专题研讨
上海电力
2008年第2期
低压电力电容器的智能化与低压
无功补偿设备的变革
宋玉锋,沈卫峰,施博一
(现代电力电容器有限公司南通现代电力科技有限公司,江苏 南通 226005)
摘 要:低压(0.4kV)无功补偿是低压电网节能降损的重要措施,其应用面广量大。文章分析了现有低压无功补偿设备的存在问题,提出了采用低压电力电容器智能化的解决方案,介绍了低压电力电容器智能化技术和基于智能式低压电力电容器的低压无功补偿设备,并对低压无功补偿设备采用智能式低压电力电容器后与现有低压无功补偿设备进行了对比分析。关键词:低压电力电容器;智能化;低压无功补偿中图分类号:TM537 文献标识码:B
1 引言
低压无功补偿设备已有数十年的发展历史。由于科学技术的迅速发展,低压无功补偿技术及其设备近年来有了很大的进步,例如控制器的高度智能化、开关电器的电子化和低压电力电容器的小型化等,但是低压无功补偿设备所采用的结构模式没有发生变化,这种结构模式形成的产品体积大,消耗资源多,本身电损高,内部复杂,可维性差,容量没有可调性,装置的进一步智能化困难,很难实现装置较完全的自诊断功能和电容器的三相不平衡、过温度等保护。这些不足,影响了低压无功补偿的社会经济效益。
利用微电子软硬件技术、微型传感技术、微型网络技术、微型数显技术以及电器制造技术等方面的最新成就,将低压电力电容器向低压电力无功自动补偿方向智能化,形成低压无功自动补偿的单元装置,然后以这种低压无功自动补偿的单元装置积木式组成低压无功自动补偿设备,将打破现有低压无功自动补偿设备的结构模式,克服现有设备的缺点,这将是低压无功自动补偿技术的进步。
图1 现有低压无功补偿设备的结构
触器,在投切低压电力电容器稳态时工作;AV为电子开关,投切低压电力电容器瞬间工作;FU为熔丝;L为电感,电子开关di/dt保护;R为电阻,电子开关du/dt保护;C为电容,电子开关du/dt保护;F为避雷器,起到雷击保护的作用。
这种结构模式应用中主要存在如下问题:(1)不能实现电容器的过温、三相不平衡、断相和漏电流等保护,电容器的过温度反映过电压、过谐波、环境过温和本身漏电严重等情况,是一种重要保护要求。
(2)低压无功补偿控制器是整个设备可靠性的瓶颈,一旦故障,则整台设备停止工作;
(3)容量的可调整性差,产品一旦形成,容量的调整十分困难,在配置容量与实际需要有较大偏差时、在日后无功缺额有较大变化时,均有必要对其容量进行调整;
(4)电容器的三相工作电流、温度没有检测,除了不能实现第(1)项所提保护外,也不能实现交
2 低压无功补偿设备存在的问题
现有低压无功补偿设备(具有/零投切0功能)的一般结构如图1所示。
图1中QS为电源总开关;C1~Cn为低压电力电容器组,是低压无功补偿主体;KA
为交流接)
2008年第2期
上海电力
专题研讨
流接触器、电子开关、电容器等元部件故障自诊断功能,对维护人员技术水准要求高,现场故障确诊困难,不利于故障现场快速处理;
(5)箱内元部件众多,不能采用接插件安装方式,而采用散装直接接线方式,运行过程中,一旦故障后故障元部件的调换困难,也不利于故障现场快速处理;
(6)产品结构复杂、体积庞大,不易标准化、规范化,产品质量分散性大、不易保证,同时消耗铜、银、工程塑料等资源多,本身电损(导线电损、接点电损和器件电损)大。
参数的测量与显示。
(3)投运、退运、故障自诊断提示。
(4)过压、欠压、电流速断保护,以及电子开关的du/dt、di/dt过值保护等。(5)配电电压、有功功率、功率因数等的监测统计。
