摘要：箱式變中常規(guī)電容器構(gòu)成的無功補(bǔ)償系統(tǒng)存在缺點，采用智能電容器可優(yōu)化無功補(bǔ)償系統(tǒng)。智能 電容器在箱式變中存在優(yōu)勢，其優(yōu)勢在于過零投切與低能耗，解決了投切涌流問題，接線簡單，擴(kuò)容方便，解決了箱式變無功補(bǔ)償容量不足問題，混合補(bǔ)償，解決了三相不平衡狀態(tài)下的無功補(bǔ)償問題，智能網(wǎng)絡(luò)通信，解決了常規(guī)功率因數(shù)控制器易損壞的問題，溫度保護(hù)，解決了電容器"漲肚”問題，維護(hù)方便。

關(guān)鍵詞：智能電容器，無功補(bǔ)償，箱式變

無功補(bǔ)償對電網(wǎng)合理運行具有重要作用，在低壓配網(wǎng)的箱式變低壓側(cè)安裝可靠的無功補(bǔ)償裝置，能夠提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低變壓器及輸送線路的損耗，保證電網(wǎng)供電質(zhì)量。

1、箱式變

1.1箱式變概述

箱式變又稱箱式變電站、戶外成套變電站、組合式變電站，是一種把高壓開關(guān)設(shè)備、配電變壓器、低壓開關(guān)設(shè)備、電能計量設(shè)備和無功補(bǔ)償裝置等，按一定的接線方案組合在一個箱體內(nèi)的配電裝置。具有成套性強(qiáng)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠、維護(hù)方便、可移動等特點，廣泛應(yīng)用于住宅小區(qū)、城市公用變、繁華鬧市、施工場地等。

1.2箱式變常規(guī)無功補(bǔ)償

電網(wǎng)無功補(bǔ)償有以下幾種補(bǔ)償方式：變電所集中補(bǔ)償，配電線路分散補(bǔ)償，負(fù)荷側(cè)集中補(bǔ)償，客戶負(fù)荷側(cè)的就地補(bǔ)償。對低壓配網(wǎng)的箱式變，通常要求采用負(fù)荷側(cè)集中補(bǔ)償方式，即在箱式變的變壓器低壓側(cè)安裝無功補(bǔ)償裝置，隨著負(fù)荷的變化，自動地投入或切除電容器的部分或全部容量，來改善設(shè)備利用率，降低電網(wǎng)功率損耗和電能損失，保證電網(wǎng)電壓，提高供電質(zhì)量。箱式變補(bǔ)償容 量可用Q_C=P（tg∮1- tg∮2）計算，一般為變壓器額定容量的20%~30%。

早期箱式變通常采用由智能控制器、低壓電力電容器、熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、指示燈、熱繼電器等散件組成的傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置，該裝置存在以下缺點：

箱式變空間狹小，并為封閉型，每只交流接觸器觸點吸合時需耗電15W，發(fā)熱量大，特別是夏天，環(huán)境溫度加上接觸器耗電發(fā)熱引起溫度升高，補(bǔ)償室內(nèi)溫度經(jīng)常達(dá)到60℃以上，會引起熱繼電器誤動作，接觸器失電，補(bǔ)償電容器退出運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致無功補(bǔ)償失效。

采用交流接觸器投切，容易產(chǎn)生涌流，對電容器、對電網(wǎng)都有沖擊，投切電容器的時候，交流接觸器斷弧，導(dǎo)致電容器頻繁受到?jīng)_擊，容量衰減，壽命降低，熔斷器容易擊穿，交流接觸器容易損壞。

交流接觸器運行一段時間后，電磁線圈吸力不足，主觸頭沾灰塵等原因，以致主觸頭接觸不良，容易發(fā)出噪音，而小區(qū)內(nèi)的箱式變大多離住戶近，夜深人靜時容易干擾住戶休息。

可靠性低、接線復(fù)雜、占用空間大、維護(hù)不方便等。

2、智能電容器

2.1智能電容器的原理及特點

智能電容器也稱智能集成電力電容器，是由智能集成模塊與電力電容器兩大部分組成，包括智能測控系統(tǒng)。電力電容器系統(tǒng)、過零投切系統(tǒng)、多種保護(hù)系統(tǒng)、人機(jī)對話系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，原理框圖如圖1所示。

