運用智能集成電力電容器的配電網(wǎng)節能效果分析

摘要：設計一種新型節能型智能集成電力電容器，該電容器采用節能過(guò)零投切開(kāi)關(guān)和智能網(wǎng)絡(luò )控制結構，實(shí)現了節能化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化、集成化、提高可靠性的功能。通過(guò)在配電網(wǎng)中的應用，達到了降低電網(wǎng)損耗、節能節材、小型化、降低維護成本的效果。

關(guān)鍵詞：集成；電容；過(guò)零投切

引言

解決好配電網(wǎng)的無(wú)功補償問(wèn)題，對網(wǎng)絡(luò )降損節能較為重要。適當提高用戶(hù)的功率因數，不但可以充分地發(fā)揮供電設備的生產(chǎn)能力、減少線(xiàn)路損失、減輕電網(wǎng)補償的壓力、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶(hù)用電設備的工作效率，有效地降低電能損失，減少用戶(hù)電費。其社會(huì )效益及經(jīng)濟效益均非常顯著(zhù)。因此，開(kāi)發(fā)和推廣節能型的智能電力電容器對我國電力節能具有顯著(zhù)的作用。

1 智能集成電力電容器的結構設計

節能型智能集成電力電容器，是在智能電器總體發(fā)展框架上開(kāi)發(fā)出來(lái)的全新一代低壓無(wú)功補償裝置。它由智能測控模塊、晶閘管復合開(kāi)關(guān)模塊、線(xiàn)路保護模塊及電力電容器等組成。智能集成電力電容器原理結構如圖1所示?？商娲瓉?lái)由智能控制器、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)連接而組成的成套自動(dòng)無(wú)功補償裝置。改變了傳統無(wú)功補償裝置的機械式接觸器或機電一體化開(kāi)關(guān)作為投切電容器的投切方式，改變了傳統無(wú)功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，從而使新型低壓無(wú)功補償設備具有補償效果好、功耗低、體積小、節約成本多、使用靈活、維護方便、使用壽命長(cháng)、可靠性高的特點(diǎn)，適應現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的高要求。

2 節能型智能集成電力電容器的設計要點(diǎn)

2.1智能全自動(dòng)組合的控制模式 ,實(shí)現過(guò)零投切

智能集成電力電容的設計要點(diǎn)就在于采用了電子實(shí)時(shí)檢測信號反饋、無(wú)觸點(diǎn)光電觸發(fā)技術(shù)、晶閘管及磁保持繼電器復合開(kāi)關(guān)技術(shù)，實(shí)現了等電壓投切，實(shí)現“過(guò)零投切”(投切涌流幾乎為零)，免除了諧波注入。其智能全自動(dòng)組合的控制模式，以無(wú)功功率、功率因數、無(wú)功電壓等多種參數作為控制參數，實(shí)現了較佳的補償組合。由于每臺電容器都帶有智能網(wǎng)絡(luò )模塊，可以形成主、從自動(dòng)組合模式進(jìn)行投切，相當于每臺電容器都能充當控制器，實(shí)現了高可靠性。混合補償是補償效果較佳化的模式，智能集成電力電容器能夠簡(jiǎn)單和高可靠性地實(shí)現分相補償、混合補償等復雜的較佳效果的補償要求。由于智能集成化電力電容器具有目前國內較好的“過(guò)零投切”功能，確保電容投切過(guò)程中無(wú)涌流沖擊、無(wú)操作過(guò)電壓、無(wú)電弧重燃，提高控制的快速性，同時(shí)延長(cháng)電容器的使用壽命。原傳統的無(wú)功補償裝置使用交流接觸器進(jìn)行投切，交流接觸器在分斷電容器時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很高操作過(guò)電壓，是導致電容器損壞的重要因素。采用過(guò)零投切技術(shù)后，電容器的使用壽命延長(cháng)了2～3倍以上。由此帶來(lái)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益無(wú)法估量。通過(guò)圖2和圖3可以明顯地比較出過(guò)零投切與非過(guò)零投切對電容器壽命的影響。

2.2智能網(wǎng)絡(luò )采用分散控制模式，壽命周期成本成倍降低

智能集成電力電容器取消總控制器，采用分散控制模式，每組智能集成電力電容器都有控制單元。使多組電容器的自動(dòng)投切擺脫了全部依靠一個(gè)控制器的情況，杜絕因控制器故障導致整個(gè)系統。另外，多臺智能集成電力電容器聯(lián)網(wǎng)使用時(shí)，會(huì )自動(dòng)生成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，其中地址碼的一個(gè)為主機，其余為從機，構成低壓無(wú)功自動(dòng)控制系統。如果個(gè)別從機出現故障，自動(dòng)退出，不影響其余工作；如果主機故障，也要退出，在其余從機中產(chǎn)生一個(gè)新的主機，組成一個(gè)新的系統。容量相同的電容器按循環(huán)投切原則，容量不同的電容器按適補原則投切。并且具有485通訊接口，可以接入后臺計算機，進(jìn)行配電綜合管理。總之，該產(chǎn)品采用智能網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，大大提高了運行可靠性及電容的足量投入，延長(cháng)了補償裝置的壽命。采用相同容量的無(wú)功補償裝置，盡管智能集成電力電容器的價(jià)格比相同容量的傳統電容相近或要高些，但與整體的無(wú)功補償裝置相比及整個(gè)壽命周期相比，智能集成電容器的成本成倍降低。

