摘要:本文分析了目前社會(huì)普遍使用低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)模式存在的問題，提出了低壓無功補(bǔ)償器智能化的具體結(jié)構(gòu)和基本功能；并對(duì)設(shè)計(jì)方案中若干技術(shù)問題如補(bǔ)償方式的選擇、主接線方案、晶閘管開關(guān)電路、智能型自動(dòng)控制器等加以分析。
　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)變革；智能型；低電壓；無功補(bǔ)償；技術(shù)方案
　　前言:
　　低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的使用能夠降低供配電設(shè)備電能損耗、提高供配電設(shè)備利用率，并在一定程度上改善供配電電能的電壓質(zhì)量，因此歷來受到供電企業(yè)和用電客戶的高度重視，受到非常廣泛的應(yīng)用。
　　1低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)革新
　　1.1目前社會(huì)普遍使用低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)分析
　　傳統(tǒng)低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)如下圖1所示
　　圖中C1～Cn：低壓電力電容器組；
　　KA：交流接觸器，投切低壓電力電容器；
　　FU：熔絲，電流保護(hù)之用；
　　L：電感，電容器投運(yùn)瞬間限流；
　　R：電阻，電容器退運(yùn)放電之用。
　　
　　
　　圖1傳統(tǒng)低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)圖
　　近幾年來，低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的技術(shù)在不斷進(jìn)步中，但這些進(jìn)步主要表現(xiàn)為改進(jìn)、提高或者完善圖1中所示的各種部件的性能、質(zhì)量，而沒有改變裝置的結(jié)構(gòu)形式。
　　傳統(tǒng)低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)倪@種結(jié)構(gòu)模式主要存在如下不足：
　　（1）實(shí)現(xiàn)電容器過溫、三相不平衡、斷相保護(hù)以及故障自診斷等進(jìn)一步智能化困難；
　　（2）控制器是整個(gè)裝置可靠性的瓶頸，一旦故障，則整臺(tái)裝置停止工作；
　　（3）容量的可擴(kuò)性差，產(chǎn)品一旦形成，容量的擴(kuò)展十分困難；
　　（4）設(shè)備的可維性差，故障的現(xiàn)場(chǎng)快速診斷和處理比較困難；
　　（5）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，不易標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，生產(chǎn)的流水化困難，生產(chǎn)成本較高。產(chǎn)品不便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，生產(chǎn)廠家均在用戶附近，不能形成規(guī)模化生產(chǎn)，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。
　　1.2、低壓電力電容器智能化方法
　　低壓電力電容器智能化就是降低壓電力電容器設(shè)計(jì)成一種高度智能化的低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膯误w裝置，可以將其積木式簡(jiǎn)單組裝成各種形式的低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。
　　下圖2所示是低壓電力電容器智能化的一種方法：
　　
　　
　　快速斷路器總電源接入端、總開關(guān)、電流速切總保護(hù)。
　　智能組件智能化載體
　　配電電壓測(cè)量和配電功率因素測(cè)量的電壓取樣，以及過壓、欠壓、失壓保護(hù)取樣。
　　零投切開關(guān)電器組件投、退電容器開關(guān)以及電容器過壓、欠壓、失壓、過流、斷相、三相不平衡、過溫等保護(hù)出口。
　　微型CT電容器電流測(cè)量取樣以及電容器過流、斷相、三相不平衡保護(hù)取樣。