智能電容器改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大、結(jié)構(gòu)笨重、投切技術(shù)及控制技術(shù)落后等缺點，具有體積小、過零投切、分相補(bǔ)償、溫度保護(hù)、智能網(wǎng)絡(luò)、高可靠性、節(jié) 降耗、積木結(jié)構(gòu)、接線簡單、擴(kuò)容方便、人機(jī)接口方便等性能。

2.2智能電容器在箱式變中運用的優(yōu)勢

2.2.1過零投切，低能耗，解決了投切涌流問題

智能電容器采用晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，投切時無涌流沖擊，無電弧重燃，無操作過電壓，功耗小，減少了常規(guī)電容器柜內(nèi)80%的能耗，采用微電子技術(shù)，CPU對電壓、電流的正弦波進(jìn)行交流采樣，根據(jù)功率因數(shù)的變化，當(dāng)需 增加無功的時候，在電壓過零點投入電容器，當(dāng)需要減少無功的時候，在電流過零點切除電容器，實現(xiàn)零電壓投入零電流切除的過零投切技術(shù)。因采用晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，能耗較低，無功補(bǔ)償室不會因此而溫升過高，解決了箱式變內(nèi)原來電容器因溫度過高退出運行、影響電容壽命等問題。過零投切技術(shù)，解決了原來接觸器投切涌流大的問題，減少了過電壓對電容器的沖擊，延長了2~3倍的電容器使用壽命。

2.2.2接線簡單，擴(kuò)容方便，解決了箱式變無功補(bǔ)償容量不足問題

采用常規(guī)模式，從控制器、熔斷器、接觸器、熱繼電器、電容器，每路電容器需要約30根線。采用智能電容器，只需3根線，減少80%的連接線和80%接點，產(chǎn)品體積小，占有空間不到常規(guī)的50%。這樣在箱式變中，相同的空間內(nèi)就可以增加1倍以上無功補(bǔ)償容量。而且隨著客戶負(fù)荷的增加，可以隨時增加箱式變無功補(bǔ)償容量，改變了常規(guī)模式因接線復(fù)雜、一成不變的局限性，適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要，可以分期投資。

2.2.3混合補(bǔ)償，解決了三相不平衡狀態(tài)下的無功補(bǔ)償問題

采用混合補(bǔ)償方案，即三相補(bǔ)償+單相補(bǔ)償結(jié)合，箱式變大多用在住宅小區(qū)，而居民用電往往三相不平衡，單相補(bǔ)償可對無功缺額較大的一相單獨補(bǔ)償，使補(bǔ)償效果更優(yōu)化。

2.2.4智能網(wǎng)絡(luò)通信，解決了常規(guī)功率因數(shù)控制器易損壞的問題

智能電容器可取消功率因數(shù)控制器這個環(huán)節(jié)，采用智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建485通信網(wǎng)絡(luò)，多臺電容器并聯(lián)使用，自動構(gòu)成一個低壓無功自動控制系統(tǒng)，其中地址碼小的一個為主機(jī)，其余則為從機(jī)，從機(jī)故障自動退出，不影響剩余從機(jī)工作，主機(jī)故障也會自動退出，在其余從機(jī)中產(chǎn)生一個新的主機(jī)，組成一個新的系統(tǒng)。解決了常規(guī)補(bǔ)償模式下，箱式變因功率因數(shù)控制器損壞而導(dǎo)致整個補(bǔ)償系統(tǒng)退出運行的問題。

2.2.5溫度保護(hù)，解決了電容器“漲肚”問題

由于箱式變內(nèi)溫度過高，電容器過電流、過諧波、漏電流過大等因素，以致電容器體內(nèi)溫度升高，如果不采取措施，導(dǎo)致電容器“漲肚”，甚至爆炸。智能電容器配有溫度傳感器，利用CPU采集電容器體內(nèi)溫度，在軟件中設(shè)定過溫保護(hù)定值，超過設(shè)定值時自動切除電容器，退出運行，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。

2.2.6維護(hù)方便

智能電容器CPU具備自診斷功能，可實時監(jiān)測每一個元器件是否運行正常，如果異常，在顯示屏上顯示故障類型，并且亮指示燈，便于現(xiàn)場故障處理。而且產(chǎn)品體積小，接線簡單，在狹小的箱式變空間內(nèi)，安裝和檢修比常規(guī)補(bǔ)償裝置方便，維護(hù)成本只有常規(guī)補(bǔ)償裝置的10%左右。

