淺談低壓智能電力電容器的功能及運用

 摘要：本文詳細介紹了低壓智能電力電容器的強大功能，并通過(guò)在企業(yè)的實(shí)際應用，證明了它的無(wú)功跟蹤補償與調諧濾波的效果，從而為企業(yè)減少電能損耗和電費開(kāi)支，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：低壓智能，無(wú)功補償，調諧濾波

隨著(zhù)我國智能電氣化電網(wǎng)的迅速發(fā)展，低壓電器智能化也應運而生，“低壓智能電力電容器” 就是其中的一個(gè)能者。它以強大的功能優(yōu)勢贏(yíng)得了市場(chǎng)，取得了用戶(hù)的信任與好評。自低壓智能電力電容器問(wèn)世以來(lái)，逐步取代常規型低壓無(wú)功補償裝置，迅速成為用戶(hù)低壓電網(wǎng)運行的“保護神”。

一、低壓智能電力電容器的功能

低壓智能電力電容器，實(shí)際上是一套微型化低壓智能無(wú)功補償與調諧濾波裝置。它以二臺（△型）或一臺（Y 型）無(wú)油化低壓電力電容器為主體，采用微型電子元件技術(shù)、微型傳感器技術(shù)、微型網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和電器制造技術(shù)，將智能組件、控制器、濾波器，電抗器、電流互感器、熱繼電器、熔斷器及避雷器等元件微型化，安裝在電容器的上方，用一個(gè)約7cm高的蓋子覆蓋著(zhù)。由于整機體積很小，突出顯示的是電容器，所以稱(chēng)它為“低壓智能電力電容器”。

現場(chǎng)安裝時(shí)，在低壓進(jìn)線(xiàn)柜的進(jìn)線(xiàn)端加裝三只小型 CT，將二次線(xiàn)引入電容器，即可實(shí)現如下功能：

（1）智能網(wǎng)絡(luò )控制功能

自動(dòng)檢測及跟蹤系統無(wú)功功率的變化，自動(dòng)投切電容器組。投切方法是：容量相同的電容器，按循環(huán)投切原則進(jìn)行投切；容量不同的電容器，按適補原則進(jìn)行投切；先投先切，先退先投；電容器運行溫度低時(shí)先投，溫度高時(shí)先退。補償工況恒定時(shí)，電容器每15min循環(huán)投切一次，避免單只電容器長(cháng)時(shí)間投運。

（2）快速投切電容器功能

動(dòng)作開(kāi)關(guān)選用無(wú)觸點(diǎn)過(guò)零投切開(kāi)關(guān)，配合的快速控制器，實(shí)現過(guò)零投切，動(dòng)作時(shí)間縮短到1S，動(dòng)態(tài)追蹤補償系統所缺少的無(wú)功功率，力爭使線(xiàn)損降到低水平。

（3）測量功能

可測量系統電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率及功率因數；實(shí)現CT相位與變比自動(dòng)測量和校正；可測量各臺電容器的三相電流和體內溫度。

（4）分相補償功能

分相補償型電容器可對各相上的電容器進(jìn)行分別投切，提高對系統無(wú)功功率的補償精度，使三相無(wú)功功率不平衡的系統得到了良好的補償。

（5）保護功能

電容器有過(guò)電流速切保護，過(guò)電壓、欠電壓保護，過(guò)溫、斷相保護，三相電流不平衡保護。當電容器內部溫度超過(guò)65℃時(shí)，電容器會(huì )整機退出運行，確保系統。

（6）信號功能

電容器能夠顯示投切狀態(tài)，過(guò)補償、欠補償狀態(tài)，過(guò)電壓、欠電壓狀態(tài)，具有保護動(dòng)作類(lèi)型及自診斷故障類(lèi)型等的燈光信號。

（7）通信功能

電容器和控制器之間采用RS485通信連接，便于大量采集數據、上傳數據及與外設監控終端進(jìn)行信息交換，構成系統工作。

（8）顯示功能

在電容器頂蓋的前方，有一個(gè)液晶顯示屏，對電容器投切狀態(tài)、系統電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數及電容器內部溫度等參數都能顯示出來(lái)。

