智能集成电力电容器

摘　要：该文通过智能集成电力电容器研发背景的说明，重点介绍该产品基于数字信号处理器（DSP）和单片机相结合的双CPU技术智能无功补偿技术，集成复合开关的过零投切与计算机智能网络模块技术，实现了现代配电网对无功补偿节能、过零投切、智能网络的要求。 关键词：智能集成电容器；过零投切 　　配电网面积广，用户多样，负荷复杂，配电网无功补偿不足，无功补偿装置故障率高，不易维护，有功损耗大，投切涌流大。加强和改善配电网的无功补偿状况对于减少损耗，提高电压质量具有非常重要的意义。 1 智能集成电力电容器的研制理念 　　随着微电子技术、数字控制技术、通信与网络技术的高速发展和广泛应用，电器向紧凑型、模块化、组合化型式发展。智能化、集成化、网络化、节能环保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框架上开发出来的全新的低压无功补偿装置。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、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，以及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有补偿效果更好、功率损耗更低、体积更小、节约成本更多、使用更灵活、维护更方便、使用寿命更长、可靠性更高的特点，适应现代电网对无功补偿的更高要求。 2 技术创新 　　智能集成电力电容的创新点就在于采用了进口芯片数字信号处理器（DSP），应用双看门狗技术，提出了智能控制的可靠性。应用了电子实时检测信号反馈、无触点光电触发技术、晶闸管及磁保持继电器复合开关技术，实现了等电压投切，实现真正“过零投切”，投切涌流几乎为零，免除了谐波注入。采用了计算机智能网络技术，使控制分散化，提高了可靠性。 　　2.1 过零投切 　　由于智能集成电力电容器具有目前国内最先进的 “过零投切”功能，确保电容投切过程中无涌流冲击、无操作过电压、无电弧重燃，提高控制的快速性，同时延长电容器的使用寿命。传统的无功补偿装置使用交流接触器进行投切，交流接触器在分断电容器时，会产生很高的操作过电压，这是导致电容器损坏的重要因素。如图1和图2所示。 图1 零投切与非零投切对电容器失效率的影响 图2 零投切与非零投切对电容器衰减率的影响 　　采用过零投切技术后，电容器的使用寿命延长了两倍以上，由此带来经济效益和社会效益无法估量。 　　2.2 智能网络控制 　　由于每台电容器都带有智能网络模块，可以形成主从自动组合模式进行投切，相当于每台电容器都能充当控制器，实现了高可靠性。取消总控制器，采用分散控制模式，每组智能集成电力电容器都有控制单元，使多组电容器的自动投切摆脱了全部依靠一个控制器的情况，杜绝因控制器故障导致整个系统瘫痪的情况。另外，多台智能集成电力电容器联网使用时，会自动生成一个网络，其中地址码最小的一个为主机，其余为从机，构成低压无功自动控制系统；如果个别从机出现故障，自动退出，不影响其余从机工作，如果主机故障，也要退出，在其余从机中产生一个新的主机，组成一个新的系统。容量相同的电容器按循环投切原则，容量不同的电容器按适补原则投切。并且具有485通讯接口，可以接入后台计算机，进行配电综合管理。总之，该产品采用智能网络技术，大大提高了运行可靠性及电容的足量投入，相当于延长了补偿装置的寿命。采用相同容量的无功补偿装置，尽管智能集成电力电容器的价格比相同容量的传统电容器要高些，但与整体的无功补偿装置相比及整个寿命周期相比，智能集成电容器的成本则较便宜。 　　2.3 智能补偿 　　其智能全自动组合的控制模式，可以以无功功率、功率因数、无功电压等多种参数做为控制参数，实现最佳的补偿组合。混合补偿是补偿效果最佳化的模式，智能集成电力电容器能够简单和高可靠性地实现分相补偿、混合补偿等复杂的最佳效果的补偿要求。 3 性　能 　　3.1 节能效果显著 　　智能集成电力电容器采用了磁保持继电器，电路接通后，磁保持继电器内，衔铁由永磁体吸持。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）功率为15W，每一路可接通15kvar的电容器。