淺談智能集成電力電容器的應用意義

摘要：該文通過智能集成電力電容器研發背景的說明，介紹該產品基于數字信號處理器（DSP）和單片機相結合的雙CPU技術智能無功補償技術，集成復合開關的過零投切與計算機智能網絡模塊技術，實現了現代配電網對無功補償節能、過零投切、智能網絡的要求。

關鍵詞：智能集成電容器；過零投切

配電網面積廣，用戶多樣，負荷復雜，配電網無功補償不足，無功補償裝置故障率高，不易維護，有功損耗大，投切涌流大。加強和改善配電網的無功補償狀況對于減少損耗，提高電壓質量具有非常重要的意義。

1 智能集成電力電容器的研制理念

隨著微電子技術、數字控制技術、通信與網絡技術的高速發展和廣泛應用，電器向緊湊型、模塊化、組合化型式發展。智能化、集成化、網絡化、節能環保成為智能電器發展的主流。智能集成電力電容器正是在智能電器總體發展框架上開發出來的全新的低壓無功補償裝置。它由智能測控模塊 、晶閘管復合開關模塊、線路保護模塊及電力電容器等組成，替代原來由智能控制器、熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的成套自動無功補償裝置。改變了傳統無功補償裝置落后的控制器技術和落后的機械式接觸器，以及機電一體化開關作為投切電容器的投切技術，改變了傳統無功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，從而使新一代低壓無功補償設備具有補償效果更好、功率損耗更低、體積更小、節約成本更多、使用更靈活、維護更方便、使用壽命更長、可靠性更高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

2 技術創新

智能集成電力電容的創新點在于采用了進口芯片數字信號處理器（DSP），應用雙看門狗技術，提出了智能控制的可靠性。應用了電子實時檢測信號反饋、無觸點光電觸發技術、晶閘管及磁保持繼電器復合開關技術，實現了等電壓投切，實現真正“過零投切”，投切涌流幾乎為零，免除了諧波注入。采用了計算機智能網絡技術，使控制分散化，提高了可靠性。

2.1 過零投切

由于智能集成電力電容器具有目前國內的“過零投切”功能，確保電容投切過程中無涌流沖擊、無操作過電壓、無電弧重燃，提高控制的快速性，同時延長電容器的使用壽命。傳統的無功補償裝置使用交流接觸器進行投切，交流接觸器在分斷電容器時，會產生很高的操作過電壓，這是導致電容器損壞的重要因素。如圖1和圖2所示。

采用過零投切技術后，電容器的使用壽命延長了兩倍以上，由此帶來經濟效益和社會效益無法估量。

2.2 智能網絡控制

由于每臺電容器都帶有智能網絡模塊，可以形成主從自動組合模式進行投切，相當于每臺電容器都能充當控制器，實現了高可靠性。取消總控制器，采用分散控制模式，每組智能集成電力電容器都有控制單元，使多組電容器的自動投切擺脫了全部依靠一個控制器的情況，杜絕因控制器故障導致整個系統癱瘓的情況。另外，多臺智能集成電力電容器聯網使用時，會自動生成一個網絡，其中地址碼小的一個為主機，其余為從機，構成低壓無功自動控制系統；如果個別從機出現故障，自動退出，不影響其余從機工作，如果主機故障，也要退出，在其余從機中產生一個新的主機，組成一個新的系統。容量相同的電容器按循環投切原則，容量不同的電容器按適補原則投切。并且具有485通訊接口，可以接入后臺計算機，進行配電綜合管理。總之，該產品采用智能網絡技術，大大提高了運行可靠性及電容的足量投入，相當于延長了補償裝置的壽命。采用相同容量的無功補償裝置，盡管智能集成電力電容器的價格比相同容量的傳統電容器要高些，但與整體的無功補償裝置相比及整個壽命周期相比，智能集成電容器的成本則較便宜。

