智能集成式電力電容器在山東某環(huán)保材料制造廠(chǎng)中的應用

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(huán)保材料制造廠(chǎng)配電現狀，選擇經(jīng)濟可靠的方案，智能電容過(guò)零投切與低功耗，解決了繼電器投切產(chǎn)生涌流的問(wèn)題；接線(xiàn)簡(jiǎn)單，擴容方便，解決無(wú)功補償柜內空間不足、補償容量不足的問(wèn)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(shí)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：低壓智能電力電容器，無(wú)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(fā)電機是按要求的額定電壓和額定電流設計的，發(fā)電機長(cháng)期運行中，電壓和電流都不能超過(guò)額定值，否則會(huì )縮短其使用壽命，甚至損壞發(fā)電機。由于發(fā)電機是通過(guò)額定電流與額定電壓之積定額的，這意味著(zhù)當其接入負載為電阻時(shí)，理論上發(fā)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(shí)，cosφ<1,發(fā)電機就得不到充分利用。為了較大程度利用發(fā)電機的容量，即發(fā)電機產(chǎn)生有功較大，就須提高其功率因數。在低壓配電系統中，采用并聯(lián)電容器裝置對無(wú)功功率進(jìn)行集中補償或就地補償是降低線(xiàn)損、節約電能合理的方法。無(wú)功功率補償的主要功效是：減少設備和線(xiàn)路的功率損耗；穩定電壓，提高供電質(zhì)量；提高電力變壓器的承載能力；在長(cháng)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(wú)功補償裝置，補償精度低，功能單一，安裝接線(xiàn)復雜，同時(shí)不利于生產(chǎn)、運輸、安裝、調試和可靠運行，已經(jīng)嚴重制約它的發(fā)展，電容器在投切過(guò)程中容易產(chǎn)生較大的沖擊電流，引起電網(wǎng)過(guò)電壓，嚴重時(shí)會(huì )產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)的穩定性產(chǎn)生影響。為解決這些問(wèn)題，可改用具有過(guò)零投切技術(shù)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智能集成式諧波抵制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(shù)、微型傳感器技術(shù)、微型網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和電器制造技術(shù)，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(guò)電流互感器、電壓采樣計算出無(wú)功缺額、功率因數等參數，以工業(yè)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(gè)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(wǎng)絡(luò )控制功能。

自動(dòng)檢測及跟蹤系統中的無(wú)功功率變化，自動(dòng)投切電容器組。投切方法為：容量相同的電容器，按循環(huán)投切原則；容量不同的電容器，按適補原則進(jìn)行投切；先投先切，先退先投。補償工況恒定時(shí)，電容器每一小時(shí)循環(huán)投切一次，避免單只電容器長(cháng)時(shí)間投運。

1.2 快速投切電容器功能

投切開(kāi)關(guān)選用復合開(kāi)關(guān)，無(wú)觸點(diǎn)過(guò)零投切，配合專(zhuān)用的智能電容無(wú)功補償控制器，動(dòng)作時(shí)間縮短到1s，動(dòng)態(tài)追蹤補償系統所缺少的無(wú)功功率，力爭使線(xiàn)損降到較低水平。復合開(kāi)關(guān)電路包含可控硅過(guò)零檢測與觸發(fā)模塊、可控硅保護模塊、磁保持繼電器驅動(dòng)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(shù)，利用可控硅的快速導通和磁保持繼電器觸點(diǎn)的零壓降實(shí)現互補，做到過(guò)零投切和低功耗運行。合閘時(shí)，該電路實(shí)時(shí)檢測可控硅兩端電壓差，當電壓差基本為0時(shí)，觸發(fā)可控硅導通，無(wú)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(guò)繼電器觸點(diǎn)接通主回路，降低開(kāi)關(guān)壓降，同時(shí)繼電器觸點(diǎn)通過(guò)永磁元件定位保持進(jìn)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(wú)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(shí)時(shí)查看電網(wǎng)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(jìn)行分別投切，提高對系統無(wú)功功率的補償精度，使三相無(wú)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(guò)壓、欠壓、欠流、過(guò)溫、斷相、過(guò)諧保護。當電容器內部溫度超過(guò)60℃時(shí)，電容器會(huì )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(wǎng)線(xiàn)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(jìn)行信息交換，構成系統工作。

1.7抵制諧波功能

將電抗器與電容器串聯(lián)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%電抗器能夠合理抵制5、7次以上諧波，防止電容器過(guò)熱、絕緣介質(zhì)老化及自愈性能下降等不利因素的發(fā)生。

2、現場(chǎng)案例

山東某環(huán)保材料制造廠(chǎng)，主要經(jīng)營(yíng)仿木裝飾品、仿木線(xiàn)材制品、畫(huà)框、相框等，占地面積142畝，主要包括廠(chǎng)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(jīng)低壓配電設備向用電設備供電。廠(chǎng)房車(chē)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(dòng)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(kāi)關(guān)電源、照明等，諧波以3次諧波為主,選用14%智能電容。

圖1 廠(chǎng)房車(chē)間配電圖

圖2 辦公樓配電圖

3、解決方案

廠(chǎng)房車(chē)間的低壓配電系統主要為三相負載加熱爐、電動(dòng)機，主要引起5、7次諧波，采用7%電抗進(jìn)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(mǎn)足客戶(hù)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智能集成式諧波抵制電力電容器，只需要兩套寬800*深800的柜子，柜體空間也大大節省，接線(xiàn)簡(jiǎn)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(huì )產(chǎn)生3、5、7次諧波，大量的單相非線(xiàn)性負荷會(huì )造成三相不平衡、諧波超標、中性線(xiàn)諧波過(guò)載等電能質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)行無(wú)功補償須要考慮諧波的影響。計算得無(wú)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(shí)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智能集成式諧波抵制電力電容器，只需要兩套寬800*深800的柜子，柜體空間也大大節省，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便，可靠性更高。

4、AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器

4.1 概述

     AZCL智能集成式諧波抵制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(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元、晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路、線(xiàn)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(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(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)內部晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找較佳投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護、缺相保護、過(guò)諧保護、過(guò)溫保護等保護功能。

4.2 技術(shù)參數

4.3 接線(xiàn)方式

5、結束語(yǔ)

在山東環(huán)保材料制造廠(chǎng)項目中，功率因數普遍偏低，電費罰款較多，使用AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器發(fā)出無(wú)功，提高受電端母線(xiàn)的電壓水平，減少了線(xiàn)路上感性無(wú)功的輸出，降低了電壓和功率損耗，因而提高了線(xiàn)路的輸電能力。AZCL智能集成式諧波抵制電力電容器操作簡(jiǎn)單、功能齊全，能合理地解決用戶(hù)問(wèn)題，達到節能的效果。無(wú)論從經(jīng)濟性還是從實(shí)用性而言，都具有廣泛的推廣價(jià)值。電網(wǎng)既產(chǎn)生有功也產(chǎn)生無(wú)功，而無(wú)功在電網(wǎng)傳輸過(guò)程中會(huì )有損耗，低壓智能電力電容進(jìn)行無(wú)功補償，從而提高功率因數，合理地改良了用電質(zhì)量，節約用電成本，減少企業(yè)的開(kāi)支，可減少線(xiàn)路的損耗，提高電網(wǎng)輸電的效率。

編輯：安科瑞 孫斌

公司：江蘇安科瑞電器制造有限公司