低壓電能質量監(jiān)控及無功自動補償

1、低壓電能質量監(jiān)控及無功自動補償裝置陳 津摘要：著重介紹近幾年來我國及我公司智能型低壓無功補償裝置的發(fā)展、新產品、新技術和開發(fā)動態(tài)，以及我公司在低壓濾波器裝置的發(fā)展，并對設計中的若干技術問題如補償方式的選擇、投切元件的選擇等加以討論。關鍵詞：低電壓；無功補償；技術方案1、 前言 近年來，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的實施過程中，低壓并聯(lián)電容器無功補償裝置的設計方案有了重大的改進和突破，尤其是近兩年國家對電網(wǎng)質量的嚴格要求，使得單純的低壓并補發(fā)展到抑制諧波型并補和專業(yè)的低壓動態(tài)濾波器TSC，并取得了滿意的運行效果。對提高供電電壓質量，挖掘供電設備的潛力、降低線路損失及節(jié)能均起到積極的作用。本文就我公司電能質量監(jiān)

2、控及無功自動補償裝置開發(fā)中的若干技術問題和發(fā)展方向進行討論，以供參考。2、 低壓補償?shù)母倪M 低壓無功補償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種型式，裝于低壓電動機旁的單臺就地補償；裝于配電變壓器低壓側的補償箱及柱上式補償裝置；裝于企業(yè)配電房或車間、箱變內及高層建筑樓層配電間的自動補償柜（如最早的PGJ柜，以及后來的GGD、GCK等）。根據(jù)我公司低壓補償裝置的發(fā)展情況，在此對單臺就地補償問題不作討論。低壓補償箱和補償柜的技術改進和新技術應用歸納起來主要有以下幾方面：（1） 由三相共補到分相補償，以求達到更理想的補償效果；（2） 由靜態(tài)補償發(fā)展到動態(tài)補償；（3） 智能型自動補償控制器和配電變壓器的運行記錄儀相結

3、合；（4） 將低壓補償?shù)墓δ芗{入歐式箱變及美式箱變的低壓部分；（5） 采用不銹鋼或復鋁鋅板的箱體，具有防寒、防曬、密封、防潮、防火、防銹等特點（6） 選用微晶蠟介質或干式及充SF6的自愈式并聯(lián)電容器，提高了運行的可靠性，并延長了使用年限；（7） 由單一的無功補償?shù)酵瑫r具有濾波及抑制諧波功能的補償裝置。3、 三相共補及分相補償結合的接線31三相共補的接線（）傳統(tǒng)的低壓補償都是采用三相共補的方式，它是根據(jù)控制器統(tǒng)一取樣判斷，各相投入相同的補償容量，接線如圖1所示。此方式適用于三相負載基本平衡，各相負載的cos相近的網(wǎng)絡。一般電容器都選用接線，額定電壓為400V。圖1電容器接三相共補的接線32三相分

4、補的接線（Y）三相分補方式就是各相分別取樣，各相分別投入不同的補償容量，接線如圖2所示。此方式適用于三相負載不對稱，其cos值也有較大差別場合。一般電容器都選用Y接線，額定電壓為230V。圖2電容器Y接三相分補的接線33三相共補及分相補償結合的接線（-Y）此方式是前兩者的結合，即三相共補與三相分補相結全的接線方式，接線如圖3所示。三相共補部分的電容器為接線，三相分補部分的電容器為Y接線，此方式適用于各種網(wǎng)絡。這種接線方式的補償裝置，運行方式機動靈活。圖3電容器-Y接三相共補與三相分補相結合的接線34對三種接線方式的探討（1） 從補償效果來看：三相共補及分相補償結合的接線（-Y）的效果最好，最靈

5、活；三相分補接線（Y）效果較差；三相共補接線（）效果最差。（2） 從經(jīng)濟角度來看：三相共補接線（）的價格最經(jīng)濟；三相共補及分相補償結合的接線（-Y）的價格較貴；三相分補接線（Y）的價格最貴。其原因是：額定電壓400V的自愈式電容器的價格比同容量額定電壓230V的電容器便宜得多，這是由于原材料價格的原因和400V電容器極間工作電場強度較高的緣故。以400V的電容器為例，用厚8m金屬化膜時，工作場強為50kV/mm，如用厚7m金屬化膜時, 工作場強為5758kV/mm；而230V電容器，如要維持與上述的工作場強相近時，則必須選用更薄的金屬化膜，但45m薄膜的價格要比78m薄膜貴得多，所以對230V

