低壓電能質(zhì)量監(jiān)控及無功自動(dòng)補(bǔ)償

1、低壓電能質(zhì)量監(jiān)控及無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置陳 津摘要：著重介紹近幾年來我國及我公司智能型低壓無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展、新產(chǎn)品、新技術(shù)和開發(fā)動(dòng)態(tài)，以及我公司在低壓濾波器裝置的發(fā)展，并對(duì)設(shè)計(jì)中的若干技術(shù)問題如補(bǔ)償方式的選擇、投切元件的選擇等加以討論。關(guān)鍵詞：低電壓；無功補(bǔ)償；技術(shù)方案1、 前言 近年來，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的實(shí)施過程中，低壓并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方案有了重大的改進(jìn)和突破，尤其是近兩年國家對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量的嚴(yán)格要求，使得單純的低壓并補(bǔ)發(fā)展到抑制諧波型并補(bǔ)和專業(yè)的低壓動(dòng)態(tài)濾波器TSC，并取得了滿意的運(yùn)行效果。對(duì)提高供電電壓質(zhì)量，挖掘供電設(shè)備的潛力、降低線路損失及節(jié)能均起到積極的作用。本文就我公司電能質(zhì)量監(jiān)

2、控及無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置開發(fā)中的若干技術(shù)問題和發(fā)展方向進(jìn)行討論，以供參考。2、 低壓補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn) 低壓無功補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種型式，裝于低壓電動(dòng)機(jī)旁的單臺(tái)就地補(bǔ)償；裝于配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)償箱及柱上式補(bǔ)償裝置；裝于企業(yè)配電房或車間、箱變內(nèi)及高層建筑樓層配電間的自動(dòng)補(bǔ)償柜（如最早的PGJ柜，以及后來的GGD、GCK等）。根據(jù)我公司低壓補(bǔ)償裝置的發(fā)展情況，在此對(duì)單臺(tái)就地補(bǔ)償問題不作討論。低壓補(bǔ)償箱和補(bǔ)償柜的技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用歸納起來主要有以下幾方面：（1） 由三相共補(bǔ)到分相補(bǔ)償，以求達(dá)到更理想的補(bǔ)償效果；（2） 由靜態(tài)補(bǔ)償發(fā)展到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；（3） 智能型自動(dòng)補(bǔ)償控制器和配電變壓器的運(yùn)行記錄儀相結(jié)

3、合；（4） 將低壓補(bǔ)償?shù)墓δ芗{入歐式箱變及美式箱變的低壓部分；（5） 采用不銹鋼或復(fù)鋁鋅板的箱體，具有防寒、防曬、密封、防潮、防火、防銹等特點(diǎn)（6） 選用微晶蠟介質(zhì)或干式及充SF6的自愈式并聯(lián)電容器，提高了運(yùn)行的可靠性，并延長了使用年限；（7） 由單一的無功補(bǔ)償?shù)酵瑫r(shí)具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置。3、 三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線31三相共補(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，它是根據(jù)控制器統(tǒng)一取樣判斷，各相投入相同的補(bǔ)償容量，接線如圖1所示。此方式適用于三相負(fù)載基本平衡，各相負(fù)載的cos相近的網(wǎng)絡(luò)。一般電容器都選用接線，額定電壓為400V。圖1電容器接三相共補(bǔ)的接線32三相分

4、補(bǔ)的接線（Y）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，接線如圖2所示。此方式適用于三相負(fù)載不對(duì)稱，其cos值也有較大差別場合。一般電容器都選用Y接線，額定電壓為230V。圖2電容器Y接三相分補(bǔ)的接線33三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線（-Y）此方式是前兩者的結(jié)合，即三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)全的接線方式，接線如圖3所示。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。圖3電容器-Y接三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)合的接線34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

5、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。其原因是：額定電壓400V的自愈式電容器的價(jià)格比同容量額定電壓230V的電容器便宜得多，這是由于原材料價(jià)格的原因和400V電容器極間工作電場強(qiáng)度較高的緣故。以400V的電容器為例，用厚8m金屬化膜時(shí)，工作場強(qiáng)為50kV/mm，如用厚7m金屬化膜時(shí), 工作場強(qiáng)為5758kV/mm；而230V電容器，如要維持與上述的工作場強(qiáng)相近時(shí)，則必須選用更薄的金屬化膜，但45m薄膜的價(jià)格要比78m薄膜貴得多，所以對(duì)230V

