低压电力电容器的智能化与低压无功补偿设备的变革.pdf

上 海 电力 2 0 0 8 年第2 期 低压电力电容器的智能化与低压 无功补偿设备的变革 宋玉锋 ， 沈卫峰 ， 施博一 ( 现代 电力 电容器有限公司 南通现代电力科技有 限公 司， 江苏南通 2 2 6 0 0 5 ) 摘 要 ： 低压 ( o 4 k V) 无功补偿是低压电网节能降损的重要措施 ， 其应用 面广 量大。文章分析 了现有低 压无 功补偿 设备的存 在问题 ， 提 出了采用低压电力电容器智能化 的解决方案 ， 介绍 了低压电力 电容 器智能化 技术 和基于智能式低压电力电容器的低压无功补 偿设备 ， 并对 低压无 功补偿设 备采用 智能式 低压 电力电容 器后 与现有 低压无功补偿设备进行 了对 比分析 。 关键词 ： 低压 电力 电容器 ； 智能化 ； 低压无功补偿 中图分类号 ： T M5 3 7 文献标识码 ： B 1 引言 低 压 无功补 偿 设 备 已有 数 十 年 的发 展 历 史 。 由于科学 技术 的迅 速 发 展 ， 低 压 无 功补 偿 技 术及 其设备近年来有 了很大的进 步， 例如控制器的高 度智 能化 、 开关 电器 的 电子 化 和 低 压 电力 电容 器 的小 型化 等 ， 但 是 低压 无 功 补 偿设 备 所 采 用 的结 构模 式没 有发 生 变化 ， 这 种 结 构 模 式形 成 的产 品 体积 大 ， 消 耗资 源多 ， 本身 电损高 ， 内部 复杂 ， 可维 性差 ， 容 量 没 有 可 调 性 ， 装 置 的进 一 步 智 能化 困 难 ， 很 难实 现装 置 较完 全 的 自诊 断功 能 和 电容器 的三相不平衡 、 过温度等保护。这些不足 ， 影响了 低压 无功 补偿 的社会 经济 效益 。 利用 微 电子软硬 件技 术 、 微 型传 感技术 、 微 型 网络技 术 、 微型 数 显技 术 以及 电器制 造 技 术 等方 面 的最新 成就 ， 将 低压 电力 电容 器 向低 压 电力无 功 自动补偿 方 向智 能 化 ， 形 成 低 压无 功 自动 补偿 的单 元装 置 ， 然 后 以这 种低 压 无 功 自动补 偿 的单 元装 置积 木式组 成低 压 无 功 自动补 偿 设 备 ， 将 打 破 现有低 压无 功 自动补 偿 设 备 的结 构 模 式 ， 克 服 现有 设备 的缺 点 ， 这 将是 低 压 无 功 自动 补 偿 技 术 的进 步 。 2 低压无功补偿设备存在的 问题 现有低压无功补偿设备( 具有“ 零投切” 功能) 的一 般结 构如 图 1所示 。 图 1中 QS为 电源 总 开关 ； C C 为 低 压 电 力 电容器组 ， 是 低压 无功 补偿 主 体 ； K A 为 交 流接 一 】 6 8 I lf 氐 压无功 自动补偿控错 器( 或配变综合测控装置) l I I I 璐 i l 碴 森 杂 苗 FIII I FIIl T Jc ： ： l ( 一 _ c = _ c = l ( _ c ： = = 图 1 现 有 1 氐压 无 功补 偿 设 备 的结 构 触器 ， 在 投切低 压 电力 电容 器稳 态 时 工作 ； AV 为 电子开 关 ， 投 切低 压 电力 电 容器 瞬 间工 作 ； F U 为 熔丝 ； L为 电感 ， 电子 开 关 d i d t 保 护 ； R为 电阻 ， 电子开 关 d u d t 保 护 ； C为 电容 ， 电子 开 关 d u d t 保 护 ； F为避雷 器 ， 起 到雷 击保 护 的作 用 。 这 种结构 模式 应用 中 主要存在 如下 问题 ： ( 1 )不 能 实现 电容 器 的过温 、 三 相不 平衡 、 断 相 和漏 电流 等保 护 ， 电容 器 的过 温度反 映过 电压 、 过谐 波 、 环境过 温 和本身 漏 电严重 等情 况 ， 是 一种 重 要保 护要 求 。 ( 2 )低 压无 功补偿 控 制器 是 整个 设备 可 靠性 的瓶颈 ， 一旦 故 障 ， 则整 台设 备停 止工 作 ； ( 3 )容 量 的可 调整 性差 ， 产 品一 旦形 成 ， 容量 的调整 十分 困难 ， 在 配 置 容 量 与 实 际需 要 有 较 大 偏差 时 、 在 日后无 功缺额 有较 大变 化 时 ， 均有 必要 对 其容 量进行 调 整 ； ( 4 )电容器 的三相 工 作 电流 、 温度 没 有 检测 ， 除 了不 能实 现第 ( 1 ) 项所 提 保护外 ， 也 不能 实现交 维普资讯 2 0 0 8 年第2 期 上 海 电力 流接 触器 、 电子 开关 、 电容器 等元 部件 故 障 自诊 断 功能 ， 对维 护人 员技 术水 准要 求高 ， 现 场故 障确 诊 困难 ， 不利 于故 障现 场快 速处 理 ； ( 5 )箱 内元 部 件 众 多 ， 不 能采 用接 插 件 安 装 方式 ， 而采 用散 装 直 接 接线 方 式 ， 运 行 过 程 中 ， 一 旦故 障后故 障元 部 件 的调 换 困难 ， 也 不 利 于 故 障 现场快 速处 理 ； ( 6 ) 产 品结 构 复 杂 、 体 积 庞 大 ， 不 易 标 准 化 、 规范化， 产品质量分散性大 、 不易保证， 同时消耗 铜 、 银 、 工程 塑 料 等 资源 多 ， 本 身 电损 ( 导 线 电损 、 接点 电损 和器件 电损 ) 大 。 3 低压 电容器的智能化技术 低 压 电力 电容器 的智 能化 就是将 低 压 电力 电 容器设 计成 一种 高度 智 能化 的低压 无功 自动补偿 的单元装 置 ， 然后 可 以将 其 积 木 式 组装 成满 足各 种 要求 的低压 无 功补偿 设 备 。智 能 化低压 电力 电 容 器工作 原理 ， 如 图 2所 示 。 快 速断 路器一 总 电源接 入端 、 巷开关，电流速切总保护。 智能组件一 智能化载体。 配电电压测量和配电功率 因数测量的电压取样，以及 过压、失压保护取样。 零投切开关电器组件一 投、 繁 箍 盏 兰 相不平衡、过温等保护出f 1 微 T A 一 电容器电流测量 取样以及电容器过流、断相、 三相币平衡保护取样。 微型温度传感器一 电容器体 内温度测量与保护取样。 藿 噩 景 袭 鑫 辜 篙 鬻 液晶显示器与按键一 人机剥 话之用 。 联机 接插 件一 相互 之 间或 与 综测仪之间联机之用，构成 系统工作。 流嚣 嚣 A 输 入 插 件 一 配 电 电 图 2 智 能式 低 压 电答 器工 作 原 理 不 恿 图 智能式 低 压 电力 电容 器 主要 由低 压 电力 电容 器 、 智能组件 、 开关器件 、 保护组件 和人机联系组 件 等组 成 。开关 器件 可采 用基 于机 械触 点 的 电力 电子 复合开 关或 基 于机械 触点 的微 电子 复 合开关 形 式 。图 2中各种 元 部件 的功 能 和作用 见 图 中对 应 文字说 明。这种 智 能式低 压 电力 电容 器可 以实 现 如下 功能 ： ( 1 )根 据 无 功 功 率 缺 额 三相 或 分 相 补 偿 ， 实 现 零 电压导 通 与 零 电流 断 开 的 “ 零 投 切 ” 电容 器 功 能 。 ( 2 )配电 电 压 、 电流 、 无 功 功 率 、 功 率 因数 等 参 数 的测量 与显 示 。 ( 3 )投 运 、 退运 、 故 障 自诊 断 提示 。 ( 4 )过 压 、 欠 压 、 电 流速 断保 护 ， 以 及 电 子 开 关 的 d u d t 、 d i d t 过 值保 护等 。 ( 5 )配 电电压 、 有 功 功率 、 功率 因数等 的监 测 统 计 。 由于 电容器 各相 回路 中安装 了电流 检测传 感 器 和 电容器体 内温 度传 感 器 ， 还 可 以实 现 ： ( 1 ) 检 测 电容 器各相 工作 电流 ， 据 此判 断 电容器 断相 、 三 相 不平衡 、 过 电流 以及 严重 泄漏 情况 ， 进 而实现 电 容 器 的断相 、 三相 不平衡 、 过 电流及严 重泄 漏 的保 护 、 告 警 ， 以及 时 采 取措 施 。( 2 ) 检测 电容 器 工作 时体 内温 度 ， 实 现 电容 器 过 温度 保 护 ， 在 过 电压 、 过谐 波 和环境 过 温情 况 退 出运 行 ， 延 长 电容 器 的 和设备的使用 寿命 。( 3 ) 根据 电容器的各相工作 电流和 配电 电压 、 配 电 电流 的数 值 及其 变化 ， 实 现 比较完全 的故 障 自诊 断 功 能 ， 可 以判 断 接触 器 、 电 子开关 、 电容 器 、 空 气开 关 和控 制 器等 部件 故 障及 其 故障类 型 ， 有 利 于现场 故 障查 找 和处 理 。