王孟春
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:介紹了一種基于智能電容器的新式無功補(bǔ)償系統(tǒng)在工程項目中的應(yīng)用,從結(jié)構(gòu)和功能上對該智能電力電容器模塊進(jìn)行了剖析,并與具體項目相結(jié)合,描繪了低壓無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:低壓無功補(bǔ)償智能電容器模塊化應(yīng)用
0 引言
近年來,隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等的快速進(jìn)步,低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償正快速地向過零投切、智能化、模塊化方向發(fā)展,產(chǎn)品的質(zhì)量和性能有了大幅度提高,功能也日趨多元化。
傳統(tǒng)低壓無功補(bǔ)償系統(tǒng)由1只控制器、若干組電容器和投切開關(guān)雜、可維護(hù)性差、各元件間單一連接,無法實現(xiàn)整機(jī)的自我診斷以及每組電容器電流及溫度的保護(hù),給運維以及一些保護(hù)部件在低壓電氣柜內(nèi)組合而成口,整柜元件多、體積大、安裝接線復(fù)工作造成了不便。為此,在某音樂噴泉項目的無功補(bǔ)償系統(tǒng)中,引入了模塊化、智能化的理念,并采用智能電容器模塊作為補(bǔ)償主體。智能電容器是把1組電容器本體、過零投切開關(guān)、保護(hù)部件等通過智能測控單元**的結(jié)合,組成補(bǔ)償模塊。模塊自身、模塊間、模塊與控制器均可以實現(xiàn)自適應(yīng)通信,即插即用。各臺模塊通過通信方式結(jié)合成一個整體,工作時相互聯(lián)系,故障時互不干擾,做到了智能控制。
1 智能電容器模塊的電氣結(jié)構(gòu)與原理
如圖1、圖2所示,智能電容器模塊由智能測控單元、晶閘管復(fù)合開關(guān)電路、線路保護(hù)單元、2臺△型(三相補(bǔ)償)或1臺Y型(分相補(bǔ)償)低壓電力電容器構(gòu)成,它們各自獨立工作又互相聯(lián)系。
(1)智能測控單元。智能測控單元以工業(yè)級DSP為**,同AD轉(zhuǎn)換、CAN-BUS通信、LCD顯示、數(shù)據(jù)存儲等構(gòu)成一個系統(tǒng),集釆樣、運算、分析、控制、通信、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)存儲于一體,與其它部件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,從而有效地協(xié)調(diào)整個智能電容的工作。同時,智能測控單元還集成了外部通信功能,可以把本機(jī)的運行工況和測量數(shù)據(jù)通過RS-485接口與外部設(shè)備通信以及與其它智能電容器、控制器或后臺監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,做到了透明化、智能化和模塊化。
圖1三相補(bǔ)償式智能電容器模塊電氣原理圖
圖2分相補(bǔ)償式智能電容器模塊電氣原理圖
(2)可控硅復(fù)合開關(guān)電路。晶閘管復(fù)合開關(guān)電路包含了可控硅過零檢測與觸發(fā)模塊、可控硅保護(hù)模塊、磁保持繼電器驅(qū)動模塊及開關(guān)故障檢測模塊。電路采用電力電子可控硅與大功率磁保持繼電器復(fù)合技術(shù),利用可控硅的快速導(dǎo)通和磁保持繼電器觸點的零壓降實現(xiàn)互補(bǔ),做到過零投切和低功耗運行。合閘時,該電路可實時檢測可控硅開關(guān)兩端(即電力電容器與電網(wǎng))的電壓差,當(dāng)電壓差基本為0(相差小于3V)時,觸發(fā)可控硅導(dǎo)通,無沖擊涌流,做到柔性投入;之后,磁保持繼電器吸合,短路可控硅的兩端電,通過繼電器觸點接通主回路,降低開關(guān)壓降;同時繼電器觸點通過永磁元件定位保持進(jìn)一步降低功耗。分閘時反之。
(3)線路保護(hù)單元。線路保護(hù)單元由空氣開關(guān)、快速熔斷器及電流檢測回路組成。此單元旨在保護(hù)智能電容器整機(jī),當(dāng)智能電容器發(fā)生過負(fù)荷、三相不平衡或內(nèi)部短路等故障時,線路保護(hù)單元實時跳閘,以保護(hù)電網(wǎng)不受影響。
(4)電力電容器。電力電容器采用干式自愈式金屬化薄膜電容器,使用高溫薄膜卷繞、環(huán)氧樹脂材料灌封,罐內(nèi)填充氮氣或蛭石,設(shè)置防爆裝置,無泄漏;內(nèi)置溫度傳感器,把電容器的實時溫度信號傳送至智能測控單元,用作過溫保護(hù)判據(jù)。