2.3 智能補償

其智能全自動組合的控制模式，可以以無功功率、功率因數、無功電壓等多種參數做為控制參數，實現補償組合。混合補償是補償效果佳化的模式，智能集成電力電容器能夠簡單和高可靠性地實現分相補償、混合補償等復雜效果的補償要求。

3 性能

3.1 節能*

智能集成電力電容器采用了磁保持繼電器，電路接通后，磁保持繼電器內，銜鐵由永磁體吸持。常規補償裝置接通補償電路需要交流接觸器，交流接觸器觸點需要電磁線圈保持，每只交流接觸器（按CJ19繼電器吸持容量計算）功率為15 W，每一路可接通15 kvar的電容器。采用智能集成電力電容器每千乏比傳統無功補償裝置減少損耗1 W功率。另外智能集成電力電容器體積比其他自動補償裝置小50%左右，因此減少了大量的導線、接點、器件

等電能損耗。

我國目前在用的配電變壓器近500萬臺（數據來自中國電力監管委員會），平均容量為200 kVA，總容量近1000 GVA，無功補償按配電變壓器平均的1/3計算，現有配電變壓器需無功補償容量330 Gvar。如果將現有傳統配電變壓器無功補償裝置換成智能集成電力電容器，按1 kvar節省1 W功率算（還不計減少導線、接點的電能損耗），則一年可節約電能2891 GWh。可減少煤耗109.86萬t（供電煤耗380g/KWh），減少排放CO2氣體2.86×106 t。減少SO2氣體排放5.7×104t，NO2氣體排放3.36×104t。

3.2 智能化

智能化程度高、投切技術好，補償效果佳。

3.3 壽命延長

可靠性大幅提高，壽命周期成倍降低。

由于應用了過零投切技術和智能網絡組網控制技術，使其可靠性大大提高，壽命期增長。另外，我們在產品的內部預置了熱感應探頭，通過溫度控制模塊，使產品熱點不過熱，有效延長了產品的熱老化壽命。

3.4 體積大幅縮小

智能集成電力電容器高度集成，結構緊湊，重量輕。用其組柜，大容量可達800 kvar，同容量體積比其他自動補償裝置減少50%左右。特別是城市配電間，土地和房產資源十分緊張，對于630 kVA以上的室內配電間，原傳統無功補償裝置要占用二個柜體空間，采用智能集成電力電容器組柜，只需一個柜可滿足補償要求。

3.5 積木結構，接線簡易，擴容方便，維護簡單

智能集成電力電容器實現了標準化、模塊化，取代了傳統的控制器、空氣開關、交流接觸器、熱繼電器、電容器，將其合為一個整體，組屏安裝的時候采用積木堆積方式。多臺電容器組屏安裝，生產工時比傳統模式減少60％以上，同時減少80％連接線，減少80％的接點，柜內簡潔，在使用現場快速組裝。產品體積小，接線簡單，隨著電力負荷的增加，可以隨時增加電容器的數量，改變了常規模式因接線復雜，一成不變的局限性。產品本身高智能化，安裝非常簡單，維護方便。若發現產品面板上故障指示燈亮，只要拆下故障電容器，用新的換上，如同更換電池一樣方便。

4安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

4.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

4.2產品選型

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

4.3產品實物展示

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

5 應用意義與前景

新的《節能法》在法律層面將節約資源確定為我國的基本國策，節能也已成全社會的共同責任。電容的“過零投切”技術也已成為對新一代無功補償裝置的先進技術要求在多個地區的招投標中都已列明“過零投切要求”，大面積推廣已勢在必行。該產品是電力系統新一代的節能產品，是替代常規的傳統無功補償產品的更新換代產品。智能集成電力電容器具有節能、小型化、性能*、成本低等優勢，是新一代智能電器的好產品，無功補償的理想設備。它節約能源和節約空間資源的突出優點將為建設和諧社會做出重大貢獻。

參考文獻

[1] 陸保松. 城區低壓電網的無功補償[ J ] . 中國電力,1996,29(3):54～57.

[2]王瑜，趙建網，王和忠，季小龍. 智能集成電力電容器

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019版