　　微型溫度傳感器電容器溫度測(cè)量與保護(hù)取樣。
　　低壓電力電容器容性負(fù)載，補(bǔ)償配電線路中的感性負(fù)載。
　　液晶顯示屏與按鍵人機(jī)對(duì)話之用。
　　聯(lián)機(jī)接插件相互之間或與外設(shè)之間聯(lián)機(jī)之用，構(gòu)成系統(tǒng)工作。
　　配電CT輸入插件配電電流取樣。
　　
　　
　　
　　圖2智能型低壓無功補(bǔ)償器單體工作原理示意圖
　　智能型低壓無功補(bǔ)償器單體主要由低壓電力電容器、智能組件、開關(guān)器件、保護(hù)組件和人機(jī)聯(lián)系組件等組成，可實(shí)現(xiàn)如下基本功能：
　　控制根據(jù)無功功率缺額分相投切，基于機(jī)械觸點(diǎn)的零投切開關(guān)零電壓導(dǎo)通與零電流斷開，自動(dòng)/手動(dòng)切換；
　　測(cè)量CT相位與變比自動(dòng)校正，配電電壓與電流、無功功率與功率因素測(cè)量，電容器三相電流與表面溫度測(cè)量；
　　信號(hào)投運(yùn)、退運(yùn)、自診斷故障提示；
　　保護(hù)雷擊、過壓、欠壓、涌流保護(hù)，電容器過電流、三相不平衡、斷相和過溫保護(hù)（過溫能反映過電壓、過諧波、電容器泄露嚴(yán)重和環(huán)境溫度過高等情況）；
　　查詢按鍵與數(shù)碼管，或者紅外或者藍(lán)牙抄表器或GPRS采集多種方式任選其一；
　　統(tǒng)計(jì)配電電壓、有功功率、功率因數(shù)等監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)；
　　積木式組合自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)主機(jī)，其余則為從機(jī)，構(gòu)成系統(tǒng)工作，個(gè)別從機(jī)故障自動(dòng)退出，不影響工作，主機(jī)故障自動(dòng)退出后其余從機(jī)中自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)新的主機(jī)，組成一個(gè)新的系統(tǒng)工作，根據(jù)無功功率缺額進(jìn)行投切，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值投切。
　　2若干問題分析
　　2.1△－Y共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線
　　2.1.1三相共補(bǔ)的接線
　　傳統(tǒng)的低壓補(bǔ)償都是采用三相共補(bǔ)的方式，根據(jù)控制器統(tǒng)一取樣，各相投入相同的補(bǔ)償容量。適用于三相負(fù)載基本平衡、各相負(fù)載的cosφ相近的網(wǎng)絡(luò)。
　　三相分補(bǔ)方式就是各相分別取樣，各相分別投入不同的補(bǔ)償容量。適用于各相負(fù)載相差較大，其cosφ值也有較大差別的場(chǎng)合。與三相共補(bǔ)的不同特點(diǎn)是：①單臺(tái)并聯(lián)電容器的額定電壓為230V，Y接；②控制器分相進(jìn)行工作，互不影響。當(dāng)然，其價(jià)格高于三相共補(bǔ)的裝置，一般要貴20％～30％。
　　2.1.2△－Y共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線
　　此方式是三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)全的接線方式。三相共補(bǔ)部分的電容器為△接線，三相分補(bǔ)部分的電容器為Y接線，此方式適用于各種網(wǎng)絡(luò)。這種接線方式的補(bǔ)償裝置，運(yùn)行方式機(jī)動(dòng)靈活。
　　2.2對(duì)三種接線方式的探討
　　（1）從補(bǔ)償效果來看：三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線（△-Y）的效果最好，最靈活；三相分補(bǔ)接線（Y）效果較差；三相共補(bǔ)接線（△）效果最差
　　（2）從經(jīng)濟(jì)角度來看：三相共補(bǔ)接線（△）的價(jià)格最經(jīng)濟(jì)；三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線（△-Y）的價(jià)格較貴；三相分補(bǔ)接線（Y）的價(jià)格最貴。
　　2.3并聯(lián)電容器的投切開關(guān)