采用智能集成电力电容器每千乏就比传统无功补偿装置减少损耗1W功率。另外智能集成电力电容器体积比其他自动补偿装置小50%左右，因此减少了大量的导线、接点、器件等电能损耗。 　　我国目前在用的配电变压器近500万台（数据来自中国国家电力监管委员会），平均容量为200kVA，总容量近1000GVA，无功补偿按配电变压器平均的1/3计算，现有配电变压器需无功补偿容量330Gvar。如果将现有传统配电变压器无功补偿装置换成智能集成电力电容器，按1kvar节省1W功率算（还不计减少导线、接点的电能损耗），则一年可节约电能2891GWh。可减少煤耗109.86万t（供电煤耗380g/KWh），减少排放CO2气体2.86×106t。减少SO2气体排放5.7×104t，NO1、NO2气体排放3.36×104t。 　　3.2 智能化 　　智能化程度高、投切技术领先，补偿效果最佳。 　　3.3 寿命延长 　　可靠性大幅提高，寿命周期成倍降低。 　　由于应用了过零投切技术和智能网络组网控制技术，使其可靠性大大提高，寿命期增长。另外，我们在产品的内部预置了热感应探头，通过温度控制模块，使产品最热点不过热，有效延长了产品的热老化寿命。 　　3.4 体积大幅缩小 　　智能集成电力电容器高度集成，结构紧凑，重量轻。用其组柜，最大容量可达800kvar，同容量体积比其他自动补偿装置减少50%左右。特别是城市配电间，土地和房产资源十分紧张，对于630kVA以上的室内配电间，原传统无功补偿装置要占用二个柜体空间，采用智能集成电力电容器组柜，只需一个柜就可满足补偿要求。 　　3.5 积木结构，接线简易，扩容方便，维护简单 　　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、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，减少80％的接点，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。产品本身高智能化，安装非常简单，维护方便。若发现产品面板上故障指示灯亮，只要拆下故障电容器，用新的换上，如同更换电池一样方便。 4 应用意义与前景 　　新的《节能法》在法律层面将节约资源确定为我国的基本国策，节能也已成全社会的共同责任。电容的“过零投切”技术也已成为对新一代无功补偿装置的先进技术要求在多个地区的招投标中都已列明“过零投切要求”，大面积推广已势在必行。该产品是电力系统新一代的节能产品，是替代常规的传统无功补偿产品的更新换代产品。 　　智能集成电力电容器具有节能、小型化、性能优越、成本低等优势，是新一代智能电器的好产品，无功补偿的理想设备。它节约能源和节约空间资源的突出优点将为建设和谐社会做出重大贡献。 　　参考文献 　　[1] 陆保松.城区低压电网的无功补偿[J].中国电力，1996，29（3）：54～57. 　　[2] 石新春，彭伟.一种采用零压型开关的TSC低压无功补偿装置[J].电网技术. 　　[3] 朱海松.并联无功补偿装置对电网谐波的影响[J].电力电容器，2005（2）：19～22. 　　[4] 陆安定.电力系统的无功功率[M].北京：中国电力出版社，2002. 　　[5] 李刚，林凌.微机控制晶闸管投发电容器无功补偿装置[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002. 　　[6] 贺明智，黄念慈，张代润，宋婷婷.基于双CPU的有源电力滤波器[J].电力系统自动化，2004，28（9）：92～94. 　　[7] 刘岸杰，宋伶俐.微机控制晶闸管投切电容器无功补偿装置[J].继电器，2004，32（7）：28～31. 　　[8] Santo S I，Tan O W.N eutral based realtime control of capacitors installed in distribution systems[J].IEEE Trans on Power Delivery，1990，5（1）：266～272.