箱式变电站中安科瑞智能集成电力电容器的组成、特点与应用

  介绍了箱式变电站无功补偿装置中智能集成电力电容器的组成、特点及应用情况。

  该产品在某电力系统多台箱式变检修中采用，安装便捷，运行可靠，补偿效果好，得到安装人员和用户的好评。在新项目箱式变的设计中也已被多家设计单位采用，尤其在美式箱变中，其优势更加突出。

  箱式变结构紧密相连且体积小，补偿电容器容量与变压器容量比为1：5左右，达不到无功补偿容量为变压器容量的30%~40%的一般要求。当负载偏重于感性时，使补偿不足，功率因数不能达标。如 630kVA箱式变电站，配置补偿电容器为120kvar~ 130kvaro箱式变空间狭小，并为封闭型，使箱内温度偏高。根据相关规定，电容器补偿的环境和温度超过40℃时应退出运行。实测补偿室内温度在额定负载运行超过40℃，特别是夏天，环境和温度加上接触器发热引起温度上升，笔者实测箱式变中温度达60℃以上，对电容器组正常运行不利。电容器组釆用熔断器作短路及热继电器进行过载保护。因补偿室内温度偏高，常出现热继电器误动，致电容器组控制接触器失电,断路跳闸，补偿电容器退出运行，致无功补偿不足。

  保留电容器组熔断器的短路保护，退出过载保护，对热继电器控制回路常闭辅助触点短接，防止因温度高误动。在低压室补偿电容器下方装低噪声轴流风机，自动控制风机，确保安全运作。在感性负载集中处就地补偿,或在箱式变附近加补偿装置。上述措施实施后，能改善补偿效果，显著提升功率因数，使变压器容量能得到充分利用。但实际上采取以上处理问题的同时，实质上箱式变本身的无功补偿能力并没有正真获得解决（如加装设备），同时带来了高温运行不可靠性因素，加快了电容的老化和衰减，加装了设备等于扩大了投资。因此，超越原来的解决办法，在传统无功补偿装置的原理和产品上进行创新， 才是解决箱式变无功补偿不足问题的根本。经过研究人员和企业研发人员的共同努力，通过产品创新， 一种全新的无功补偿装置——智能集成电力电容器应运而生。智能集成电力电容器因具备高度集成 而小型化、过零投切耗能低、补偿效果好等特点，从根本上解决了箱式变由于空间狭小、传统接触器投 切开关产生热量大等问题，使箱式变能安装足够容量的补偿装置，解决无功补偿不足的问题。

  随着微电子技术、数字控制技术及通信与网络技术的快速地发展和大范围的应用，国外智能电器得到了长足的发展。电器向紧凑型、模块化和组合化型式发展。智能化、集成化、网络化、可靠性、可用性、可维性、节能、环保和安全成为智能电器发展的主流。智能集成电力电容器正是在智能电器总体发展柜架上开发出来的新新一代低压无功补偿装置。它由智能测控模块、晶闸管复合开关模块、线路保护模块及电力电容器等组成，替代了原来由智能控制器、熔丝、 复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器及指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的成套自动无功补偿装置。改变了传统无功补偿装 置落后的控制器技术和落后的机械式接触器或机电一体化开关作为投切电容器的投切技术，改变了传 统无功补偿装置体积非常庞大和笨重的结构模式，从而使新一代低压无功补偿设备具备了补偿效果更好、功耗更低、体积更小、节省本金更多、使用更灵活、维护更方便、常规使用的寿命更长及可靠性更高的特点，适应了现代电网对无功补偿的更高要求。智能集成电力电容器的原理框图如图1所示。

  智能集成电力电容器不仅具有智能化程度高、补偿效果优化(实现混合补偿)、过零投切技术，对箱式变来说主要是它具有高度集成小型化、能耗小等特点，满足了箱式变无功补偿装置空间小的特点，应用起来效果良好，其优势如下。

  （1）高度集成小型化，解决了因空间小补偿不够的问题。由图2、图3及图4可以直观看到智能集成电力电容器与传统无功补偿设备的比较。与同容量的补偿设备相比，它占有空间不到原来的50%，接线%。在箱式变中，原来同样大小的空间，可以布置2倍以上原传统无功补偿设备的容量，大大提高了箱式变的无功补偿容量。

  （2）低能耗，解决了运行温度高问题。常规补偿装置接通补偿电路需要交流接触器，交流接触器触点需要电磁线圈保持，每只交流接触器(按CJ19继电器吸持容量计算)需消耗15W，一般每一路可接通 13kvar,相当于近1kvar电容补偿在开关上就要消耗1W多的电能。而智能集成电力电容器采用了磁保持继电器，磁保持继电器内，衔铁由永磁体吸持，电路接通后，不再消耗电能。箱式变空间小，又较密闭， 散热条件差，由于原传统无功补偿设备使无功补偿室温度高，发热量大，致使电容器运行条件差，易引 热继电器动作，使电容器退出运行；还使电容器运行条件差，造成电容使用寿命缩短。智能集成电力电容器因釆用磁保持继电器，能耗低，无功补偿室不会因此而温升过高，这样就解决了原来电容器因温度高退出运行、温度高影响电容寿命等问题。

  （3）模块化设计，安装、检修、扩容方便。由于箱式变空间狭小，安装和检修箱式变非常困难，不便操作。智能集成电力电容器实现了标准化、模块化， 取代了传统的控制器、空气开关、交流接触器、热继电器和电容器，将其合为一个整体，组屏安装的时候采用积木堆积方式。多台电容器组屏安装，生产 工时比传统模式减少60%以上，同时减少80%连接线%的节点，柜内简洁，在使用现场快速组装。产品体积小，接线简单，随着用电用户电力负荷的增加，可以随时增加电容器的数量，改变了常规模式因接线复杂，一成不变的局限性，适应企业发展的需要，可以分期投资。产品本身高智能化、使用傻瓜化，安装非常简单，易维护。若发现产品面板上故障指示灯亮，只要拆下电容器，用新的换上，如同更换电池一样方便。不需要专业电工，维修及时， 使补偿效果大大提高，维护成本只有其他补偿装置的10%左右。

  AZC/AZCL系列智能电力电容补偿装置是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式，具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，价格更廉，节约成本更多，使用更加灵活，维护更方便，使用寿命更加长，可靠性更高的特点，适应了现代电网对无功补偿的更加高的要求。

  （1）AZC系列智能电容器采用晶闸管复合开关投切，较佳投切点，实现无弧通断；完善的保护功能，集成在一个模块内，安装方便。

  （2）AZCL是在AZC基础上，串接合适电抗率（7%适用于5/7次以上谐波环境，14%适用于3/5/7次以上谐波环境）的电抗，可有效解决谐波，避免谐振放大谐波，保护电容柜本身寿命。

  两种智能电容器采用LCD液晶显示器，可实时显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等电参量。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找较佳投入（切除）点，实现无弧通断；保证过零投切，无涌流、触点不烧结、微能耗、无谐波；同时具有抗干扰、防雷击和电源缺相、空载跳闸的保护功能，非常适合于无功补偿时切换电容器，不需加装散热器。

  由于结构紧密相连、占地少、外形好看等原因，箱式变（包括美式箱芟和欧式箱变）的应用愈来愈普遍。 但箱式变在运行中都会存在无功补偿装置中的电容器容量不够问题。这样的一个问题导致在额定容量运行时功率因数偏低，达不到电力部门要求的0.9或以上的标准。由于箱式变的应用比较广泛，解决箱式变无功补偿不足问题对于提高供电系统及负载的功率因数，降低电网损耗具有现实意义。