6、電容器一般是采取降低工作場強的設計，按照國內市場上的通常價格，同容量的230V電容器的價格是400V電容器價格的2倍以上。所以在三相共補及分相補償結合的接線（-Y）中，對于分相補償部分有時也選用400V接電容器，這時電容器實輸出容量是其銘牌上額定容量的1/3。這樣做的目的是由于400V的產品比較便宜，即使實際容量比額定容量下，但由于工作場強低，壽命長，且整個裝置只用一個規(guī)格的電容器，互換性強等優(yōu)點。4、 并聯(lián)電容器的投切元件41交流接觸器7080年代廣泛應用的PGJ補償柜，都是采用交流接觸器作為投切元件，迄今仍沿用。這是我公司低壓補償裝置的第一代產品，如圖4（a）所示。其優(yōu)點是：使用專用于電容

7、投切的接觸器帶有抑制涌流裝置，不用加裝電抗器就能將合閘涌流峰值限制在額定電流的20倍以下，能有效地抑制合閘涌流對電容器的沖擊和抑制開斷時的過電壓。體積較小，價格低。其缺點是：投入電容時產生倍數(shù)較高的涌流，容易在接觸器的觸點處產生火花，燒損觸頭；切斷電容時，容易粘住觸頭，造成拉不開；涌流過大對電容器本身有害，影響使用壽命。42可控硅（雙向晶閘管）采用雙向晶閘管的無觸點開關電路取代交流接觸器，是我公司低壓補償裝置的第二代產品，如圖4（b）所示。其優(yōu)點是：充分利用可控硅的優(yōu)良特性，響應及時迅速，實現(xiàn)了對電容的等電位投入，零電流切除。徹底克服了普通交流接觸器等機械點投切電力電容器時涌流大、電壓沖擊大打

8、火、振動等缺點。其缺點是：成本高，是采用接觸器投切的補償柜貴70%90%左右；可控硅開關電路運行時有較大的壓降，運行中的電能損耗和發(fā)熱問題不可忽視。以BSMJ0.4-30-3并聯(lián)自愈式電容器為例，基額定電流為43.3A，目前做得最好的可控硅并關的電壓降也只能為1V，如果不3個可控硅開關電路運行時，損耗的功率為：P=3×1×43.3=129.9W，如補償柜的無功功率為90kvar，則全投入時，可控硅的功率損耗為P=129.9×3=389.7W，以每天平均10小時計，日耗電量達3.897kW·h，年耗量約為1423 kW·h。有功消耗的發(fā)熱量還會增

9、加整個補償裝置的溫升，必須采用相應的散熱降溫的措施，如采用接觸器基本上不消耗有功；可控硅電路本身也是諧波源，大量的應用會對低壓電網(wǎng)的波形不利。43晶閘管和二極管反并聯(lián)的開關電路是由一個晶閘管和一個二極管反并聯(lián)的接線方案。我公司不采用此方式。此方案與42方案技術性能相近，但反應時間較慢。44復合開關是我公司第三代產品，如圖4（c）所示是前兩者的結合體。其運行操作順序如下：當投入電容時，先由微電腦控制器發(fā)出信號給開關電路（可控硅），使之在等電壓時投入電容器，微電腦控制器緊接著又發(fā)信號給接觸器，使其觸點也閉合，將可控硅開關電路短路，由于接觸器閉合后的接觸電阻遠小于開關電路導通時的電阻，從而達到了節(jié)能