( 4 ) 多 台工作 ， 经通 信接 口联机 ， 自动产 生一个 主机 ， 其余 则为从机 ， 构 成系统工作 ， 个 别从机 故 障 自动退 出 ， 不影响其余工作， 主机故障自动退出后在其余从机 中 自动产 生 一 个 新 的 主机 ， 组 成 一 个 新 的 系统 工 作 ， 根 据无功 功率 缺额 进行 投 切 ， 容量 相 同 的电容 器按 循环投切 原则 ， 容量 不同的 电容器按 值投切 。 4智能式低 压 电容器 的低压 无功补偿器 智 能式 低压 电力 电容 器可 以直 接使 用进行 低 压无功 自动补偿 ， 安装于用电设备旁， 实现无功就 地 自动 补偿 ， 或 者安装 于 现有 配 电柜 、 配 电箱 内部 和计量 柜底 部 ， 对 一些 配变 容 量 小 的 用 户及 新 村 配 电等 进 行 无 功 自动 补 偿 ， 功 能强 、 安 装 使 用 方 便 、 投 资省 。智 能 式低 压 电力 电容 器单 台使 用 时 接线 如 图 3 所 示 。 在需 要 无 功 补 偿 容 量 较 大的场合 ， 应 用 多 台智能 式 低压 电 力 电 容 器 ， 智 能 式 低 压 电力 电 容 器 多 台 使 用 时应 按如 图 4所示 的方 式连 接 。 ， 在 需 要 监 测 、 统 计 配 电 大量 参 数 和需 要 组 成 系 统 的 图3 单台 接线原理 场合 ， 可 以将 配变综 合测 控装 置 与其 结合使 用 ， 如 图 5所示 。 一 1 6 9 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 8 年第 2 期 表 1 基于智能式低压 电力电容器的低压无功补偿设备与现有低压 无功补偿设备的 比较 内 容 现有设备 变革设备 注意事项 由一 台控 制器和若 干低压电力 电容 由若 干台智能 式低压 电力 电容器或再 智 能式低压 电力电容器 可以不外加 结构模式 器 、 交流接 触器 、 电抗器及保 护器 件 加一 台控制器在箱 、 屏内积木式组装 而 箱 、 屏体 ， 直接 单台使 用或多 台简单 等在箱、 屏内组装而成 。 成 。 并联后使用 。 常规 功能之外 ， 还 具有零 投切、 电容 器 零投切减少投切对电网的冲击 ， 提 高 功 能 常规功能 体 内过温保护 、 电容器各 相电流保护 ， 控制的快速性 ， 同时延长 电容器的使 以及故障 自诊断 、 联机等功能 。 用寿命 。 产品为积木式组件设备 ， 可按当前需 要 产品为整 体性 设 备 ， 以远 景需 要 配 和经 济能力配 置 ， 日后 可按情扩展 ， 实 配置与可调性 置 ， 一次性投 资。产品一 旦形成 后， 现分期投 资。在使用 现场 可以方便 地 其配置和无 功补偿 的调整十分困难 。 进行容量 配 置调 整 ， 实 现无 功补 偿 优 化 。 同样设备箱 、 屏 内 ， 一般 可多装 无 功 体积 与重量 体积 、重量均大 。 体积 、 重量均小 。 补偿容量 2倍以上 。 一 般 可节省 连接 导线 8 O 左 右， 减 产品结构 复杂 、 体积大 ， 不易生产、 运 产 品结 构简 洁 ， 体 积 小 ， 便 于生 产、 运 少接 点 5 O 左 右， 生 产 工 时 减 少 生产 与运输 输 。 输 。 5 O 左右。可以分体运输 ， 在使用现 场快速组装 一 般 可降 低 线 损 接 点 损 、 器件 损 功 耗 功耗大 功耗小 5 O 左右 ， 设备 箱、 屏 内温 度由此 减 ， J 、 。 控制器可要可不要 ， 智能式低压电力 电 实现普通低压 无功 自动 补偿功能 的 控制器是整机可靠性的瓶劲 ， 一旦故 容器可 自成系统工作 ， 实现低压无 功 自 可靠性 障则整机失效 。整体元部件种类 、 数 动补偿功能 ， 个别智能式低压电力 电容 可不要控制器 ， 需要配电综 合监测 与 量多 ， 可靠性不 易控制 。 器故 障后 自动退 出， 并 不影 响其 余 工 无功补偿功能的， 则要配备有配电综 合监测功能的控制器。 作 。 整体技术难度大 ， 现场故障诊断与处 故 障 自诊断功 能强 ， 结构 简洁 ， 装卸 方 可维性 理 比较困难 ， 所需时 间长 。 便 ， 现场故障诊断与处理容易 。 装置价格与 电容器数量不成比例， 数 装置价格与智 能式低 压电力 电容器 数 经济性 量少价格 相对高， 反之价格相对低。 量成正 比。 补