，相當(dāng)于延長(zhǎng)了補(bǔ)償裝置的壽命。采用相同容量的無(wú)功補(bǔ)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(tǒng)電容器要高些，但與整體的無(wú)功補(bǔ)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(bǔ)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(shù)、無(wú)功電壓等多種參數(shù)做為控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償組合。混合補(bǔ)償是補(bǔ)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(xiàn)分相補(bǔ)償、混合補(bǔ)償?shù)葟?fù)雜效果的補(bǔ)償要求。

3 性能

3.1 節(jié)能效果顯著

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(nèi)，銜鐵由永磁體吸持。常規(guī)補(bǔ)償裝置接通補(bǔ)償電路需要交流接觸器，交流接觸器觸點(diǎn)需要電磁線圈保持，每只交流接觸器（按CJ19繼電器吸持容量計(jì)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(tǒng)無(wú)功補(bǔ)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(bǔ)償裝置小50%左右，因此減少了大量的導(dǎo)線、接點(diǎn)、器件

等電能損耗。

我國(guó)目前在用的配電變壓器近500萬(wàn)臺(tái)（數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)國(guó)家電力監(jiān)管**），平均容量為200 kVA，總?cè)萘拷?000 GVA，無(wú)功補(bǔ)償按配電變壓器平均的1/3計(jì)算，現(xiàn)有配電變壓器需無(wú)功補(bǔ)償容量330 Gvar。如果將現(xiàn)有傳統(tǒng)配電變壓器無(wú)功補(bǔ)償裝置換成智能集成電力電容器，按1 kvar節(jié)省1 W功率算（還不計(jì)減少導(dǎo)線、接點(diǎn)的電能損耗），則一年可節(jié)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(bǔ)償效果佳。

3.3 壽命延長(zhǎng)

可靠性大幅提高，壽命周期成倍降低。

由于應(yīng)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(zhǎng)。另外，我們?cè)诋a(chǎn)品的內(nèi)部預(yù)置了熱感應(yīng)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。用其組柜，大容量可達(dá)800 kvar，同容量體積比其他自動(dòng)補(bǔ)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(duì)于630 kVA以上的室內(nèi)配電間，原傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)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)柜就可滿足補(bǔ)償要求。

3.5 積木結(jié)構(gòu)，接線簡(jiǎn)易，擴(kuò)容方便，維護(hù)簡(jiǎn)單

智能集成電力電容器實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，取代了傳統(tǒng)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(tái)電容器組屏安裝，生產(chǎn)工時(shí)比傳統(tǒng)模式減少60％以上，同時(shí)減少80％連接線，減少80％的接點(diǎn)，柜內(nèi)簡(jiǎn)潔，在使用現(xiàn)場(chǎng)組裝。產(chǎn)品體積小，接線簡(jiǎn)單，隨著電力負(fù)荷的增加，可以隨時(shí)增加電容器的數(shù)量，改變了常規(guī)模式因接線復(fù)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(hù)方便。若發(fā)現(xiàn)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，如同更換電池一樣方便。

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(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元，晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復(fù)合開(kāi)關(guān)或機(jī)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(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)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(nèi)部晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)諧保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等保護(hù)功能。

4.2產(chǎn)品選型




AZC系列智能電容器選型：

 

補(bǔ)償 方式	投切裝置類型	容量 (kvar)	規(guī)格型號(hào)	外形尺寸(mm)
				長(zhǎng)度	寬度	高度
三相 共補(bǔ) SP1	復(fù)合開(kāi)關(guān) 投切	20+20	AZC-SP1/450-20+20	380	80	300
		15+15	AZC-SP1/450-15+15	380	80	270
		20+10	AZC-SP1/450-20+10	380	80	270
		10+10	AZC-SP1/450-10+10	380	80	250
		10+5	AZC-SP1/450-10+5	380	80	250
		5+5	AZC-SP1/450-5+5	380	80	250
		2.5+2.5	AZC-SP1/450-2.5+2.5	380	80	250

 

 

 

補(bǔ)償 方式	投切裝置類型	容量 (kvar)	規(guī)格型號(hào)	外形尺寸(mm)
				長(zhǎng)度	寬度	高度
三相 共補(bǔ) SP1	同步開(kāi)關(guān) 投切	20+20	AZC-SP1/450-20+20(J)	380	80	300
		15+15	AZC-SP1/450-15+15(J)	380	80	270
		20+10	AZC-SP1/450-20+10(J)	380	80	270
		10+10	AZC-SP1/450-10+10(J)	380	80	250
		10+5	AZC-SP1/450-10+5(J)	380	80	250
		5+5	AZC-SP1/450-5+5(J)	380	80	250
		2.5+2.5	AZC-SP1/450-2.5+2.5(J)	380	80	250
單相 分補(bǔ) FP1	復(fù)合開(kāi)關(guān) 投切	30	AZC-FP1/250-30	380	80	330
		20	AZC-FP1/250-20	380	80	270
		15	AZC-FP1/250-15	380	80	270
		10	AZC-FP1/250-10	380	80	250
		7.5	AZC-FP1/250-7.5	380	80	250
		5	AZC-FP1/250-5	380	80	250
	同步開(kāi)關(guān) 投切	30	AZC-FP1/250-30(J)	380	80	330
		20	AZC-FP1/250-20(J)	380	80	270
		15	AZC-FP1/250-15(J)	380	80	270
		10	AZC-FP1/250-10(J)	380	80	250
		7.5	AZC-FP1/250-7.5(J)	380	80	250
		5	AZC-FP1/250-5(J)	380	80	250

 

 

 

AZCL系列智能電容器選型：

 