2.3智能電容器在箱式變中應(yīng)用設(shè)計

某福利區(qū)現(xiàn)有9000多戶的住戶和20多幢的辦公樓、學(xué)校和醫(yī)院等，*采用10kV高壓供電和高壓計量，表后10kV供電網(wǎng)絡(luò)和低壓部分由客戶自行負(fù)責(zé)。近幾年，隨著客戶負(fù)荷的增加，對該福利區(qū)內(nèi)變電站進(jìn)行擴(kuò)容改造，新增了14臺800KVA箱式變，均采用智能電容器作為無功補(bǔ)償裝置。設(shè)計方案詳如圖2和表1所示。在方案設(shè)計和設(shè)備采購時，每臺800KVA箱式變，按變壓器容量的25%即200Kvar進(jìn)行無功補(bǔ)償，采用混合補(bǔ)償方式，其中共補(bǔ)160Kvar分補(bǔ)40Kvar。補(bǔ)償后性能穩(wěn)定，運行可靠。

3、安科瑞AZC/AZCL智能電容器產(chǎn)品介紹

3.1 電容投切原理

用戶根據(jù)實際負(fù)載情況，設(shè)置目標(biāo)功率因數(shù)和允許的無功功率占有功功率的比例值。以功率因數(shù)為首要目標(biāo)，計算出要達(dá)到目標(biāo)功率因數(shù)所需投入或切除的無功容量并進(jìn)行電容器的投切；當(dāng)功率因數(shù)滿足條件時，計算無功功率是否滿足條件，如果不滿足條件，根據(jù)所需投入或切除的無功容量繼續(xù)進(jìn)行電容器的投切，克服了滿足功率因數(shù)條件但無功功率仍很大的弊端。由于兩者都是以無功功率為控制量，因此避免了“投切震蕩”情況的發(fā)生。

3.2產(chǎn)品介紹

3.2.1 AZC系列智能電力電容補(bǔ)償裝置由智能測控單元、投切開關(guān)、線路保護(hù)單元、低壓電力電容器等構(gòu)成，改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，是用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。

訂貨范例：

具體型號：AZC-SP1/450-10+10

技術(shù)要求：共補(bǔ)

通訊協(xié)議：無

輔助電源：無

3.2.2 AZCL系列智能集成式諧波抵制電力電容補(bǔ)償裝置是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。其中串接7%電抗器的產(chǎn)品使用于主要諧波為5次、7次及以上的電氣環(huán)境，串接14%電抗器的產(chǎn)品使用于主要諧波為3次及以上的電氣環(huán)境。

訂貨范例：

具體型號：AZCL-SP1/480-50-P7

技術(shù)要求：共補(bǔ)，7%電抗率，銅芯

通訊協(xié)議：無

輔助電源：無

3.2.3 技術(shù)參數(shù)

①環(huán)境條件

海拔高度：≤2000米

環(huán)境溫度：-25～55℃

相對濕度：40℃，20～90%

大氣壓力：79.5～106.0Kpa

周圍壞境無導(dǎo)電塵埃及腐蝕性氣體，無易燃易爆的介質(zhì)

②電源條件

額定電壓：AC220V（AZC）或AC380V（AZC/AZCL）

允許偏差：±20%

電壓波形：正弦波，總畸變率不大于5%

工頻頻率：48.5～51.5Hz

功率消耗：<0.5W（切除電容器時），<1W（投入電容器時）

③安全要求

滿足《DL/T842-2003》低壓并聯(lián)電容器裝置使用技術(shù)條件中對應(yīng)條款要求。

④保護(hù)誤差

電壓：≤0.5%

電流：≤1.0%

溫度：±1℃

時間：±0.01s

⑤無功補(bǔ)償參數(shù)

無功補(bǔ)償誤差：≤電容器容量的75%

電容器投切時隔：>10s

無功容量：單臺≤（20+20）kvar

⑥可靠性參數(shù)

控制準(zhǔn)確率：*

電容器容量運行時間衰減率：≤1%/年

電容器容量投切衰減率：≤0.1%/萬次

年故障率：0.1%

4、結(jié)束語

綜上，在箱式變中選用智能電容器作為無功補(bǔ)償，經(jīng)過多年的運行證明，智能電容器工作性能穩(wěn)定，運行可靠，補(bǔ)償作用好，維護(hù)方便，是新一代節(jié)能高科技無功補(bǔ)償裝置，適合廣泛應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

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• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版
• 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理選型手冊.2019.11版