安科瑞 鲍静君

　　摘要：箱式变中常规电容器构成的无功补偿系统存在缺点，采用智能电容器可优化无功补偿系统。智能 电容器在箱式变中存在优势，其优势在于过零投切与低能耗，解决了投切涌流问题，接线简单，扩容方便，解决了箱式变无功补偿容量不足问题，混合补偿，解决了三相不平衡状态下的无功补偿问题，智能网络通信，解决了常规功率因数控制器易损坏的问题，温度保护，解决了电容器"涨肚”问题，维护方便。

　　关键词：智能电容器，无功补偿，箱式变

　　无功补偿对电网安全、合理运行具有重要作用，在低压配网的箱式变低压侧安装可靠的无功补偿装置，能够提高电网的功率因数，降低变压器及输送线路的损耗，保证电网供电质量。

　　1、箱式变

　　1.1箱式变概述

　　箱式变又称箱式变电站、户外成套变电站、组合式变电站，是一种把高压开关设备、配电变压器、低压开关设备、电能计量设备和无功补偿装置等，按一定的接线方案组合在一个箱体内的配电装置。具有成套性强、体积小、结构紧凑、安全可靠、维护方便、可移动等特点，广泛应用于住宅小区、城市公用变、繁华闹市、施工场地等。

　　1.2箱式变常规无功补偿

　　电网无功补偿有以下几种补偿方式：变电所集中补偿，配电线路分散补偿，负荷侧集中补偿，客户负荷侧的就地补偿。对低压配网的箱式变，通常要求采用负荷侧集中补偿方式，即在箱式变的变压器低压侧安装无功补偿装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量，来改善设备利用率，降低电网功率损耗和电能损失，保证电网电压，提高供电质量。箱式变补偿容 量可用QC=P（tg∮1- tg∮2）计算，一般为变压器额定容量的20%~30%。

　　早期箱式变通常采用由智能控制器、低压电力电容器、熔丝、复合开关或机械式接触器、指示灯、热继电器等散件组成的传统无功补偿装置，该装置存在以下缺点：

　　箱式变空间狭小，并为封闭型，每只交流接触器触点吸合时需耗电15W，发热量大，特别是夏天，环境温度加上接触器耗电发热引起温度升高，补偿室内温度经常达到60℃以上，会引起热继电器误动作，接触器失电，补偿电容器退出运转，导致无功补偿失效。

　　采用交流接触器投切，容易产生涌流，对电容器、对电网都有冲击，投切电容器的时候，交流接触器断弧，导致电容器频繁受到冲击，容量衰减，寿命降低，熔断器容易击穿，交流接触器容易损坏。

　　交流接触器运行一段时间后，电磁线圈吸力不足，主触头沾灰尘等原因，以致主触头接触不良，容易发出噪音，而小区内的箱式变大多离住户近，夜深人静时容易干扰住户休息。

　　可靠性低、接线复杂、占用空间大、维护不方便等。

　　2、智能电容器

　　2.1智能电容器的原理及特点

　　智能电容器也称智能集成电力电容器，是由智能集成模块与电力电容器两大部分组成，包括智能测控系统。电力电容器系统、过零投切系统、多种保护系统、人机对话系统、通信系统等，原理框图如图1所示。

　　智能电容器改变了传统无功补偿装置体积庞大、结构笨重、投切技术及控制技术落后等缺点，具有体积小、过零投切、分相补偿、温度保护、智能网络、高可靠性、节 降耗、积木结构、接线简单、扩容方便、人机接口方便等性能。

　　2.2智能电容器在箱式变中运用的优势

　　2.2.1过零投切，低能耗，解决了投切涌流问题

　　智能电容器采用晶闸管复合开关电路，投切时无涌流冲击，无电弧重燃，无操作过电压，功耗小，减少了常规电容器柜内80%的能耗，采用微电子技术，CPU对电压、电流的正弦波进行交流采样，根据功率因数的变化，当需 增加无功的时候，在电压过零点投入电容器，当需要减少无功的时候，在电流过零点切除电容器，实现零电压投入零电流切除的过零投切技术。因采用晶闸管复合开关电路，能耗较低，无功补偿室不会因此而温升过高，解决了箱式变内原来电容器因温度过高退出运行、影响电容寿命等问题。过零投切技术，解决了原来接触器投切涌流大的问题，减少了过电压对电容器的冲击，延长了2~3倍的电容器使用寿命。

　　2.2.2接线简单，扩容方便，解决了箱式变无功补偿容量不足问题

　　采用常规模式，从控制器、熔断器、接触器、热继电器、电容器，每路电容器需要约30根线。采用智能电容器，只需3根线，减少80%的连接线和80%接点，产品体积小，占有空间不到常规的50%。这样在箱式变中，相同的空间内就可以增加1倍以上无功补偿容量。而且随着客户负荷的增加，可以随时增加箱式变无功补偿容量，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。