6、電容器一般是采取降低工作場強(qiáng)的設(shè)計(jì)，按照國內(nèi)市場上的通常價(jià)格，同容量的230V電容器的價(jià)格是400V電容器價(jià)格的2倍以上。所以在三相共補(bǔ)及分相補(bǔ)償結(jié)合的接線（-Y）中，對(duì)于分相補(bǔ)償部分有時(shí)也選用400V接電容器，這時(shí)電容器實(shí)輸出容量是其銘牌上額定容量的1/3。這樣做的目的是由于400V的產(chǎn)品比較便宜，即使實(shí)際容量比額定容量下，但由于工作場強(qiáng)低，壽命長，且整個(gè)裝置只用一個(gè)規(guī)格的電容器，互換性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。4、 并聯(lián)電容器的投切元件41交流接觸器7080年代廣泛應(yīng)用的PGJ補(bǔ)償柜，都是采用交流接觸器作為投切元件，迄今仍沿用。這是我公司低壓補(bǔ)償裝置的第一代產(chǎn)品，如圖4（a）所示。其優(yōu)點(diǎn)是：使用專用于電容

7、投切的接觸器帶有抑制涌流裝置，不用加裝電抗器就能將合閘涌流峰值限制在額定電流的20倍以下，能有效地抑制合閘涌流對(duì)電容器的沖擊和抑制開斷時(shí)的過電壓。體積較小，價(jià)格低。其缺點(diǎn)是：投入電容時(shí)產(chǎn)生倍數(shù)較高的涌流，容易在接觸器的觸點(diǎn)處產(chǎn)生火花，燒損觸頭；切斷電容時(shí)，容易粘住觸頭，造成拉不開；涌流過大對(duì)電容器本身有害，影響使用壽命。42可控硅（雙向晶閘管）采用雙向晶閘管的無觸點(diǎn)開關(guān)電路取代交流接觸器，是我公司低壓補(bǔ)償裝置的第二代產(chǎn)品，如圖4（b）所示。其優(yōu)點(diǎn)是：充分利用可控硅的優(yōu)良特性，響應(yīng)及時(shí)迅速，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容的等電位投入，零電流切除。徹底克服了普通交流接觸器等機(jī)械點(diǎn)投切電力電容器時(shí)涌流大、電壓沖擊大打

8、火、振動(dòng)等缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：成本高，是采用接觸器投切的補(bǔ)償柜貴70%90%左右；可控硅開關(guān)電路運(yùn)行時(shí)有較大的壓降，運(yùn)行中的電能損耗和發(fā)熱問題不可忽視。以BSMJ0.4-30-3并聯(lián)自愈式電容器為例，基額定電流為43.3A，目前做得最好的可控硅并關(guān)的電壓降也只能為1V，如果不3個(gè)可控硅開關(guān)電路運(yùn)行時(shí)，損耗的功率為：P=3×1×43.3=129.9W，如補(bǔ)償柜的無功功率為90kvar，則全投入時(shí)，可控硅的功率損耗為P=129.9×3=389.7W，以每天平均10小時(shí)計(jì)，日耗電量達(dá)3.897kW·h，年耗量約為1423 kW·h。有功消耗的發(fā)熱量還會(huì)增

9、加整個(gè)補(bǔ)償裝置的溫升，必須采用相應(yīng)的散熱降溫的措施，如采用接觸器基本上不消耗有功；可控硅電路本身也是諧波源，大量的應(yīng)用會(huì)對(duì)低壓電網(wǎng)的波形不利。43晶閘管和二極管反并聯(lián)的開關(guān)電路是由一個(gè)晶閘管和一個(gè)二極管反并聯(lián)的接線方案。我公司不采用此方式。此方案與42方案技術(shù)性能相近，但反應(yīng)時(shí)間較慢。44復(fù)合開關(guān)是我公司第三代產(chǎn)品，如圖4（c）所示是前兩者的結(jié)合體。其運(yùn)行操作順序如下：當(dāng)投入電容時(shí)，先由微電腦控制器發(fā)出信號(hào)給開關(guān)電路（可控硅），使之在等電壓時(shí)投入電容器，微電腦控制器緊接著又發(fā)信號(hào)給接觸器，使其觸點(diǎn)也閉合，將可控硅開關(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，從而達(dá)到了節(jié)能