　　2.3.1雙向晶閘管開關(guān)電路
　　現(xiàn)代的并聯(lián)電容器的投切開關(guān)是采用雙向晶閘管的無觸點(diǎn)開關(guān)電路取代交流接觸器用于投切電容器的接線如圖3（a）所示。其優(yōu)點(diǎn)是過零觸發(fā)，無拉弧，動(dòng)作時(shí)間短，可大幅度地限制電容器合閘涌流，特別適合于繁投切的場(chǎng)合。但也存在以下缺點(diǎn)：①采用雙向晶閘管制造成本高；②晶閘管開關(guān)電路運(yùn)行時(shí)有較大的壓降；③晶閘管電路的本身也是諧波源，大量的應(yīng)用對(duì)低壓電網(wǎng)的波形不利。因此，除了對(duì)晶閘管開關(guān)電路加以改進(jìn)外，還應(yīng)使之在完成開合閘操作后退出，仍由與之并聯(lián)的接觸器維持電容器的正常運(yùn)行。
　　
　　圖3晶閘管開關(guān)電路的接線方案
　　（a）晶閘管雙向反并聯(lián)（b）晶閘管和二極管反并聯(lián)
　　2.3.2晶閘管和二極管反并聯(lián)的開關(guān)電路
　　一個(gè)晶閘管和一個(gè)二極管反并聯(lián)的接線方案如圖3（b）所示。與圖3（a）的接線方案對(duì)比，由于相同容量的二極管的價(jià)格低于晶閘管，故用一只晶閘管和一只二極管反并聯(lián)的無觸點(diǎn)開關(guān)電路制造成本較低，而技術(shù)性能相近，但反應(yīng)時(shí)間則較漫些，切除電容器時(shí)，從切除指令的輸出到工作任務(wù)的完成，可以在半周波內(nèi)完成，（即時(shí)間t≤10ms）。如采用圖3（b）的方案，由于二級(jí)管的不可控性，通常其切除時(shí)間要在0．5～1Hz之間，即切除時(shí)間t≤20ms。
　　2.3.3等電壓投零電流切的新型無觸點(diǎn)開關(guān)電路
　　等電壓投零電流切的新型無觸點(diǎn)開關(guān)電路，其運(yùn)行操作順序說明如下：當(dāng)投入電容器時(shí)，先由微電腦控制器發(fā)出信號(hào)給開關(guān)電路，使之在等電壓時(shí)投入電容器，微電腦的控制器緊接著又發(fā)信號(hào)給接觸器，使其觸點(diǎn)也閉合，將晶閘管開關(guān)電路短路，由于接觸器閉合后的接觸電阻遠(yuǎn)小于開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)的電阻，達(dá)到了節(jié)能和延長(zhǎng)開關(guān)電路使用壽命的目的。當(dāng)需要切除電容器時(shí)控制器先發(fā)信號(hào)給接觸器，使接觸器觸點(diǎn)斷開，此時(shí)開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，并由開關(guān)電路在電流過零時(shí)，將電容器切除。本方案的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行功耗低、涌流小、諧波影響小，制造成本低，開關(guān)電路和接觸器的使用壽命長(zhǎng)。
　　2.4、智能型自動(dòng)控制器
　　2.4.1檢測(cè)量和控制目標(biāo)
　　檢測(cè)量主要有cosφ、無功功率Q和無功電流Iq三種，80年代中期多選用以cosφ為檢測(cè)量的控制器，執(zhí)行手段是投切電容器，補(bǔ)償?shù)淖罱K目的是減少進(jìn)出電網(wǎng)的無功功率。現(xiàn)代的使用方案是檢測(cè)量為Iq的控制器，利用了相電壓u由正到負(fù)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(fù)過零信號(hào)控制，采用開關(guān)和簡(jiǎn)單的保持電路，以完成對(duì)Iq實(shí)時(shí)檢測(cè)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，不會(huì)發(fā)生震蕩，補(bǔ)償效果與電網(wǎng)電壓的波動(dòng)無關(guān)。
　　2.4.2檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置方案
　　有兩種選擇方案：①控制器輸入電壓和電流信號(hào)的檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償設(shè)備的前端，如圖4中的A點(diǎn)處；②檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償設(shè)備后端如圖4中的B點(diǎn)處。