2.3模塊化設計，擴容方便，維護簡(jiǎn)單

智能集成電力電容器實(shí)現了標準化、模塊化，取代了傳統的控制器、空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、熱繼電器、電容器，將其合為一個(gè)整體，組屏安裝的時(shí)候采用積木堆積方式。多臺電容器組屏安裝，生產(chǎn)工時(shí)比傳統模式減少60%以上，同時(shí)減少80%連接線(xiàn)，減少80%的節點(diǎn)，柜內簡(jiǎn)潔，使用現場(chǎng)快速組裝。產(chǎn)品體積小，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，隨著(zhù)用電用戶(hù)電力負荷的增加，可以隨時(shí)增加電容器的數量，改變了常規模式因接線(xiàn)復雜，一成不變的局限性，適應企業(yè)發(fā)展的需要，可以分期投資。產(chǎn)品本身高智能化，使用傻瓜化，安裝非常簡(jiǎn)單，較易維護。若發(fā)現產(chǎn)品面板上故障指示燈亮，只要拆下電容器，換上新的，如同更換電池一樣方便。不需要專(zhuān)業(yè)電工可及時(shí)維修，補償效果大大提高，維護成本只有其他補償裝置的10%左右。據統計補償裝置維護的人工成本為5元/ kvar，若更換成智成集成電力容器，全國每年可節約1615億元。

3 智能集成電力電容器的節能效果分析

常規補償裝置接通補償電路需要交流接觸器，交流接觸器觸點(diǎn)需要電磁線(xiàn)圈保持，每只交流接觸器(按 CJ19繼電器吸持容量計算) 需消耗15W，一般每一路可接通13kvar，相當于近1kvar電容補償在開(kāi)關(guān)上就要消耗1W多的電能。而智能集成電力電容器采用了磁保持繼電器，磁保持繼電器內，銜鐵由永磁體吸持，電路接通后，不再消耗電能。因此，采用智能集成電力電容器后，電容接通后每kvar就比傳統無(wú)功補償裝置減少損耗1W多。另外智能集成電力電容器體積比其他自動(dòng)補償裝置縮小50%左右，因此減少了大量的導線(xiàn)、接點(diǎn)、器件等電能損耗，可降低此類(lèi)損耗50%左右。

目前我國在用的配電變壓器近500萬(wàn)臺(數據來(lái)自中國國家電力監管委員會(huì ))，平均容量為200kVA，總容量近10億kVA，無(wú)功補償按配電變壓器平均的1/3計算，現有配電變壓器需無(wú)功補償容量，3.3億 kvar。如果將現有傳統配電變壓器無(wú)功補償裝置換成智能集成電力電容器，按1kvar省1W算(還不計減少導線(xiàn)、接點(diǎn)的電損)，則一年可節電28.91億kWh，超過(guò)秦山核電站設計年發(fā)電量17億kWh；可減少煤耗109.86 萬(wàn)t，減少氣體CO2排放量285.64萬(wàn)t ，相當于增加凈化空氣的森林面積7616.94km2；可減少氣體SO2排放量517萬(wàn)t，氣體NO2排放量3.36萬(wàn)t ，大量節約煤炭資源，減少環(huán)境污染。近來(lái)全國電力負荷年增長(cháng)10%以上，配電變壓器年增長(cháng)容量為1億kVA，相當于每年新增約37萬(wàn)臺315kVA變壓器。則低壓電力電容器每年新增3333萬(wàn)kvar，可節電近3億kWh。

4 安科瑞智能電力電容器產(chǎn)品介紹

AZC／AZCL系列智能電容器通過(guò)內部晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找較佳投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現無(wú)弧通斷；保證過(guò)零投切，無(wú)涌流、觸點(diǎn)不燒結、微能耗、無(wú)諧波；同時(shí)具有抗干擾、防雷擊和電源缺相、空載跳閘的保護功能，特別適用于無(wú)功補償時(shí)切換電容器，不需加裝散熱器。

該系列智能電容器采用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、電容器溫度等電參量。

（1）AZC系列智能電容器采用晶閘管復合開(kāi)關(guān)投切，較佳投切點(diǎn)，實(shí)現無(wú)弧通斷；完善的保護功能，集成在一個(gè)模塊內，安裝方便。

AZC系列智能電容器選型：

（2）AZCL是在A(yíng)ZC基礎上，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，可有效解決諧波，避免諧振放大諧波，保護電容柜本身壽命。

AZCL系列智能電容器選型：

5 結語(yǔ)

智能集成電力電容器實(shí)現過(guò)零投切，采用全自動(dòng)組合控制模式，提高了可靠性，達到每kvar比傳統補償裝置節省1W的節能效果，且具有小型化、性能*、成本低等優(yōu)勢，是無(wú)功補償的理想設備。 

【參考文獻】

• 王和忠.節能型智能集成電力電容器在配電網(wǎng)的應用[J].節能，2008年第9期
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• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版
• 安科瑞電能質(zhì)量監測與治理選型手冊.2019.11版