補(bǔ)償 方式	電抗器 類型	容量 (kvar)	規(guī)格型號(hào)	外形尺寸(mm)
				長(zhǎng)度	寬度	高度
三相 共補(bǔ) SP1	電抗率7% 材質(zhì)鋁	40	AZCL-SP1/480-40-P7	480	200	380
		35	AZCL-SP1/480-35-P7	480	200	380
		30	AZCL-SP1/480-30-P7	480	200	380
		25	AZCL-SP1/480-25-P7	480	200	380
		20	AZCL-SP1/480-20-P7	480	200	380
		15	AZCL-SP1/480-15-P7	480	200	380
		10	AZCL-SP1/480-10-P7	480	200	380
		5	AZCL-SP1/480-5-P7	480	200	380
	電抗率14% 材質(zhì)鋁	40	AZCL-SP1/525-40-P14	480	200	380
		35	AZCL-SP1/525-35-P14	480	200	380
		30	AZCL-SP1/525-30-P14	480	200	380
		25	AZCL-SP1/525-25-P14	480	200	380
		20	AZCL-SP1/525-20-P14	480	200	380
		15	AZCL-SP1/525-15-P14	480	200	380
		10	AZCL-SP1/525-10-P14	480	200	380
		5	AZCL-SP1/525-5-P14	480	200	380
單相 分補(bǔ) FP1	電抗率7% 材質(zhì)鋁	30	AZCL-FP1/280-30-P7	480	200	380
		25	AZCL-FP1/280-25-P7	480	200	380
		20	AZCL-FP1/280-20-P7	480	200	380
		15	AZCL-FP1/280-15-P7	480	200	380
		10	AZCL-FP1/280-10-P7	480	200	380
		5	AZCL-FP1/280-5-P7	480	200	380
	電抗率14% 材質(zhì)鋁	30	AZCL-FP1/280-30-P14	480	200	380
		25	AZCL-FP1/280-25-P14	480	200	380
		20	AZCL-FP1/280-20-P14	480	200	380
		15	AZCL-FP1/280-15-P14	480	200	380
		10	AZCL-FP1/280-10-P14	480	200	380
		5	AZCL-FP1/280-5-P14	480	200	380

 

 

補(bǔ)償 方式	電抗器 類型	容量 (kvar)	規(guī)格型號(hào)	外形尺寸(mm)
				長(zhǎng)度	寬度	高度
三相 共補(bǔ) SP1	電抗率7% 材質(zhì)銅	40	AZCL-SP1/480-40-P7	480	200	380
		35	AZCL-SP1/480-35-P7	480	200	380
		30	AZCL-SP1/480-30-P7	480	200	380
		25	AZCL-SP1/480-25-P7	480	200	380
		20	AZCL-SP1/480-20-P7	480	200	380
		15	AZCL-SP1/480-15-P7	480	200	380
		10	AZCL-SP1/480-10-P7	480	200	380
		5	AZCL-SP1/480-5-P7	480	200	380
	電抗率14% 材質(zhì)銅	40	AZCL-SP1/525-40-P14	480	200	380
		35	AZCL-SP1/525-35-P14	480	200	380
		30	AZCL-SP1/525-30-P14	480	200	380
		25	AZCL-SP1/525-25-P14	480	200	380
		20	AZCL-SP1/525-20-P14	480	200	380
		15	AZCL-SP1/525-15-P14	480	200	380
		10	AZCL-SP1/525-10-P14	480	200	380
		5	AZCL-SP1/525-5-P14	480	200	380
單相 分補(bǔ) FP1	電抗率7% 材質(zhì)銅	30	AZCL-FP1/280-30-P7	480	200	380
		25	AZCL-FP1/280-25-P7	480	200	380
		20	AZCL-FP1/280-20-P7	480	200	380
		15	AZCL-FP1/280-15-P7	480	200	380
		10	AZCL-FP1/280-10-P7	480	200	380
		5	AZCL-FP1/280-5-P7	480	200	380
	電抗率14% 材質(zhì)銅	30	AZCL-FP1/280-30-P14	480	200	380
		25	AZCL-FP1/280-25-P14	480	200	380
		20	AZCL-FP1/280-20-P14	480	200	380
		15	AZCL-FP1/280-15-P14	480	200	380
		10	AZCL-FP1/280-10-P14	480	200	380
		5	AZCL-FP1/280-5-P14	480	200	380

 

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(bǔ)償裝置智能電容方案

5 應(yīng)用意義與前景

新的《節(jié)能法》在法律層面將節(jié)約資源確定為我國(guó)的基本國(guó)策，節(jié)能也已成全社會(huì)的共同責(zé)任。電容的“過(guò)零投切”技術(shù)也已成為對(duì)新一代無(wú)功補(bǔ)償裝置的**技術(shù)要求在多個(gè)地區(qū)的招投標(biāo)中都已列明“過(guò)零投切要求”，大面積推廣已勢(shì)在必行。該產(chǎn)品是電力系統(tǒng)新一代的節(jié)能產(chǎn)品，是替代常規(guī)的傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償產(chǎn)品的更新?lián)Q代產(chǎn)品。智能集成電力電容器具有節(jié)能、小型化、性能優(yōu)越、成本低等優(yōu)勢(shì)，是新一代智能電器的好產(chǎn)品，無(wú)功補(bǔ)償?shù)睦硐朐O(shè)備。它節(jié)約能源和節(jié)約空間資源的**優(yōu)點(diǎn)將為建設(shè)和諧社會(huì)做出重大貢獻(xiàn)。

 

參考文獻(xiàn)

[1] 陸保松. 城區(qū)低壓電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償[ J ] . 中國(guó)電力,1996,29(3):54～57.

[2]王瑜，趙建網(wǎng)，王和忠，季小龍. 智能集成電力電容器

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019版

 


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