由于电容器各相回路中安装了电流检测传感器和电容器体内温度传感器,还可以实现:(1)检测电容器各相工作电流,据此判断电容器断相、三相不平衡、过电流以及严重泄漏情况,进而实现电容器的断相、三相不平衡、过电流及严重泄漏的保护、告警,以及时采取措施。(2)检测电容器工作时体内温度,实现电容器过温度保护,在过电压、过谐波和环境过温情况退出运行,延长电容器的和设备的使用寿命。(3)根据电容器的各相工作电流和配电电压、配电电流的数值及其变化,实现比较完全的故障自诊断功能,可以判断接触器、电子开关、电容器、空气开关和控制器等部件故障及其故障类型,有利于现场故障查找和处理。(4)多台工作,经通信接口联机,自动产生一个主机,其余则为从机,构成系统工作,个别从机故障自动退出,不影响其余工作,主机故障自动退出后在其余从机中自动产生一个新的主机,组成一个新的系统工作,根据无功功率缺额进行投切,容量相同的电容器按循环投切原则,容量不同的电容器按值投切。
3 低压电容器的智能化技术
低压电力电容器的智能化就是将低压电力电容器设计成一种高度智能化的低压无功自动补偿的单元装置,然后可以将其积木式组装成满足各种要求的低压无功补偿设备。智能化低压电力电容器工作原理,如图2
所示。
4 智能式低压电容器的低压无功补偿器
智能式低压电力电容器可以直接使用进行低压无功自动补偿,安装于用电设备旁,实现无功就地自动补偿,或者安装于现有配电柜、配电箱内部和计量柜底部,对一些配变容量小的用户及新村
图2 智能式低压电容器工作原理示意图
配电等进行无功自动补偿,功能强、安装使用方便、投资省。智能式低压电力电容器单台使用时接线如图3
所示。
在需要无功补偿容量较大的场合,应用多台智能式低压电力电容器,智能式低压电力电容器多台使用时应按如图4所示的方式连接。
在需要监测、统计配电
大量参数和需要组成系统的图3 单台接线原理场合,可以将配变综合测控装置与其结合使用,如图5所示。
)
智能式低压电力电容器主要由低压电力电容器、智能组件、开关器件、保护组件和人机联系组件等组成。开关器件可采用基于机械触点的电力电子复合开关或基于机械触点的微电子复合开关形式。图2中各种元部件的功能和作用见图中对应文字说明。这种智能式低压电力电容器可以实现如下功能:
(1)根据无功功率缺额三相或分相补偿,实现零电压导通与零电流断开的/零投切0电容器功能。
(2)配电电压、电流、无功功率、功率因数等
专题研讨
上海电力
2008年第2期
表1 基于智能式低压电力电容器的低压无功补偿设备与现有低压无功补偿设备的比较
内
容结构模式
现有设备
变革设备
注意事项
由一台控制器和若干低压电力电容由若干台智能式低压电力电容器或再智能式低压电力电容器可以不外加器、交流接触器、电抗器及保护器件加一台控制器在箱、屏内积木式组装而箱、屏体,直接单台使用或多台简单等在箱、屏内组装而成。
成。并联后使用。常规功能
常规功能之外,还具有零投切、电容器零投切减少投切对电网的冲击,提高
体内过温保护、电容器各相电流保护,控制的快速性,同时延长电容器的使以及故障自诊断、联机等功能。用寿命。
功 能
配置与可调性
产品为积木式组件设备,可按当前需要
产品为整体性设备,以远景需要配和经济能力配置,日后可按情扩展,实置,一次性投资。产品一旦形成后,现分期投资。在使用现场可以方便地进行容量配置调整,实现无功补偿优
化。体积、重量均大。
体积、重量均小。
同样设备箱、屏内,一般可多装无功
补偿容量2倍以上。
体积与重量
生产与运输
一般可节省连接导线80%左右,减
产品结构复杂、体积大,不易生产、运产品结构简洁,体积小,便于生产、运少接点50%左右,生产工时减少输。输。50%左右。可以分体运输,在使用现
场快速组装。功耗大
功耗小
一般可降低线损、接点损、器件损50%左右,设备箱、屏内温度由此减小。