2 智能電容器的應(yīng)用研究
智能電容器模塊有三相補(bǔ)償和分相補(bǔ)償兩個系列,可按8:4:2:1的容量配比原則分為不同容量等級的多種模塊。三相補(bǔ)償模塊內(nèi)部設(shè)有2組△型電力電容器和2組投切開關(guān),可單獨投切,提高了補(bǔ)償精度;分相補(bǔ)償模塊內(nèi)部有3只單相電力電容器,釆用Y型連接,并接到零線,并通過3只獨立的可控硅復(fù)合開關(guān)電路與電網(wǎng)三相相連,可做到每相單獨控制,從而實現(xiàn)分相補(bǔ)償功能。
由于智能電容器具備完整的測量、分析、控制、保護(hù)等功能,同時具有和傳統(tǒng)補(bǔ)償類似的控制器、投切開關(guān)、電力電容器等部件,因此,它可以單獨接入電流取樣信號進(jìn)行無功補(bǔ)償。若單臺補(bǔ)償容量不夠時,可釆用多臺并聯(lián)來擴(kuò)展補(bǔ)償容量,此時只需將聯(lián)機(jī)電纜線相互連接即可。
本項目中的變壓器容量為2500kVA,按變壓器容量配置的無功功率補(bǔ)償容量為1250kvar??紤]到項目中大量釆用照明等單相設(shè)備,因此在總無功補(bǔ)償中配置約的分相補(bǔ)償電容器,即總補(bǔ)償容量為1250kvar,其中三相補(bǔ)償電容為750kvar,分相補(bǔ)償電容為500kvaro分別采用三相補(bǔ)償和分相補(bǔ)償智能電容器模塊為主體來實施,電容器選型見表1,一次系統(tǒng)圖如圖3所示。
表1智能電容器配置表
FST-QMZS(S)/450-20.20型為三相補(bǔ)償智能電容器,其額定電壓為450V;電容容量(20.20)表示1臺智能電容器有2組可獨立投切的電容器組,分別為20kvar和20kvar,同理,(20.10)表示2組電容器組分別為20kvar和lOkvar。FST-QMZF(S)/250-20型智能電容為分相補(bǔ)償智能電容器,其額定電壓為250V,Y型連接,三相總?cè)萘繛?0kvar,每相為6.67kvar,且每相可單獨控制投切。由上述選型可知三相電容器共有40組,其中20kvar的為35組,lOkvar的為5組,這樣配置可按1:2編碼投切,以提高精度;同時相同容量的電容器組又有多臺,可循環(huán)投切,延長了使用壽命。
CS-三相補(bǔ)標(biāo)式智能電容器;CF—分相補(bǔ)慘式督能電容保護(hù)控制器
圖3音樂噴泉項目一次系統(tǒng)圖
3 基于智能電容器的補(bǔ)償裝置特點
(1) 電容組數(shù)多,補(bǔ)償精度高。補(bǔ)償系統(tǒng)共選擇智能電容器45臺,其中三相補(bǔ)償智能電容器20臺共40組,分相補(bǔ)償智能電容器25臺共75組,這是傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置不可比擬的。由于組數(shù)越多,補(bǔ)償級差就越小,因此本項目中補(bǔ)償級差為lOkvar,也就是說,一旦電網(wǎng)缺額無功功率大于lOkvar,就可進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償精度是變壓器容量的1/250。多組容量相等的電容器按循環(huán)投切,容量不等的則按無功值編碼投切,既保證了補(bǔ)償精度,又盡量讓電容器組動作次數(shù)均等,延長了使用壽命。
(1)模塊體積小,節(jié)省安裝空間。智能電容器340mmX85mmX305mm的尺寸可采用刀片式安裝方式,在電氣柜內(nèi)安裝上下兩層,每層安裝8只智能電容器??蛇x3只800mmX1000mmX2350mm的GCS柜,就可裝下45臺智能電容器,且柜內(nèi)除了刀熔隔離開關(guān)外,僅有智能電容器,整潔、美觀、可靠。
(2) 系統(tǒng)化補(bǔ)償,提高可靠性。45臺智能電容器聯(lián)機(jī)工作,組成一個補(bǔ)償系統(tǒng),釆用一主多從的的模式。每只智能電容器獨立釆樣,并把數(shù)據(jù)傳送至主機(jī)進(jìn)行分析,主機(jī)發(fā)出控制命令控制45臺智能電容器有序投切。從機(jī)出現(xiàn)故障時,自動退出補(bǔ)償系統(tǒng),不影響其它智能電容器工作;主機(jī)出現(xiàn)故障時,也自動退出補(bǔ)償系統(tǒng),由剩下的從機(jī)再次自動選舉產(chǎn)生一個主機(jī)。任何一臺智能電容器出現(xiàn)故障,不論是主機(jī)還是從機(jī),整個補(bǔ)償系統(tǒng)僅補(bǔ)償容量減小,不影響正常運行,避免了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)中的控制器一旦損壞則整個補(bǔ)償系統(tǒng)癱瘓的情況。