　　2.2.3混合补偿，解决了三相不平衡状态下的无功补偿问题

　　采用混合补偿方案，即三相补偿+单相补偿结合，箱式变大多用在住宅小区，而居民用电往往三相不平衡，单相补偿可对无功缺额较大的一相单独补偿，使补偿效果更优化。

　　2.2.4智能网络通信，解决了常规功率因数控制器易损坏的问题

　　智能电容器可取消功率因数控制器这个环节，采用智能网络技术，构建485通信网络，多台电容器并联使用，自动构成一个低压无功自动控制系统，其中地址码小的一个为主机，其余则为从机，从机故障自动退出，不影响剩余从机工作，主机故障也会自动退出，在其余从机中产生一个新的主机，组成一个新的系统。解决了常规补偿模式下，箱式变因功率因数控制器损坏而导致整个补偿系统退出运行的问题。

　　2.2.5温度保护，解决了电容器“涨肚”问题

　　由于箱式变内温度过高，电容器过电流、过谐波、漏电流过大等因素，以致电容器体内温度升高，如果不采取措施，导致电容器“涨肚”，甚至爆炸。智能电容器配有温度传感器，利用CPU采集电容器体内温度，在软件中设定过温保护定值，超过设定值时自动切除电容器，退出运行，达到保护设备的目的。

　　2.2.6维护方便

　　智能电容器CPU具备自诊断功能，可实时监测每一个元器件是否安全运行，如果异常，在显示屏上显示故障类型，并且亮指示灯，便于现场故障处理。而且产品体积小，接线简单，在狭小的箱式变空间内，安装和检修比常规补偿装置方便，维护成本只有常规补偿装置的10%左右。

　　2.3智能电容器在箱式变中应用设计

　　某福利区现有9000多户的住户和20多幢的办公楼、学校和医院等，电业局采用10kV高压供电和高压计量，表后10kV供电网络和低压部分由客户自行负责。近几年，随着客户负荷的增加，对该福利区内变电站进行扩容改造，新增了14台800KVA箱式变，均采用智能电容器作为无功补偿装置。设计方案详如图2和表1所示。在方案设计和设备采购时，每台800KVA箱式变，按变压器容量的25%即200Kvar进行无功补偿，采用混合补偿方式，其中共补160Kvar分补40Kvar。补偿后性能稳定，运行可靠。

　　3、安科瑞AZC/AZCL智能电容器产品介绍

　　3.1 电容投切原理

　　用户根据实际负载情况，设置目标功率因数和允许的无功功率占有功功率的比例值。以功率因数为首要目标，计算出要达到目标功率因数所需投入或切除的无功容量并进行电容器的投切；当功率因数满足条件时，计算无功功率是否满足条件，如果不满足条件，根据所需投入或切除的无功容量继续进行电容器的投切，克服了满足功率因数条件但无功功率仍很大的弊端。由于两者都是以无功功率为控制量，因此避免了“投切震荡”情况的发生。

　　3.2产品介绍

　　3.2.1 AZC系列智能电力电容补偿装置由智能测控单元、投切开关、线路保护单元、低压电力电容器等构成，改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式，是用于节省能源、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。

订货范例：

　　具体型号：AZC-SP1/450-10+10

　　技术要求：共补

　　通讯协议：无

　　辅助电源：无

　　3.2.2 AZCL系列智能集成式谐波抵制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。其中串接7%电抗器的产品使用于主要谐波为5次、7次及以上的电气环境，串接14%电抗器的产品使用于主要谐波为3次及以上的电气环境。

订货范例：

　　具体型号：AZCL-SP1/480-50-P7

　　技术要求：共补，7%电抗率，铜芯

　　通讯协议：无

　　辅助电源：无

3.2.3 技术参数

　　①环境条件

　　海拔高度：≤2000米

　　环境温度：-25～55℃

　　相对湿度：40℃，20～90%

　　大气压力：79.5～106.0Kpa

　　周围坏境无导电尘埃及腐蚀性气体，无易燃易爆的介质

　　②电源条件

　　额定电压：AC220V（AZC）或AC380V（AZC/AZCL）

　　允许偏差：±20%

　　电压波形：正弦波，总畸变率不大于5%

　　工频频率：48.5～51.5Hz

　　功率消耗：<0.5W（切除电容器时），<1W（投入电容器时）

　　③安全要求

　　满足《DL/T842-2003》低压并联电容器装置使用技术条件中对应条款要求。

　　④保护误差

　　电压：≤0.5%

　　电流：≤1.0%

　　温度：±1℃

　　时间：±0.01s

　　⑤无功补偿参数

　　无功补偿误差：≤电容器容量的75%

　　电容器投切时隔：>10s

　　无功容量：单台≤（20+20）kvar

　　⑥可靠性参数

　　控制准确率：100%

　　电容器容量运行时间衰减率：≤1%/年

　　电容器容量投切衰减率：≤0.1%/万次

　　年故障率：0.1%

　　4、结束语

　　综上，在箱式变中选用智能电容器作为无功补偿，经过多年的运行证明，智能电容器工作性能稳定，运行可靠，补偿作用好，维护方便，是新一代节能高科技无功补偿装置，适合广泛应用。