实现普通低压无功自动补偿功能的可不要控制器,需要配电综合监测与无功补偿功能的,则要配备有配电综合监测功能的控制器。
功 耗
可靠性
控制器可要可不要,智能式低压电力电
控制器是整机可靠性的甁劲,一旦故容器可自成系统工作,实现低压无功自障则整机失效。整体元部件种类、数动补偿功能,个别智能式低压电力电容量多,可靠性不易控制。器故障后自动退出,并不影响其余工
作。整体技术难度大,现场故障诊断与处故障自诊断功能强,结构简洁,装卸方理比较困难,所需时间长。便,现场故障诊断与处理容易。装置价格与电容器数量不成比例,数装置价格与智能式低压电力电容器数量少价格相对高,反之价格相对低。量成正比。
一般用于集中式无功自动补偿,不便集中、分散两宜,各种场合均可使用,应于分散无功自动补偿,应用面窄。用面广。困难
容易
可维性经济性补偿模式与
应用面标准化
图4 智能式低压电力电容器多台使用接线原理
图5 智能式低压电力电容器与配变综合测控装置
5 低压无功补偿设备的比较
基于智能式低压电力电容器的低压无功补偿设备与现有低压无功补偿设备的比较如表1。
配合使用接线原理
设备相比,它的体积缩小50%左右;接线减少80%左右;资源(铜材、银材、工程塑料)节省50%左右;电损(导线电损、接点电损、器件电损)降低50%左右。在不少地方使用,取得了良好效果。
收稿日期:2008-03-19
作者简介:宋玉锋(1974-),男,江苏南通人,工程师,从事电能质量调节与无功补偿工作。
(责任编辑:吕 斌)
6 结语
智能式低压电力电容器是低压无功补偿技术及相关技术迅速发展的成果,这一成果使低压无功补偿设备产生重大变化,与常规无功自动补偿)
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低压电力电容器的智能化与低压
无功补偿设备的变革
宋玉锋,沈卫峰,施博一
(现代电力电容器有限公司南通现代电力科技有限公司,江苏 南通 226005)
摘 要:低压(0.4kV)无功补偿是低压电网节能降损的重要措施,其应用面广量大。文章分析了现有低压无功补偿设备的存在问题,提出了采用低压电力电容器智能化的解决方案,介绍了低压电力电容器智能化技术和基于智能式低压电力电容器的低压无功补偿设备,并对低压无功补偿设备采用智能式低压电力电容器后与现有低压无功补偿设备进行了对比分析。关键词:低压电力电容器;智能化;低压无功补偿中图分类号:TM537 文献标识码:B
1 引言
低压无功补偿设备已有数十年的发展历史。由于科学技术的迅速发展,低压无功补偿技术及其设备近年来有了很大的进步,例如控制器的高度智能化、开关电器的电子化和低压电力电容器的小型化等,但是低压无功补偿设备所采用的结构模式没有发生变化,这种结构模式形成的产品体积大,消耗资源多,本身电损高,内部复杂,可维性差,容量没有可调性,装置的进一步智能化困难,很难实现装置较完全的自诊断功能和电容器的三相不平衡、过温度等保护。这些不足,影响了低压无功补偿的社会经济效益。
利用微电子软硬件技术、微型传感技术、微型网络技术、微型数显技术以及电器制造技术等方面的最新成就,将低压电力电容器向低压电力无功自动补偿方向智能化,形成低压无功自动补偿的单元装置,然后以这种低压无功自动补偿的单元装置积木式组成低压无功自动补偿设备,将打破现有低压无功自动补偿设备的结构模式,克服现有设备的缺点,这将是低压无功自动补偿技术的进步。
图1 现有低压无功补偿设备的结构
触器,在投切低压电力电容器稳态时工作;AV为电子开关,投切低压电力电容器瞬间工作;FU为熔丝;L为电感,电子开关di/dt保护;R为电阻,电子开关du/dt保护;C为电容,电子开关du/dt保护;F为避雷器,起到雷击保护的作用。