（9）故障自診斷功能

電容器智能控制元件，能對本體各項運行參數進(jìn)行自診斷，一旦出現故障，整機快速響應， 退出運行。

（10）濾波功能

能夠有效消除高次諧波和涌流。對高次諧波形成一個(gè)低阻抗通道，可吸收、泄放高次諧波， 消除高次諧波對電容器的影響，防止電容器過(guò)熱、絕緣介質(zhì)老化及自愈性能下降等不利因素的發(fā)生。對存在大型諧波源的用戶(hù)，還要加裝干式電抗器、溫控風(fēng)扇和人機面板等器件，整機裝在一個(gè)體積為370mm*280mm*280mm的小箱體內。

二、低壓智能電力電容器的實(shí)用技術(shù)

1、用戶(hù)用電情況調查

在使用低壓智能電力電容器之前，首先要對用戶(hù)進(jìn)行用電調查、摸底。山東神力索具有限公司是一家中型企業(yè)，供電電壓為10KV,屬于高供高計用戶(hù)。配電室有2500KVA變壓器兩臺，總容量為5000KVA。主要用電設備是中頻加熱爐（大型諧波源）、鍛造機、沖床、橋式起重機及壓縮機等。配電室的0.4KV母線(xiàn)上裝有無(wú)功補償裝置，補償電容器為普通油浸式，總容量590Kvar。投切方式采用交流接觸器，無(wú)任何調諧濾波措施。因此，經(jīng)常發(fā)生電容器熔絲燒斷、鼓肚、漏油及容量衰減等現象。經(jīng)調查，發(fā)現存在以下問(wèn)題：①電網(wǎng)諧波含量大，造成無(wú)功補償裝置故障，經(jīng)常停運進(jìn)行維修、更換零器件，甚至停運數天。②因功率因數太低，供電部門(mén)每月都要加收“ 功率因數調整電費”，造成電費開(kāi)支大，企業(yè)效益低。③由于功率因數低，變壓器及線(xiàn)路電能損耗大，影響企業(yè)經(jīng)濟效益。

2、現場(chǎng)測量用電系統功率因數

在無(wú)功補償裝置投運的情況下，通過(guò)現場(chǎng)實(shí)際測量，得出該公司用電系統的平均功率因數為0.8745。根據有關(guān)規定，該公司的功率因數應在0.90以上。因達不到規定要求，供電部門(mén)按照《功率因數調整電費辦法》中的規定，每月對該用戶(hù)加收“ 功率因數調整電費”，使該公司月電費比正常用電高出1萬(wàn)多元。

3、現場(chǎng)測量用電系統高次諧波

經(jīng)現場(chǎng)測量，該公司2500KVA主變壓器0.4KV母線(xiàn)諧波數據如下表所示。

諧波測量結果發(fā)現，該系統的5次、7次及11次諧波較大。根據GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規定，該系統的電壓、電流諧波總含量都嚴重超標。這是造成電容器等元器件損壞的主要原因。

4、制定改造方案

由于原無(wú)功補償裝置沒(méi)有濾波功能和快速投切功能，已不適應在中頻加熱爐（大型諧波源） 和鍛造機、沖床等負荷突變的設備上應用，應該淘汰舊的無(wú)功補償裝置，更換為低壓智能電力電容器。根據現場(chǎng)的實(shí)際測量數據，有功負荷為890KW，日負荷曲線(xiàn)比較平穩。在投入原無(wú)功補償裝置后，功率因數為0.85。安裝低壓智能電力電容器后，功率因數計劃達到0.98。計算所需補償無(wú)功功率計算公式為

式中，Q為需補償無(wú)功功率，Kvar；P為有功功率，KW；cosφ1為補償前功率因數；cosφ2為補償后功率因數。

補償容量為：590Kvar（原補償容量）+370Kvar=960Kvar。需選用低壓智能調諧濾波電力電容器，單組容量為為40Kvar，共24組。

5、改造后的經(jīng)濟效益計算

（1）計算無(wú)功功率補償后節約的經(jīng)濟價(jià)值

根據GB/T 12407-2006《三相異步電動(dòng)機經(jīng)濟運行》中的有關(guān)規定，選擇無(wú)功經(jīng)濟當量，并計算采取無(wú)功功率補償后所節約的經(jīng)濟價(jià)值。