　　
　　圖4自動(dòng)控制的檢測(cè)點(diǎn)
　　檢測(cè)點(diǎn)A由于不能直接檢測(cè)負(fù)載的無功功率，不易實(shí)現(xiàn)多組電容器的一次快速投切，較慢地達(dá)到應(yīng)補(bǔ)償值，僅適用于負(fù)載運(yùn)行較平穩(wěn)，無大容量沖擊負(fù)載，不需要快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合。如接于檢測(cè)點(diǎn)B，其優(yōu)點(diǎn)是僅根據(jù)負(fù)載Q和Iq測(cè)得值，決定電容器投入組數(shù)，是一種只管投切，不控制補(bǔ)償后實(shí)際效果的控制方式，其優(yōu)點(diǎn)是控制方式簡(jiǎn)單，可一次快速投切多組電容器，缺點(diǎn)是靜態(tài)補(bǔ)償?shù)木�度較差。有關(guān)專家還提出了兼顧兩者優(yōu)點(diǎn)的閉合控制方式，即檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在A處，檢測(cè)補(bǔ)償后的無功功率ΔQ，又通過ΔQ求得負(fù)載的全部無功功率Q，即完全補(bǔ)償時(shí)所需投入的全部電容器的無功功率，這種由變動(dòng)量求總和的設(shè)想，可通過微機(jī)來實(shí)現(xiàn)，又因可一次投入應(yīng)投的全部電容器，獲得快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償特性，是目前公認(rèn)的比較理想方案。
　　2.4.3對(duì)自動(dòng)控制器性能及質(zhì)量的要求
　　為了提高自動(dòng)控制器的技術(shù)性能和可靠性，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL／T597－1996《低壓無功補(bǔ)償器訂貨技術(shù)條件》，對(duì)控制器的基本功能提出以下要求：①應(yīng)具有電容器投入及切除門限設(shè)定值、延時(shí)設(shè)定值、過電壓保護(hù)設(shè)定值的設(shè)置功能；②對(duì)可按設(shè)定程序投切的控制器，應(yīng)具有投切程序設(shè)置功能；③面板功能鍵的操作應(yīng)有容錯(cuò)功能；④面板的設(shè)置應(yīng)具有硬件或軟件閉鎖功能。
　　2.4.4配電綜合測(cè)控儀和無功補(bǔ)償自動(dòng)控制器一體化
　　無功補(bǔ)償自動(dòng)控制器和配電綜合測(cè)控儀的一體化問題是城網(wǎng)改造提出的配電網(wǎng)自動(dòng)化問題。數(shù)據(jù)采集的范圍包括：電壓、電流、功率因數(shù)、有功及無功功率、有功及無功電量、諧波電壓、諧波電流，每日電壓和負(fù)載電流的最大值和最小值，停電時(shí)刻、來電時(shí)刻及累計(jì)停電時(shí)間，每相過電壓、欠電壓及缺相時(shí)間等參數(shù)，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存期為2個(gè)月。且具有RS232／485通訊接口，可采用現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程采集的方式。顯示方面采用液晶顯示器，全中文直觀顯示配電變壓器運(yùn)行的有關(guān)參數(shù)。無功補(bǔ)償智能化控制方面取樣的物理量為負(fù)載的無功功率Q；可對(duì)Δ－Y電容器組的任意組合方式進(jìn)行調(diào)節(jié)；防止無功投切震蕩及補(bǔ)償呆區(qū)；當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生過電壓、欠電壓、缺相、諧波或零序電流超標(biāo)及電容器溫升超標(biāo)時(shí)，快速切除補(bǔ)償電容器。
　　4結(jié)束語(yǔ)
　　堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，以節(jié)能減排為基本國(guó)策，使用最好的節(jié)能減排產(chǎn)品，為國(guó)家又好又快發(fā)展做貢獻(xiàn)；以最小的資源成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行努力；為用電企業(yè)發(fā)展節(jié)省資金，降低生產(chǎn)成本而服務(wù)。