AZC智能集成式电力电容器在农村配电中的应用

日期：2022-10-26 来源：安科瑞电气生产厂家 作者：安科瑞李雨轩

2022

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16:28

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摘要：目前农村配电网无功补偿一般使用传统无功补偿装置，存在运行可靠性低、容量配置调整困难、安装接线复杂、维护困难、控制技术落后等问题，无法满足现代农村用电负荷迅速剧增的需求。针对农村家用电器为单相设备，负荷变动大，三相负荷不平衡，终端电压低的供电现状，提出采用智能集成式电容器混合补偿方式，解决了农村低压配电网因无功功率缺乏导致低电压的问题，保证了村民居住区的电压量。

关键词：农村配电；无功补偿；智能集成式电容器，低压配电

1、概述

随着国家对农村建设的大力支持，农村生活条件不断改善，用电量也不断加大，逐渐暴露出农村低电压的现象；以及大量单相家用电器设备使用，将导致三相负荷不平衡，配电网电压波动大，严重时则会损坏用电设备，因此，农村对电压质量的要求也越来越高。现农村配电网大部分仍使用传统无功补偿装置，在400V低压母线上采用集中补偿方式。传统补偿装置由控制器、交流接触器或复合开关、电容器、保护器件等组成。补偿柜体积大，安装接线繁杂，维护困难，整机可靠性低，同时由一台控制器控制全部补偿电容器的投切。这种补偿模式存在控制器的瓶颈效应隐患问题，不能实现无功平衡和电压稳定。因此，传统无功补偿装置已无法满足现代农村用电负荷的迅速增长的需求，本文提出采用智能集成电容器无功补偿模式，能实现智能控制，解决农村配电网因无功功率不足导致低电压的问题。

2、原理

智能集成式电力电容器主要由电网参数采样、智能网络、智能控制器、过零投切、电力电容器、线路保护等单元组成。智能集成电容器一般分为上、下分体式模块结构，模块组装、拆卸很方便。上方模块由投切开关、智能控制器、线路保护等单元构成；下方模块由一台或两台△形联接或一台Ｙ形联接电力电容器构成。智能集成电容器采用了现代检测、电力电子、过零投切、自动控制、计算机和网络通讯等先进技术，其组成框图如图１所示。

AZCL智能集成式电力电容以共补电容或分补电容为主体，采用微型电子元件技术、微型传感器技术、微型网络技术和电器制造技术，将智能组件、控制器、电容器、塑壳断路器等元件微型化，整机体积小，结构精巧。智能电容控制器通过电流互感器、电压采样计算出无功缺额、功率因数等参数，以工业级MCU为核心，同AD转换、RS-485通讯、LCD显示、数据存储等构成一个系统，集采集、运算、分析、控制、通信、人机交互、数据存储于一体。

图1 智能电容组成框图

智能集成式电容器过零投切开关由大功率磁保持继电器、双向晶闸管、阻容吸收电路和线路保护器件等组成。电路采用电力电子技术和过零投切技术，利用双向晶闸管的快速导通和大功率磁保持继电器接点的零压降实现互补。由单片机控制过零点投切开关实现电力电容器的投切，在双向晶闸管两端电压为零或电流过零时，单片机发出触发脉冲导通或断开双向晶闸管的指令，电力电容器投入或切除。双向晶闸管只在开关投切瞬间导通工作，大功率磁保持继电器则在正常运行时保持通断状态，这样确保电力电容器在投切过程中无冲击电流、电弧、过电压产生，低能耗运行。

智能集成式电容器采用智能网络通讯技术，构建RS485通讯网络，以光电耦合器和独立电源组成RS485通信电路。每台智能集成电容器均有各自独立的控制器，在多台控制器联机工作时，通过通信方式有机结合成一个整体，能自动分配ID地址，自动组网，其中地址码小的一台为主机，其余为从机。主机将接收所有从机的信息，依据无功功率Ｑ、功率因数λ等电力参数，综合分析判断后发出命令，指挥各电力电容器的投切。当主机故障时会自动退出，系统重新自动组网，在其余从机中产生一台新的主机；若从机故障时自动退出不会影响其余从机的正常工作，避免了常规补偿模式因控制器损坏而致使整个补偿系统停止工作的状况，从而保证了补偿装置可靠运行。同时可根据实际无功补偿容量的需要灵活调整电容量，模块投入与撤出不需设置，能自动更新配置。

智能集成式电容器改进了传统补偿装置的不足，具有过零投切、智能网络、分相补偿、温度保护、人机接口、接线容易、增容方便、可靠性高、低功耗等突出优点。

补偿方式灵活，补偿精度高。智能集成电容器组的补偿方式可灵活采用共补、分补、混合补偿优化组合，解决了低压电网负荷的变化，三相负荷不平衡的无功功率补偿的问题。三相严重不平衡的场合，可选用共补、分补的混合补偿方式，同时还可以搭配多种不同规格的电容量进行混合补偿，做到粗补、细补兼顾，补偿效果好。根据需要补偿的电容量大小选用单机或多机补偿，容量小时用单机独立补偿，容量大时用多机并联补偿。

积木结构，接线简单，扩容方便。常规补偿装置每路差不多要用30根连接线，智能集成电容器模块化结构，只要用3根连接线，比常规补偿装置减少80％的连接线，现场安装、接线简单，维护方便，接点能耗小，柜内温升小。增加电容器的数量和容量配置调整方便，适应用户的实时扩容需要。

智能组网功能。智能集成电容器补偿系统为主从结构，当多台智能电力电容器联机工作时，将各台智能电力电容器的RS485通信接口连接起来，系统开始工作后就会自动组网。这种智能补偿模式消除了传统补偿装置控制器的瓶颈现象，提高了补偿装置的可靠性。

温度保护。智能集成电容器内置有温度传感器，当电力电容器体内温度大于温度保护设定值时会自动切除电力电容器，达到保护电容器的目的，解决了电容器因温度过高而出现涨肚的问题。

电能损耗小。智能集成电容器补偿1kvar要比传统补偿装置减小能耗1W多；积木式结构，体积比常规补偿装置减少约50％，连接线也减少了约80％，因此触点、连接导线、元器件等减少了损耗50％以上。

3、应用

某农村居住区1000多户，低压主干线损压降较大，在家庭用电高峰时段电压严重低于-10％，原来通过采用调整变压器的有载调压档位的措施来提高电压，但是在非用电高峰时段电压又严重高于+10％，造成一些家用电器因电压偏高而损坏。查明其原因是家庭用电器如空调、冰箱、风扇、洗衣机等感性负荷导致功率因数低于0.8，农村用户终端配电低压无功补偿严重不足。

该居住区变压器容量为1250KVA，按变压器容量的40%配置无功补偿容量为500kvar。因居民区大都为照明、冰箱、空调、洗衣机等单相设备，选用AZC系列智能集成电容器，采用共补与分补的混合补偿方式，其中三相共补偿容量占60％的总补偿量为300kvar，分相补偿容量占40％的总补偿量为200kvar。三相共补偿智能集成电容器选用6台电容容量50kvar，额定电压450Ｖ，三角形接线；分相补偿智能集成电容器选择7台，6台分补式智能电容器容量30kvar，1台分补式智能电容器容量20kvar，额定电压250Ｖ，Ｙ形接线，每相均可单独控制投切。采用智能集成电容器补偿后功率因数在0.92～0.97之间，电压控制在±10%之内的范围，改善了农村配电网低电压的用电情况。

表1智能电容配置方案