△Po=K_Q*Q

式中，△Po為無(wú)功功率補償后節約的有功功率，KW；K_Q為無(wú)功經(jīng)濟當量，Kw/Kvar。

該工廠(chǎng)變壓器屬于三級變壓器，查得K_Q取0.08-0.1，取中間值，得K_Q=0.09。已知Q=960Kvar，補償無(wú)功功率后節約的有功功率為

△Po=K_Q*Q=86.4KW

每天節約電能為2074KWh。該公司的平均電價(jià)為0.7元/KWh，計算一天可增加經(jīng)濟收入1452元，年增加經(jīng)濟收入為529980元。

（2）計算功率因數提高后免收的“功率因數調整電費”

根據電力部門(mén)《功率因數調整電費辦法》的規定，要求功率因數達到0.9以上的用戶(hù)，每低于0.01則需增收應繳電費的0.5%，無(wú)下線(xiàn)。該公司原功率因數為0.85， 低于要求功率因數0.90，應增收應繳電費的2.5%。即每天應繳功率因數調整電費為373.8元，年應繳“功率因數調整電費”為136437元。功率因數提高后，免收了“功率因數調整電費”，每年可為企業(yè)增收136437元。合計節能金額666417元。

該公司采用低壓智能電力電容器進(jìn)行無(wú)功補償和調諧濾波后，每年可增加經(jīng)濟收入66.6萬(wàn)元，三個(gè)月就可收回全部投資。該項工程自2010年4月投運以來(lái)，運行情況良好。電容器沒(méi)有出現斷保險、發(fā)熱及鼓肚等現象，電力部門(mén)沒(méi)有再加收“ 功率因數調整電費”，用戶(hù)非常滿(mǎn)意。

三、安科瑞AZC/AZCL智能電力電容器產(chǎn)品介紹

3.1概述

AZC系列智能電容器是0.4KV、50Hz 低壓配電節能、降低線(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。替代常規由熔絲、 復合開(kāi)關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線(xiàn)連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補償裝置。改變了傳統無(wú)功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，從而使新一代低壓無(wú)功補償設備具有補償效果更好，體積更小，功耗更低，價(jià)格更廉，節約成本更多，使用更加靈活，維護更方便，使用壽命更長(cháng)，可靠性更高的特點(diǎn)，適應了現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的更高要求。

AZC系列智能電容器采用定制段式LCD液晶顯示器，可實(shí)時(shí)顯示三相母線(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度。

在AZC基礎上，AZCL系列智能集成式電力電容補償裝置串接合適電抗率（7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境，14&適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境）的電抗，可有效抵制諧波，避免諧振放大諧波，保護電容柜本身壽命。

3.2應用場(chǎng)合

醫院類(lèi)、商業(yè)、數據、變頻器行業(yè)、光伏行業(yè)、港口/油田類(lèi)、化工/冶煉類(lèi)...

3.3安科瑞AZC/AZCL系列智能電容器的選型

AZC智能電力電容補償裝置

AZCL智能集成式電力電容補償裝置

四、結束語(yǔ)

低壓智能電力電容器，是當前比較理想的微型低壓無(wú)功補償和調諧濾波裝置，它以功能強大、質(zhì)量可靠、運行穩定、節能及消除諧波效果明顯為優(yōu)勢，不斷得到用戶(hù)的信賴(lài)和肯定。同時(shí)，低壓智能電力電容器的應用也是對多年來(lái)一直使用交流接觸器投切補償電容器的一次重大突破。

【參考文獻】

• *普.低壓智能電力電容器實(shí)用技術(shù)[J].電氣應用.建筑電氣，2011年第30卷第2期
• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版
• 安科瑞電能質(zhì)量監測與治理選型手冊.2019.11版