10、和延長可控硅使用壽命的目的；當(dāng)需要切除電容器時(shí)微電腦控制器先發(fā)信號(hào)可接觸器，使接觸器斷開，此時(shí)可控硅電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，并由開關(guān)電路在電流過零時(shí)切除。其優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行功耗低，涌流小，諧波影響小，成本低，壽合長。其缺點(diǎn)是：容量小，目前最大額定電流只有80A（限集成式）圖4接線圖5、 智能型自動(dòng)控制器51檢測量和控制目標(biāo)檢測量主要有cos、無功功率Q和無功電流Iq三種，7080年代多選用以cos為檢測量的控制器，此方案在輕載時(shí)容易產(chǎn)生投切震蕩，重載時(shí)又不易達(dá)到充分補(bǔ)償；目前新型的控制器已不再選用以cos為檢測量。檢測量為Q的控制器，其工作原理是將電壓和電流的信號(hào)送入霍爾元件或相敏放大器等具有乘法功能的

11、器件，以測出Q=UIsin，由于檢測量和控制目標(biāo)都是同一物理量，技術(shù)上是合理的，但檢測難度要大些。檢測量為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)和簡單的保持電路，以完成對(duì)Iq實(shí)時(shí)檢測；這種方案檢測方法簡單，不會(huì)產(chǎn)生震蕩，補(bǔ)償效果與電網(wǎng)電壓的波動(dòng)無關(guān)。52諧波型智能控制器 它與普通的無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器的接線都是一樣，是無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器和配電綜合電能測控儀的結(jié)合體。具有自動(dòng)/手動(dòng)/遠(yuǎn)控切換方式(遠(yuǎn)控通過RS232通訊口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)并用計(jì)算機(jī)控制投切，配有后臺(tái)軟件)，諧波電流、諧波電壓監(jiān)測，過壓、欠壓保護(hù)，其整

12、定值可調(diào)，時(shí)間05分可調(diào)，輸出接點(diǎn)容量不小于5A.220V支路。A、 按電網(wǎng)無功需求量，電流電壓、功率因數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換。B、 取樣信號(hào)：電壓380V（Uac）電流5AC、 投切延時(shí)010分種可調(diào)節(jié)，既能順序投切又能編碼投切。D、 顯示投切路數(shù)E、 顯示部分：功率因數(shù)、無功、有功、電壓、功率因數(shù)設(shè)定值、過電壓設(shè)定值、投切延時(shí)時(shí)間、時(shí)間日期等常規(guī)數(shù)據(jù)。F、 帶記憶儲(chǔ)存：自動(dòng)記錄每組電容器的運(yùn)行時(shí)間和投切次數(shù)；設(shè)置參數(shù)不怕掉電、數(shù)據(jù)記錄保存。諧波型的與普通型的不同在于，投切順序的不同。普能型的只是依次循環(huán)投切。諧波型的，如控制10路，H5、H7、H11。控制路數(shù)為：10路。具體分為3組，即5次通道為第一

13、組（1、2、3），7次通道為第二組（4、5），11次通道為第三組（6、7、8、9）。注：要求在一（1、2、3）、二（4、5）、三（6、7、8、9）組中分別為循環(huán)順序投切，先投先切。投切方式為：投入時(shí)，由低次向高次投，即依次投1、2、3、4、5、6、7、8、9；切除時(shí)，由高次向低次切除，即依次切6、7、8、9、4、5、1、2、3 （6、7、8、9為循環(huán)順序投切，4、5為循環(huán)順序投切，1、2為循環(huán)順序投切）6、 根據(jù)使用環(huán)境不同，對(duì)補(bǔ)償裝置的選擇 根據(jù)我公司遇到的情況及經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的選擇提出以下考意見：（1） 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況選擇不同接線的補(bǔ)償方式。（2） 分配補(bǔ)償容量以細(xì)為原則。

14、即每級(jí)容量越小越好。（3） 根據(jù)使用環(huán)境不同，作有針對(duì)性的選擇。對(duì)有諧波污染的系統(tǒng)應(yīng)采用具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置；對(duì)諧波污輕的系統(tǒng)可采用具有抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置即可。（4） 選型指南A補(bǔ)償容量的確定 補(bǔ)償容量的確定可以根據(jù)負(fù)荷的最大功率、補(bǔ)償前的功率因數(shù)及要求補(bǔ)償后達(dá)到的功率因數(shù)，用下式計(jì)算確定：Q =*P*（tan1tan2）式中：Q 所需補(bǔ)償?shù)目偀o功功率，kvar； 平均負(fù)荷系數(shù)，取0.70.8； P 用戶最大負(fù)荷，kW； 1補(bǔ)償前平均功率因數(shù)角 2補(bǔ)償后平均功率因數(shù)角或 Q =*P*qq 補(bǔ)償率，kvar / kW （可從附表中查取）cos1cos20.800.810.820.