10、和延長可控硅使用壽命的目的；當需要切除電容器時微電腦控制器先發(fā)信號可接觸器，使接觸器斷開，此時可控硅電路處于導通狀態(tài)，并由開關電路在電流過零時切除。其優(yōu)點是：運行功耗低，涌流小，諧波影響小，成本低，壽合長。其缺點是：容量小，目前最大額定電流只有80A（限集成式）圖4接線圖5、 智能型自動控制器51檢測量和控制目標檢測量主要有cos、無功功率Q和無功電流Iq三種，7080年代多選用以cos為檢測量的控制器，此方案在輕載時容易產生投切震蕩，重載時又不易達到充分補償；目前新型的控制器已不再選用以cos為檢測量。檢測量為Q的控制器，其工作原理是將電壓和電流的信號送入霍爾元件或相敏放大器等具有乘法功能的

11、器件，以測出Q=UIsin，由于檢測量和控制目標都是同一物理量，技術上是合理的，但檢測難度要大些。檢測量為Iq的控制器，利用了相電壓U由正到負過零的瞬間，恰好就是A相無功電流最大值Iqmax的原理，用相電壓U負過零信號控制，采用開關和簡單的保持電路，以完成對Iq實時檢測；這種方案檢測方法簡單，不會產生震蕩，補償效果與電網(wǎng)電壓的波動無關。52諧波型智能控制器 它與普通的無功自動補償控制器的接線都是一樣，是無功自動補償控制器和配電綜合電能測控儀的結合體。具有自動/手動/遠控切換方式(遠控通過RS232通訊口與計算機相聯(lián)并用計算機控制投切，配有后臺軟件)，諧波電流、諧波電壓監(jiān)測，過壓、欠壓保護，其整

12、定值可調，時間05分可調，輸出接點容量不小于5A.220V支路。A、 按電網(wǎng)無功需求量，電流電壓、功率因數(shù)自動轉換。B、 取樣信號：電壓380V（Uac）電流5AC、 投切延時010分種可調節(jié)，既能順序投切又能編碼投切。D、 顯示投切路數(shù)E、 顯示部分：功率因數(shù)、無功、有功、電壓、功率因數(shù)設定值、過電壓設定值、投切延時時間、時間日期等常規(guī)數(shù)據(jù)。F、 帶記憶儲存：自動記錄每組電容器的運行時間和投切次數(shù)；設置參數(shù)不怕掉電、數(shù)據(jù)記錄保存。諧波型的與普通型的不同在于，投切順序的不同。普能型的只是依次循環(huán)投切。諧波型的，如控制10路，H5、H7、H11?？刂坡窋?shù)為：10路。具體分為3組，即5次通道為第一

13、組（1、2、3），7次通道為第二組（4、5），11次通道為第三組（6、7、8、9）。注：要求在一（1、2、3）、二（4、5）、三（6、7、8、9）組中分別為循環(huán)順序投切，先投先切。投切方式為：投入時，由低次向高次投，即依次投1、2、3、4、5、6、7、8、9；切除時，由高次向低次切除，即依次切6、7、8、9、4、5、1、2、3 （6、7、8、9為循環(huán)順序投切，4、5為循環(huán)順序投切，1、2為循環(huán)順序投切）6、 根據(jù)使用環(huán)境不同，對補償裝置的選擇 根據(jù)我公司遇到的情況及經(jīng)驗，我們對低壓無功自動補償裝置的選擇提出以下考意見：（1） 根據(jù)網(wǎng)絡情況選擇不同接線的補償方式。（2） 分配補償容量以細為原則。

14、即每級容量越小越好。（3） 根據(jù)使用環(huán)境不同，作有針對性的選擇。對有諧波污染的系統(tǒng)應采用具有濾波及抑制諧波功能的補償裝置；對諧波污輕的系統(tǒng)可采用具有抑制諧波功能的補償裝置即可。（4） 選型指南A補償容量的確定 補償容量的確定可以根據(jù)負荷的最大功率、補償前的功率因數(shù)及要求補償后達到的功率因數(shù)，用下式計算確定：Q =*P*（tan1tan2）式中：Q 所需補償?shù)目偀o功功率，kvar； 平均負荷系數(shù)，取0.70.8； P 用戶最大負荷，kW； 1補償前平均功率因數(shù)角 2補償后平均功率因數(shù)角或 Q =*P*qq 補償率，kvar / kW （可從附表中查?。ヽos1cos20.800.810.820.

