概述

隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)村建設(shè)的大力支持，農(nóng)村生活條件不斷改善，用電量也不斷加大，逐漸暴露出農(nóng)村低電壓的現(xiàn)象；以及大量單相家用電器設(shè)備使用，將導(dǎo)致三相負(fù)荷不平衡，配電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)損壞用電設(shè)備，因此，農(nóng)村對(duì)電壓質(zhì)量的要求也越來越高。現(xiàn)農(nóng)村配電網(wǎng)大部分仍使用傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置，在400V低壓母線上采用集中補(bǔ)償方式。傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置由控制器、交流接觸器或復(fù)合開關(guān)、電容器、保護(hù)器件等組成。補(bǔ)償柜體積大，安裝接線繁雜，維護(hù)困難，整機(jī)可靠性低，同時(shí)由一臺(tái)控制器控制全部補(bǔ)償電容器的投切。這種補(bǔ)償模式存在控制器的瓶頸效應(yīng)隱患問題，不能實(shí)現(xiàn)無功平衡和電壓穩(wěn)定。因此，傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置已無法滿足現(xiàn)代農(nóng)村用電負(fù)荷的迅速增長(zhǎng)的需求，本文提出采用智能集成電容器無功補(bǔ)償模式，能實(shí)現(xiàn)智能控制，解決農(nóng)村配電網(wǎng)因無功功率不足導(dǎo)致低電壓的問題。

AZC智能集成式電力電容器原理

智能集成式電力電容器主要由電網(wǎng)參數(shù)采樣、智能網(wǎng)絡(luò)、智能控制器、過零投切、電力電容器、線路保護(hù)等單元組成。智能集成電容器一般分為上、下分體式模塊結(jié)構(gòu)，模塊組裝、拆卸很方便。上方模塊由投切開關(guān)、智能控制器、線路保護(hù)等單元構(gòu)成；下方模塊由一臺(tái)或兩臺(tái)△形聯(lián)接或一臺(tái)Ｙ形聯(lián)接電力電容器構(gòu)成。智能集成電容器采用了現(xiàn)代檢測(cè)、電力電子、過零投切、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)，其組成框圖如圖１所示。

AZCL智能集成式電力電容以共補(bǔ)電容或分補(bǔ)電容為主體，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、電容器、塑殼斷路器等元件微型化，整機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)精巧。智能電容控制器通過電流互感器、電壓采樣計(jì)算出無功缺額、功率因數(shù)等參數(shù)，以工業(yè)級(jí)MCU為核心，同AD轉(zhuǎn)換、RS-485通訊、LCD顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，集采集、運(yùn)算、分析、控制、通信、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于一體。

圖1 智能電容組成框圖

智能集成式電容器過零投切開關(guān)由大功率磁保持繼電器、雙向晶閘管、阻容吸收電路和線路保護(hù)器件等組成。電路采用電力電子技術(shù)和過零投切技術(shù)，利用雙向晶閘管的快速導(dǎo)通和大功率磁保持繼電器接點(diǎn)的零壓降實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。由單片機(jī)控制過零點(diǎn)投切開關(guān)實(shí)現(xiàn)電力電容器的投切，在雙向晶閘管兩端電壓為零或電流過零時(shí)，單片機(jī)發(fā)出觸發(fā)脈沖導(dǎo)通或斷開雙向晶閘管的指令，電力電容器投入或切除。雙向晶閘管只在開關(guān)投切瞬間導(dǎo)通工作，大功率磁保持繼電器則在正常運(yùn)行時(shí)保持通斷狀態(tài)，這樣確保電力電容器在投切過程中無沖擊電流、電弧、過電壓產(chǎn)生，低能耗運(yùn)行。

智能集成式電容器采用智能網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，構(gòu)建RS485通訊網(wǎng)絡(luò)，以光電耦合器和獨(dú)立電源組成RS485通信電路。每臺(tái)智能集成電容器均有各自獨(dú)立的控制器，在多臺(tái)控制器聯(lián)機(jī)工作時(shí)，通過通信方式有機(jī)結(jié)合成一個(gè)整體，能自動(dòng)分配ID地址，自動(dòng)組網(wǎng)，其中地址碼小的一臺(tái)為主機(jī)，其余為從機(jī)。主機(jī)將接收所有從機(jī)的信息，依據(jù)無功功率Ｑ、功率因數(shù)λ等電力參數(shù)，綜合分析判斷后發(fā)出命令，指揮各電力電容器的投切。當(dāng)主機(jī)故障時(shí)會(huì)自動(dòng)退出，系統(tǒng)重新自動(dòng)組網(wǎng)，在其余從機(jī)中產(chǎn)生一臺(tái)新的主機(jī)；若從機(jī)故障時(shí)自動(dòng)退出不會(huì)影響其余從機(jī)的正常工作，避免了常規(guī)補(bǔ)償模式因控制器損壞而致使整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)停止工作的狀況，從而保證了補(bǔ)償裝置可靠運(yùn)行。同時(shí)可根據(jù)實(shí)際無功補(bǔ)償容量的需要靈活調(diào)整電容量，模塊投入與撤出不需設(shè)置，能自動(dòng)更新配置。

智能集成式電容器改進(jìn)了傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置的不足，具有過零投切、智能網(wǎng)絡(luò)、分相補(bǔ)償、溫度保護(hù)、人機(jī)接口、接線容易、增容方便、可靠性高、低功耗等突出優(yōu)點(diǎn)。