这种结构模式应用中主要存在如下问题:(1)不能实现电容器的过温、三相不平衡、断相和漏电流等保护,电容器的过温度反映过电压、过谐波、环境过温和本身漏电严重等情况,是一种重要保护要求。
(2)低压无功补偿控制器是整个设备可靠性的瓶颈,一旦故障,则整台设备停止工作;
(3)容量的可调整性差,产品一旦形成,容量的调整十分困难,在配置容量与实际需要有较大偏差时、在日后无功缺额有较大变化时,均有必要对其容量进行调整;
(4)电容器的三相工作电流、温度没有检测,除了不能实现第(1)项所提保护外,也不能实现交
2 低压无功补偿设备存在的问题
现有低压无功补偿设备(具有/零投切0功能)的一般结构如图1所示。
图1中QS为电源总开关;C1~Cn为低压电力电容器组,是低压无功补偿主体;KA
为交流接)
2008年第2期
上海电力
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流接触器、电子开关、电容器等元部件故障自诊断功能,对维护人员技术水准要求高,现场故障确诊困难,不利于故障现场快速处理;
(5)箱内元部件众多,不能采用接插件安装方式,而采用散装直接接线方式,运行过程中,一旦故障后故障元部件的调换困难,也不利于故障现场快速处理;
(6)产品结构复杂、体积庞大,不易标准化、规范化,产品质量分散性大、不易保证,同时消耗铜、银、工程塑料等资源多,本身电损(导线电损、接点电损和器件电损)大。
参数的测量与显示。
(3)投运、退运、故障自诊断提示。
(4)过压、欠压、电流速断保护,以及电子开关的du/dt、di/dt过值保护等。(5)配电电压、有功功率、功率因数等的监测统计。
由于电容器各相回路中安装了电流检测传感器和电容器体内温度传感器,还可以实现:(1)检测电容器各相工作电流,据此判断电容器断相、三相不平衡、过电流以及严重泄漏情况,进而实现电容器的断相、三相不平衡、过电流及严重泄漏的保护、告警,以及时采取措施。(2)检测电容器工作时体内温度,实现电容器过温度保护,在过电压、过谐波和环境过温情况退出运行,延长电容器的和设备的使用寿命。(3)根据电容器的各相工作电流和配电电压、配电电流的数值及其变化,实现比较完全的故障自诊断功能,可以判断接触器、电子开关、电容器、空气开关和控制器等部件故障及其故障类型,有利于现场故障查找和处理。(4)多台工作,经通信接口联机,自动产生一个主机,其余则为从机,构成系统工作,个别从机故障自动退出,不影响其余工作,主机故障自动退出后在其余从机中自动产生一个新的主机,组成一个新的系统工作,根据无功功率缺额进行投切,容量相同的电容器按循环投切原则,容量不同的电容器按值投切。
3 低压电容器的智能化技术
低压电力电容器的智能化就是将低压电力电容器设计成一种高度智能化的低压无功自动补偿的单元装置,然后可以将其积木式组装成满足各种要求的低压无功补偿设备。智能化低压电力电容器工作原理,如图2
所示。
4 智能式低压电容器的低压无功补偿器
智能式低压电力电容器可以直接使用进行低压无功自动补偿,安装于用电设备旁,实现无功就地自动补偿,或者安装于现有配电柜、配电箱内部和计量柜底部,对一些配变容量小的用户及新村
图2 智能式低压电容器工作原理示意图
配电等进行无功自动补偿,功能强、安装使用方便、投资省。智能式低压电力电容器单台使用时接线如图3
所示。
在需要无功补偿容量较大的场合,应用多台智能式低压电力电容器,智能式低压电力电容器多台使用时应按如图4所示的方式连接。
在需要监测、统计配电
大量参数和需要组成系统的图3 单台接线原理场合,可以将配变综合测控装置与其结合使用,如图5所示。