(3) 模塊化組裝,標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。智能電容器二次回路及電流互感器配件均采用標(biāo)準(zhǔn)接口拔插式設(shè)計。在成套設(shè)備廠生產(chǎn)時,只需把智能電容器安裝固定,從柜內(nèi)刀熔隔離開關(guān)下端頭引出母線接入一次回路端頭,再把二次聯(lián)機(jī)電纜線安插到位,讓智能電容器之間、智能電容器與其配件“電容投切狀態(tài)指示器”和“無功功率自動補(bǔ)償控制器”形成一個通信系統(tǒng)即可。這就省去了復(fù)雜的二次線路,有利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),降低了生產(chǎn)環(huán)節(jié)故障率。
(4)模塊化使用,易維護(hù)擴(kuò)容。智能電容器二次接口釆用標(biāo)準(zhǔn)接口拔插式設(shè)計,當(dāng)個別模塊出現(xiàn)故障退出補(bǔ)償系統(tǒng)時,可直接拆除更換備用元件以便維修;當(dāng)系統(tǒng)補(bǔ)償容量不夠時,可直接增加智能電容器,而不需要考慮控制器的接口數(shù)量及繁雜的電容、開關(guān)、保護(hù)元件等散件的安裝與接線。
4 安科瑞AZC/AZCL智能電容器介紹及選型
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)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元,晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,線路保護(hù)單元,兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成??商娲R?guī)由熔絲、復(fù)合開關(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無功補(bǔ)償裝置。具有體積較小,功耗較低,維護(hù)方便,使用壽命長,可靠性高的特點,適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)妮^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、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,自動尋找投入(切除)點,實現(xiàn)過零投切,具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。
4.2 AZC系列智能電容器選型:
4.3產(chǎn)品實物展示
AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊
安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案
5 結(jié)束語
基于智能電容器的新式低壓無功補(bǔ)償裝置是傳統(tǒng)無功 補(bǔ)償裝置的一種變革,是現(xiàn)代電力電子技術(shù)、檢測技術(shù)、 微電子技術(shù)、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展的必然成果。它 不僅通過模塊化設(shè)計實現(xiàn)了裝置的小型化,方 便了設(shè)備的運維;而且通過模塊間的通信網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了整 個系統(tǒng)的相互配合和獨立運行,體現(xiàn)了智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、高性能的特點。
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【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版
安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司專注于餐飲油煙智能在線監(jiān)測系統(tǒng),電動機(jī)智能保護(hù)裝置,電瓶車智能充電管理系統(tǒng),工業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng),弧光保護(hù)裝置,數(shù)顯溫濕度控制器等