補(bǔ)償方式靈活，補(bǔ)償精度高。智能集成電容器組的補(bǔ)償方式可靈活采用共補(bǔ)、分補(bǔ)、混合補(bǔ)償優(yōu)化組合，解決了低壓電網(wǎng)負(fù)荷的變化，三相負(fù)荷不平衡的無功功率補(bǔ)償?shù)膯栴}。三相嚴(yán)重不平衡的場(chǎng)合，可選用共補(bǔ)、分補(bǔ)的混合補(bǔ)償方式，同時(shí)還可以搭配多種不同規(guī)格的電容量進(jìn)行混合補(bǔ)償，做到粗補(bǔ)、細(xì)補(bǔ)兼顧，補(bǔ)償效果好。根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)碾娙萘看笮∵x用單機(jī)或多機(jī)補(bǔ)償，容量小時(shí)用單機(jī)獨(dú)立補(bǔ)償，容量大時(shí)用多機(jī)并聯(lián)補(bǔ)償。

積木結(jié)構(gòu)，接線簡(jiǎn)單，擴(kuò)容方便。常規(guī)補(bǔ)償裝置每路差不多要用30根連接線，智能集成電容器模塊化結(jié)構(gòu)，只要用3根連接線，比常規(guī)補(bǔ)償裝置減少80％的連接線，現(xiàn)場(chǎng)安裝、接線簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，接點(diǎn)能耗小，柜內(nèi)溫升小。增加電容器的數(shù)量和容量配置調(diào)整方便，適應(yīng)用戶的實(shí)時(shí)擴(kuò)容需要。

智能組網(wǎng)功能。智能集成電容器補(bǔ)償系統(tǒng)為主從結(jié)構(gòu)，當(dāng)多臺(tái)智能電力電容器聯(lián)機(jī)工作時(shí)，將各臺(tái)智能電力電容器的RS485通信接口連接起來，系統(tǒng)開始工作后就會(huì)自動(dòng)組網(wǎng)。這種智能補(bǔ)償模式消除了傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置控制器的瓶頸現(xiàn)象，提高了補(bǔ)償裝置的可靠性。

溫度保護(hù)。智能集成電容器內(nèi)置有溫度傳感器，當(dāng)電力電容器體內(nèi)溫度大于溫度保護(hù)設(shè)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)切除電力電容器，達(dá)到保護(hù)電容器的目的，解決了電容器因溫度過高而出現(xiàn)漲肚的問題。

電能損耗小。智能集成電容器補(bǔ)償1kvar要比傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置減小能耗1W多；積木式結(jié)構(gòu)，體積比常規(guī)補(bǔ)償裝置減少約50％，連接線也減少了約80％，因此觸點(diǎn)、連接導(dǎo)線、元器件等減少了損耗50％以上。

AZC智能集成式電力電容器應(yīng)用

某農(nóng)村居住區(qū)1000多戶，低壓主干線損壓降較大，在家庭用電高峰時(shí)段電壓嚴(yán)重低于-10％，原來通過采用調(diào)整變壓器的有載調(diào)壓檔位的措施來提高電壓，但是在非用電高峰時(shí)段電壓又嚴(yán)重高于+10％，造成一些家用電器因電壓偏高而損壞。查明其原因是家庭用電器如空調(diào)、冰箱、風(fēng)扇、洗衣機(jī)等感性負(fù)荷導(dǎo)致功率因數(shù)低于0.8，農(nóng)村用戶終端配電低壓無功補(bǔ)償嚴(yán)重不足。

該居住區(qū)變壓器容量為1250KVA，按變壓器容量的40%配置無功補(bǔ)償容量為500kvar。因居民區(qū)大都為照明、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等單相設(shè)備，選用AZC系列智能集成電容器，采用共補(bǔ)與分補(bǔ)的混合補(bǔ)償方式，其中三相共補(bǔ)償容量占60％的總補(bǔ)償量為300kvar，分相補(bǔ)償容量占40％的總補(bǔ)償量為200kvar。三相共補(bǔ)償智能集成電容器選用6臺(tái)電容容量50kvar，額定電壓450Ｖ，三角形接線；分相補(bǔ)償智能集成電容器選擇7臺(tái)，6臺(tái)分補(bǔ)式智能電容器容量30kvar，1臺(tái)分補(bǔ)式智能電容器容量20kvar，額定電壓250Ｖ，Ｙ形接線，每相均可單獨(dú)控制投切。采用智能集成電容器補(bǔ)償后功率因數(shù)在0.92～0.97之間，電壓控制在±10%之內(nèi)的范圍，改善了農(nóng)村配電網(wǎng)低電壓的用電情況。

表1智能電容配置方案

AZCL智能集成式電力電容器

外觀尺寸

AZC智能集成式電力電容器技術(shù)參數(shù)

AZC智能集成式電力電容器接線方式

結(jié)語

AZC智能集成式電力電容器可滿足農(nóng)網(wǎng)配電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)男枨?，提高電能質(zhì)量，降低電網(wǎng)損耗和用電成本，能保障電力系統(tǒng)的安全用電、連續(xù)供電和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。AZC智能集成式電力電容器在運(yùn)行中安全可靠，保護(hù)功能齊全，通過RS485與后臺(tái)配合使用，能夠更加方便快捷地檢測(cè)電網(wǎng)系統(tǒng)，減少人力資源的投入。

審核編輯：湯梓紅