智能集成式電力電容器在山東某環保材料制造廠中的應用
瀏覽次數：664更新時間：2022-09-16
劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 202207
摘要：分析智能集成式電力電容的工作原理及功能，結合山東環保材料制造廠配電現狀，選擇經濟可靠的方案，智能電容過零投切與低功耗，解決了繼電器投切產生涌流的問題；接線簡單，擴容方便，解決無功補償柜內空間不足、補償容量不足的問題；帶有通訊功能可傳輸后臺，解決了補償配電分散管理、故障報警不及時的問題。
關鍵詞：低壓智能電力電容器，無功補償，功率因數
0概述
對于電力系統中的供電部分，提供電能的發電機是按要求的額定電壓和額定電流設計的，發電機長期運行中，電壓和電流都不能超過額定值，否則會縮短其使用壽命，甚至損壞發電機。由于發電機是通過額定電流與額定電壓之積定額的，這意味著當其接入負載為電阻時，理論上發電機得到*的利用，因為P= UIcosφ中的cosφ=1；但是當負載為感性或容性時，cosφ<1,發電機就得不到充分利用。為了利用發電機的容量，即發電機產生有功較大，就要提高其功率因數。在低壓配電系統中，采用并聯電容器裝置對無功功率進行集中補償或就地補償是降低線損、節約電能的方法。無功功率補償的主要功效是：減少設備和線路的功率損耗；穩定電壓，提高供電質量；提高電力變壓器的承載能力；在長距離輸電中，提高系統輸電穩定性和輸電能力等。
傳統的電容電抗無功補償裝置，補償精度低，功能單一，安裝接線復雜，同時不利于生產、運輸、安裝、調試和可靠運行，已經嚴重制約它的發展，電容器在投切過程中容易產生較大的沖擊電流，引起電網過電壓，嚴重時會產生諧波，對電網的穩定性產生影響。為解決這些問題，可改用具有過零投切技術的低壓智能集成式電力電容器作為補償裝置。
1、原理分析
AZCL智能集成式諧波電力電容以共補電容或分補電容為主體，采用微型電子元件技術、微型傳感器技術、微型網絡技術和電器制造技術，將智能組件、控制器、電容器、電抗器、塑殼斷路器等元件微型化，整機體積小，結構精巧。智能電容控制器通過電流互感器、電壓采樣計算出無功缺額、功率因數等參數，以工業級MCU為核心，同AD轉換、RS-485通訊、LCD顯示、數據存儲等構成一個系統，集采集、運算、分析、控制、通信、人機交互、數據存儲于一體。
1.1智能網絡控制功能。
自動檢測及跟蹤系統中的無功功率變化，自動投切電容器組。投切方法為：容量相同的電容器，按循環投切原則；容量不同的電容器，按適補原則進行投切；先投先切，先退先投。補償工況恒定時，電容器每一小時循環投切一次，避免單只電容器長時間投運。
1.2 快速投切電容器功能
投切開關選用復合開關，無觸點過零投切，配合專用的智能電容無功補償控制器，動作時間縮短到1s，動態追蹤補償系統所缺少的無功功率，力爭使線損降到較低水平。復合開關電路包含可控硅過零檢測與觸發模塊、可控硅保護模塊、磁保持繼電器驅動模塊。電路采用電力電子可控硅與大功率磁保持繼電器復合技術，利用可控硅的快速導通和磁保持繼電器觸點的零壓降實現互補，真正做到過零投切和低功耗運行。合閘時，該電路實時檢測可控硅兩端電壓差，當電壓差基本為0時，觸發可控硅導通，無沖擊涌流，做到柔性投入；穩定后，磁保持繼電器吸合，短路可控硅的兩端電極，通過繼電器觸點接通主回路，降低開關壓降，同時繼電器觸點通過永磁元件定位保持進一步降低功耗。
1.3測量功能
可測量系統電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率及功率因數等電參量，也可以檢測各次電壓、電流諧波，實時查看電網參數。
1.4分相補償功能
分相型電容器可對各相上的電容器進行分別投切，提高對系統無功功率的補償精度，使三相無功功率不平衡的系統得到了良好的補償。
1.5保護功能
電容器有過壓、欠壓、欠流、過溫、斷相、過諧保護。當電容器內部溫度超過60℃時，電容器會整機退出運行，確保系統安全。
1.6通信功能
電容器和控制器之間采用網線連接，控制器與后臺采用RS485通訊連接，便于大量采集數據、上傳數據及與外設監控終端進行信息交換，構成系統工作。