15、830.840.850.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.500.9811.0081.0351.0601.0861.1171.1381.1661.1921.2191.2461.2761.3051.3381.3681.4041.4420.510.9390.9660.9331.0181.0441.0701.1061.1341.1601.1871.2141.2441.2731.3061.3361.3721.4100.520.8900.9170.9450.9690.9951.0211.0471.0751.1011.1281.1551.1851.21

16、71.2471.2771.3131.3510.530.8190.8760.9030.9280.9540.9801.0061.0341.0601.0871.1141.1441.1731.1201.2061.2361.2720.540.8080.8350.8620.8870.9130.9390.9650.9931.0191.0461.0751.1031.1331.1651.1951.2311.2690.550.7660.7930.8200.8150.8710.9230.9510.9771.0041.0311.0611.0901.1231.1531.1891.2270.560.7280.7550.7

17、820.8070.8290.8590.8850.9130.9390.9660.9911.0231.0521.0851.1151.1511.1890.570.6910.7180.7450.7700.7960.8220.8460.8760.9020.9290.9560.9861.0151.0481.0781.1141.5200.580.6550.6820.7090.7340.7600.7860.8120.8400.8660.8930.9200.9500.9791.0121.0421.0781.1160.590.6180.6450.6720.6970.7230.7490.7750.8030.8290

18、.8560.8830.9130.9420.9751.0051.0411.0790.600.5830.6100.6370.6620.6880.7140.7400.7680.7940.8210.8480.8780.9050.9400.9701.0061.0440.610.5490.5760.6030.6280.6540.6800.7060.7340.7600.7870.8410.8440.8730.9060.9360.9721.0100.620.5150.5470.5600.5940.6200.6400.6720.7000.7260.7530.7800.8100.8390.8720.9020.93

19、80.9740.630.4810.5080.5350.5600.5860.6120.6380.6660.6920.7190.7460.7760.8050.8380.8680.9040.9420.640.4500.4770.5040.5290.5550.5810.6070.6350.6610.6880.7150.7450.7740.8070.8370.8730.911附表：每kW負(fù)荷所需無功補(bǔ)償率值查取表cos1cos20.800.810.820.830.840.850.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.650.4170.4440.4710.

20、4960.5220.5480.5740.6020.6280.6550.6820.7120.7410.7740.8040.8400.8780.660.3860.4150.4420.4670.4930.5190.5450.5730.5990.6260.6540.6830.7120.7450.7750.8110.8490.670.3570.3840.4110.4360.4620.4880.5140.5420.5660.5950.6220.6520.6810.7140.7440.7800.8180.680.3270.3540.3810.4060.4320.4580.4840.5120.5380.565

21、0.5940.6220.6510.6840.7170.7500.7880.690.2970.3240.3510.3760.4020.4280.4540.4820.5080.5350.5620.5920.6210.6540.6830.7200.7580.700.2700.2970.3230.3490.3750.4010.4270.4550.4810.5080.5350.5650.5940.6270.6570.6930.7310.710.2410.2680.2950.3200.3460.3720.3980.4260.4520.4790.5060.5360.5650.5980.6280.6640.7

22、200.720.2120.2390.2660.2910.3170.3430.3710.3970.4250.4500.4770.5070.5360.5690.5990.6350.6730.730.1850.2120.2390.2640.2900.3160.3420.3700.3960.4230.4500.4800.5090.5420.5720.6080.6460.740.1570.1840.2110.2360.2620.2880.3150.3420.3680.3950.4250.45200.4810.5140.5460.5800.6180.750.1310.1580.1850.2100.2360

23、.2620.2880.3160.3420.3690.3960.4260.4550.4880.5180.5540.5920.760.1030.1300.1570.1820.2080.2340.2600.2880.3160.3410.3680.3980.4270.4600.4920.5260.5630.770.0780.1050.1320.1570.1830.2090.2350.2630.2890.3160.3430.37300.4020.4350.4650.5010.5390.780.0520.0790.1060.1310.1570.1830.2090.2370.2630.2900.3170.3470.3760.4090.4390.4750.5130.790.0240.0510.0780.1030.1290.