)
智能式低压电力电容器主要由低压电力电容器、智能组件、开关器件、保护组件和人机联系组件等组成。开关器件可采用基于机械触点的电力电子复合开关或基于机械触点的微电子复合开关形式。图2中各种元部件的功能和作用见图中对应文字说明。这种智能式低压电力电容器可以实现如下功能:
(1)根据无功功率缺额三相或分相补偿,实现零电压导通与零电流断开的/零投切0电容器功能。
(2)配电电压、电流、无功功率、功率因数等
专题研讨
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表1 基于智能式低压电力电容器的低压无功补偿设备与现有低压无功补偿设备的比较
内
容结构模式
现有设备
变革设备
注意事项
由一台控制器和若干低压电力电容由若干台智能式低压电力电容器或再智能式低压电力电容器可以不外加器、交流接触器、电抗器及保护器件加一台控制器在箱、屏内积木式组装而箱、屏体,直接单台使用或多台简单等在箱、屏内组装而成。
成。并联后使用。常规功能
常规功能之外,还具有零投切、电容器零投切减少投切对电网的冲击,提高
体内过温保护、电容器各相电流保护,控制的快速性,同时延长电容器的使以及故障自诊断、联机等功能。用寿命。
功 能
配置与可调性
产品为积木式组件设备,可按当前需要
产品为整体性设备,以远景需要配和经济能力配置,日后可按情扩展,实置,一次性投资。产品一旦形成后,现分期投资。在使用现场可以方便地进行容量配置调整,实现无功补偿优
化。体积、重量均大。
体积、重量均小。
同样设备箱、屏内,一般可多装无功
补偿容量2倍以上。
体积与重量
生产与运输
一般可节省连接导线80%左右,减
产品结构复杂、体积大,不易生产、运产品结构简洁,体积小,便于生产、运少接点50%左右,生产工时减少输。输。50%左右。可以分体运输,在使用现
场快速组装。功耗大
功耗小
一般可降低线损、接点损、器件损50%左右,设备箱、屏内温度由此减小。
实现普通低压无功自动补偿功能的可不要控制器,需要配电综合监测与无功补偿功能的,则要配备有配电综合监测功能的控制器。
功 耗
可靠性
控制器可要可不要,智能式低压电力电
控制器是整机可靠性的甁劲,一旦故容器可自成系统工作,实现低压无功自障则整机失效。整体元部件种类、数动补偿功能,个别智能式低压电力电容量多,可靠性不易控制。器故障后自动退出,并不影响其余工
作。整体技术难度大,现场故障诊断与处故障自诊断功能强,结构简洁,装卸方理比较困难,所需时间长。便,现场故障诊断与处理容易。装置价格与电容器数量不成比例,数装置价格与智能式低压电力电容器数量少价格相对高,反之价格相对低。量成正比。
一般用于集中式无功自动补偿,不便集中、分散两宜,各种场合均可使用,应于分散无功自动补偿,应用面窄。用面广。困难
容易
可维性经济性补偿模式与
应用面标准化
图4 智能式低压电力电容器多台使用接线原理
图5 智能式低压电力电容器与配变综合测控装置
5 低压无功补偿设备的比较
基于智能式低压电力电容器的低压无功补偿设备与现有低压无功补偿设备的比较如表1。
配合使用接线原理
设备相比,它的体积缩小50%左右;接线减少80%左右;资源(铜材、银材、工程塑料)节省50%左右;电损(导线电损、接点电损、器件电损)降低50%左右。在不少地方使用,取得了良好效果。
收稿日期:2008-03-19
作者简介:宋玉锋(1974-),男,江苏南通人,工程师,从事电能质量调节与无功补偿工作。
(责任编辑:吕 斌)
6 结语
智能式低压电力电容器是低压无功补偿技术及相关技术迅速发展的成果,这一成果使低压无功补偿设备产生重大变化,与常规无功自动补偿)