智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

電力網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，電源供給的無(wú)功功率是電能轉(zhuǎn)換為其它形式能量的前提，它為電能的輸送、轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了條件。在電力系統(tǒng)輸送電能的過(guò)程中，無(wú)功功率不足，將使系統(tǒng)中輸送的總電流增加、使變壓器的出力減少、供電線路及系統(tǒng)設(shè)備有功功率損耗增大、線路末端電壓下降；而對(duì)于電力用戶來(lái)說(shuō)，過(guò)多地從電網(wǎng)中吸取無(wú)功，不僅使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，也影響自身的用電和生產(chǎn)，使企業(yè)效益下降，甚至招致罰款。因此，為了減少無(wú)功的損失和避免其在電網(wǎng)中的不當(dāng)流動(dòng)，必須進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。而據(jù)統(tǒng)計(jì)，10 kV以下電壓等級(jí)的網(wǎng)損約占整個(gè)網(wǎng)損的50％以上，其中又以配電變壓器和用戶感性負(fù)荷所消耗的無(wú)功損耗為重點(diǎn)，所以，將無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹攸c(diǎn)放在380 V電壓等級(jí)的配電變壓器和低壓用戶處是行之有效的降損節(jié)能措施。

1 智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)

智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置主要由無(wú)功補(bǔ)償控制器、智能投切開(kāi)關(guān)、低壓電容器等元器件組成。采用一系列國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)和最新的電子元器件及新型的機(jī)電一體化的智能復(fù)合開(kāi)關(guān)，集電網(wǎng)監(jiān)測(cè)與無(wú)功補(bǔ)償于一體，不但可以補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)，降低線損，從而提高電網(wǎng)的負(fù)載能力和供電質(zhì)量；同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的三相電壓、電流、功率因數(shù)等運(yùn)行數(shù)據(jù)，可完成對(duì)整個(gè)低壓配電線路的監(jiān)測(cè)、分析處理、報(bào)表輸出等綜合管理，為低壓配電線路的科學(xué)管理提供第一手的可靠數(shù)據(jù)。其原理圖見(jiàn)圖1。

圖1　智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置原理圖

利用雙向反并聯(lián)的晶閘管與磁保持開(kāi)關(guān)組成的智能復(fù)合開(kāi)關(guān)投切電力電容器。當(dāng)斷路器HS閉合后，控制器開(kāi)始工作，對(duì)無(wú)功電流（功率因數(shù)）進(jìn)行計(jì)算監(jiān)測(cè)，當(dāng)無(wú)功電流I_q值增大到設(shè)定值時(shí)，控制器對(duì)指定的復(fù)合開(kāi)關(guān)輸出過(guò)零觸發(fā)脈沖使之導(dǎo)通將電容器投入運(yùn)行，直到功率因數(shù)逼近設(shè)定值，當(dāng)無(wú)功電流I_q值下降到低于設(shè)定值時(shí)，控制器停發(fā)觸發(fā)脈沖信號(hào)而將電容器退出，以免電壓過(guò)高。其工作流程見(jiàn)圖2。

圖2　智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置工作流程圖[!--empirenews.page--]

2 器件的分析與選型

2.1 控制器的選型

控制器是無(wú)功補(bǔ)償裝置的核心器件。我們選用的控制器采集三相電壓、電流，分級(jí)分相采用綜合判據(jù)來(lái)控制投切電容器。我們選用的控制器具備優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償策略程序，控制物理量如無(wú)功功率（功率因數(shù)）、投切時(shí)間、電流電壓門(mén)限等參數(shù)可設(shè)置，按照用戶需求和特性動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，并將共補(bǔ)與分相分組補(bǔ)償有效結(jié)合起來(lái)。該控制器實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)三相電壓、電流，計(jì)算出實(shí)際無(wú)功大小（功率因數(shù)），然后根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)循環(huán)投入電容器進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)夏季或無(wú)功缺口比較大的時(shí)候，自動(dòng)投入共補(bǔ)電容器，以減少分補(bǔ)投入次數(shù)。當(dāng)無(wú)功缺口比較小時(shí)，主要由分補(bǔ)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。防止損壞電容器，控制器投切電容器時(shí)加上三種限制條件：諧波閉鎖、電壓閉鎖、電流閉鎖。

2.2 投切開(kāi)關(guān)的選型

電容器投切開(kāi)關(guān)是無(wú)功補(bǔ)償裝置的另一個(gè)重要器件。早期多采用的接觸器，在投入過(guò)程中涌流大，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)發(fā)生觸頭熔焊現(xiàn)象。即使是帶有抑制涌流裝置的電容器投切專(zhuān)用接觸器，在無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)大，電容器投切頻繁的情況下，也存在使用壽命短，需要經(jīng)常進(jìn)行檢修的問(wèn)題。隨后出現(xiàn)的可控硅投切開(kāi)關(guān)，具有電壓過(guò)零投入、電流過(guò)零切除、開(kāi)關(guān)無(wú)觸點(diǎn)、反應(yīng)速度快等特性，但其最明顯的缺點(diǎn)是功率損耗大，會(huì)產(chǎn)生很高的溫升，需要使用專(zhuān)用散熱器，來(lái)解決其通風(fēng)散熱問(wèn)題，可靠性不高。現(xiàn)在選用新型的機(jī)電一體化的智能復(fù)合開(kāi)關(guān)，具有無(wú)沖擊、低功耗、高壽命等顯著優(yōu)點(diǎn)。該開(kāi)關(guān)為晶閘管開(kāi)關(guān)和磁保持開(kāi)關(guān)并聯(lián)運(yùn)行，其在接通和斷開(kāi)的瞬間具有可控硅過(guò)零投切的優(yōu)點(diǎn)，而在正常接通期間又具有磁保持開(kāi)關(guān)零功耗的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 低壓電容器的選型

電容器組選用自愈式低電壓并聯(lián)電容器。該電容器采用目前國(guó)際最先進(jìn)的金屬化膜作為材料，嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及IEC標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)，具備放電器件，能使電容器上的剩余電壓在3 min內(nèi)降至50 V或更低。

3 智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)

控制器內(nèi)部具備優(yōu)化的無(wú)功補(bǔ)償策略程序，控制物理量如無(wú)功功率（功率因數(shù)）、投切時(shí)間、電壓電流門(mén)限等參數(shù)可設(shè)置，按照用戶需求和特性動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，并將共補(bǔ)和分相分組補(bǔ)償有效結(jié)合。

采用智能低壓電子復(fù)合開(kāi)關(guān)作為開(kāi)關(guān)元件，徹底解決了電容器投入時(shí)的浪涌電流問(wèn)題，無(wú)觸頭燒損之慮，無(wú)需散熱，更不會(huì)產(chǎn)生諧波注入，安全可靠性高。

具有完善的過(guò)壓、欠壓、缺相、諧波、振蕩等保護(hù)措施。

具備GPRS通信功能，可將補(bǔ)償結(jié)果反饋給配電管理系統(tǒng)，計(jì)算無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)效益，并可接受系統(tǒng)控制?？刂破魍瑫r(shí)具有配電監(jiān)測(cè)的功能，可通過(guò)GPRS通信模塊將配電信息上傳到主站端。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用先進(jìn)的DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、高速工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、Internet/Web等技術(shù)制造的智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高、實(shí)時(shí)性好、功能強(qiáng)大，適用于各類(lèi)城市電網(wǎng)、農(nóng)村電網(wǎng)、企業(yè)電網(wǎng)的配電自動(dòng)化實(shí)施與改造，可有效的降損節(jié)能，具有很大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。