1.7諧波功能
將電抗器與電容器串聯構成LC回路，降低諧波的失真，對于高于LC回路自振頻率的諧波而言，表現為感性，避免了諧振。7%電抗器能夠5、7次以上諧波，防止電容器過熱、絕緣介質老化及自愈性能下降等不利因素的發生。
2、現場案例：
山東某環保材料制造廠，主要經營仿木裝飾品、仿木線材制品、畫框、相框等，占地面積142畝，主要包括廠房、辦公樓、展示廳、食堂、員工宿舍等。其配電系統是由數臺10/0.4KV主變壓器，經低壓配電設備向用電設備供電。廠房車間變壓器容量為1600kva，負載總容量為1020kw，當前功率因數為0.8，要將功率因數提高到0.95左右，其主要負載為加熱爐、電動機等，負載諧波以5、7次為主，選用7%智能電容；辦公樓變壓器1250kva，負載總容量為650kw，當前功率因數0.75，其主要負載為開關電源、照明等，諧波以3次諧波為主,選用14%智能電容。
圖1 廠房車間配電圖
圖2 辦公樓配電圖
3、解決方案
廠房車間的低壓配電系統主要為三相負載加熱爐、電動機，主要引起5、7次諧波，采用7%電抗進行調諧處理，保護電容器不受諧波影響從而放大電流。安裝容量為600kvar，選用共補、7%智能電容，補償功率因數達到0.95左右，滿足客戶要求。使用普通電容電抗，至少需要兩套寬1000*深1000的柜子，現在安裝AZCL智能集成式諧波電力電容器，只需要兩套寬800*深800的柜子，柜體空間也大大節省，接線簡單，安裝方便，可靠性更高。
辦公樓的低壓配電系統有大量的諧波源負荷，會產生3、5、7次諧波，大量的單相非線性負荷會造成三相不平衡、諧波超標、中性線諧波過載等電能質量問題，進行無功補償要考慮諧波的影響。計算得無功需量為350kvar，安裝容量為480kvar，考慮到系統中帶有的諧波，安裝共補300kvar、分補180kvar容量的14%智能電容，實際功率因數達到0.94，符合要求，使用普通電容電抗，至少需要兩套寬1000*深1000的柜子，現在安裝AZCL智能集成式諧波電力電容器，只需要兩套寬800*深800的柜子，柜體空間也大大節省，接線簡單，安裝方便，可靠性更高。
4、AZCL智能集成式諧波電力電容器
4.1 概述
AZCL智能集成式諧波電力電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元、晶閘管復合開關電路、線路保護單元、電容器和電抗器構成。AZCL低壓智能電力電容器采用定制段式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、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。
4.2 技術參數
4.3 接線方式
5、結束語
在山東環保材料制造廠項目中，功率因數普遍偏低，電費罰款較多，使用AZCL智能集成式諧波電力電容器發出無功，提高受電端母線的電壓水平，減少了線路上感性無功的輸出，降低了電壓和功率損耗，因而提高了線路的輸電能力。AZCL智能集成式諧波電力電容器操作簡單、功能齊全，能地解決用戶問題，達到節能的效果。無論從經濟性還是從實用性而言，都具有廣泛的推廣價值。電網既產生有功也產生無功，而無功在電網傳輸過程中會有損耗，低壓智能電力電容進行無功補償，從而提高功率因數，地改善了用電質量，節約用電成本，減少企業的開支，可減少線路的損耗，提高電網輸電的效率。
6、參考文獻
[1] 企業微電網設計與應用手冊.2020.6
[2]劉亞東，薛亞彬.基于DSP的低壓智能電容器的研究與設計[J].電工技術，2018，1（下）：7，9
[3] 王兆安，劉進軍，王躍，等.諧波和無功功率補償[M].地3版.北京：機械工業出版社.2015
[4] 郭國方.無功補償在城市配電網中的應用[J]，電網技術，2007，31（增刊1）：229，230
聯系QQ：2880263320
聯系郵箱：2881392118@qq.com
傳真：18717707094
聯系地址：上海市嘉定區馬陸鎮育綠路253號安科瑞