15、830.840.850.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.500.9811.0081.0351.0601.0861.1171.1381.1661.1921.2191.2461.2761.3051.3381.3681.4041.4420.510.9390.9660.9331.0181.0441.0701.1061.1341.1601.1871.2141.2441.2731.3061.3361.3721.4100.520.8900.9170.9450.9690.9951.0211.0471.0751.1011.1281.1551.1851.21

16、71.2471.2771.3131.3510.530.8190.8760.9030.9280.9540.9801.0061.0341.0601.0871.1141.1441.1731.1201.2061.2361.2720.540.8080.8350.8620.8870.9130.9390.9650.9931.0191.0461.0751.1031.1331.1651.1951.2311.2690.550.7660.7930.8200.8150.8710.9230.9510.9771.0041.0311.0611.0901.1231.1531.1891.2270.560.7280.7550.7

17、820.8070.8290.8590.8850.9130.9390.9660.9911.0231.0521.0851.1151.1511.1890.570.6910.7180.7450.7700.7960.8220.8460.8760.9020.9290.9560.9861.0151.0481.0781.1141.5200.580.6550.6820.7090.7340.7600.7860.8120.8400.8660.8930.9200.9500.9791.0121.0421.0781.1160.590.6180.6450.6720.6970.7230.7490.7750.8030.8290

18、.8560.8830.9130.9420.9751.0051.0411.0790.600.5830.6100.6370.6620.6880.7140.7400.7680.7940.8210.8480.8780.9050.9400.9701.0061.0440.610.5490.5760.6030.6280.6540.6800.7060.7340.7600.7870.8410.8440.8730.9060.9360.9721.0100.620.5150.5470.5600.5940.6200.6400.6720.7000.7260.7530.7800.8100.8390.8720.9020.93

19、80.9740.630.4810.5080.5350.5600.5860.6120.6380.6660.6920.7190.7460.7760.8050.8380.8680.9040.9420.640.4500.4770.5040.5290.5550.5810.6070.6350.6610.6880.7150.7450.7740.8070.8370.8730.911附表：每kW負荷所需無功補償率值查取表cos1cos20.800.810.820.830.840.850.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.650.4170.4440.4710.

20、4960.5220.5480.5740.6020.6280.6550.6820.7120.7410.7740.8040.8400.8780.660.3860.4150.4420.4670.4930.5190.5450.5730.5990.6260.6540.6830.7120.7450.7750.8110.8490.670.3570.3840.4110.4360.4620.4880.5140.5420.5660.5950.6220.6520.6810.7140.7440.7800.8180.680.3270.3540.3810.4060.4320.4580.4840.5120.5380.565

21、0.5940.6220.6510.6840.7170.7500.7880.690.2970.3240.3510.3760.4020.4280.4540.4820.5080.5350.5620.5920.6210.6540.6830.7200.7580.700.2700.2970.3230.3490.3750.4010.4270.4550.4810.5080.5350.5650.5940.6270.6570.6930.7310.710.2410.2680.2950.3200.3460.3720.3980.4260.4520.4790.5060.5360.5650.5980.6280.6640.7

22、200.720.2120.2390.2660.2910.3170.3430.3710.3970.4250.4500.4770.5070.5360.5690.5990.6350.6730.730.1850.2120.2390.2640.2900.3160.3420.3700.3960.4230.4500.4800.5090.5420.5720.6080.6460.740.1570.1840.2110.2360.2620.2880.3150.3420.3680.3950.4250.45200.4810.5140.5460.5800.6180.750.1310.1580.1850.2100.2360

23、.2620.2880.3160.3420.3690.3960.4260.4550.4880.5180.5540.5920.760.1030.1300.1570.1820.2080.2340.2600.2880.3160.3410.3680.3980.4270.4600.4920.5260.5630.770.0780.1050.1320.1570.1830.2090.2350.2630.2890.3160.3430.37300.4020.4350.4650.5010.5390.780.0520.0790.1060.1310.1570.1830.2090.2370.2630.2900.3170.3470.3760.4090.4390.4750.5130.790.0240.0510.0780.1030.1290.