摘要：著重介紹近幾年來(lái)我國(guó)智能型低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置新產(chǎn)品,、新技術(shù)和開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài),，并對(duì)設(shè)計(jì)方案中的若干技術(shù)問(wèn)題如補(bǔ)償方式的選擇,、主接線方案,、晶閘管開(kāi)關(guān)電路、智能型自動(dòng)控制器等加以討論,。

關(guān)鍵字：智能型 低電壓 無(wú)功補(bǔ)償 技術(shù)方案

1　前言

近年來(lái),，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的實(shí)施過(guò)程中，低壓并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方案有了重大的改進(jìn)和突破,，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,。本文就智能型低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置開(kāi)發(fā)中的若干技術(shù)問(wèn)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(wú)功補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種型式,，①裝于低壓電動(dòng)機(jī)的單臺(tái)就地補(bǔ)償；②裝于配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)償箱,；③裝于企業(yè)配電房或車間以及高層建筑樓層配電間的自動(dòng)補(bǔ)償柜（如PGJ柜等）,。限于篇幅，對(duì)單臺(tái)補(bǔ)償問(wèn)題本文不作討論,。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(lái)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）由單一的無(wú)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）從采用交流接觸器進(jìn)行投切，到選用晶閘管開(kāi)關(guān)電路投切,，以及發(fā)展為等電壓投,、零電流切的最佳投切模式；
（4）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)合,；
（5）將低壓補(bǔ)償?shù)墓δ芗{入箱式變電站　　或美式箱變的低壓部分,；
（6）采用不銹鋼或航空鋁板的箱體，具有防寒,、防曬,、密封、防潮、防銹的特點(diǎn),；
（7）選用干式或充SF6的自愈式并聯(lián)電容器,，提高運(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)使用年限,。

3　△－Y共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線

3．1　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,，這種補(bǔ)償方式的接線如圖1所示,。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),。為什么國(guó)內(nèi)外制造廠對(duì)三相共補(bǔ)的電容器均選用△接線呢,？主要是額定電壓400V的自愈式電容器的價(jià)格較同容量額定電壓230V的電容器要便宜得多。這是由于原材料價(jià)格的原因和400V電容器極間工作電場(chǎng)強(qiáng)度較高的緣故,。以400V的電容器為例,，用厚8μm金屬化膜時(shí)，工作場(chǎng)強(qiáng)為50MV／m,，如用厚7μm的金屬化膜,，工作場(chǎng)強(qiáng)為57．14M V／m，而230V的電容器,，如維持與上述的工作場(chǎng)強(qiáng)相近時(shí),，則必須選用更薄的金屬化膜，但4～5μm薄膜的價(jià)格要比7～8μm薄膜貴得多,，故對(duì)230V電容器一般是采取降低工作場(chǎng)強(qiáng)的設(shè)計(jì),，按照國(guó)內(nèi)的通常價(jià)格，同容量的230V電容器的價(jià)格為400V電容器價(jià)格的2倍以上,。

3．2　三相分補(bǔ)的接線

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,。接線如圖2所示。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％,。

3．3　Δ－Y共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線

從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),，也可以采用電容器Δ－Y接線,，即三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)合的接線方案如圖3所示。三相共補(bǔ)部分的電容器為Δ接線,，三相分補(bǔ)部分的電容器為Y接線,，例如某廠家Δ接電容器組的單臺(tái)電容器分別為400V，10,、15,、20、30kvar,。Y接電容器組的單臺(tái)電容器分別為：230V,，3、4,、5,、6、8,、10kvar,。這種接線方式的補(bǔ)償裝置，運(yùn)行方式機(jī)動(dòng)靈活,，其成套價(jià)格低于圖2的接線方案,。也有的廠家對(duì)Y接的電容器組仍采用400V的電容器，其單臺(tái)銘牌容量與Δ接電容器組選用相同的電容器,，而Y接部分的電容器實(shí)際輸出的容量只有銘牌的1／3,。這樣做的目的是由于400V的產(chǎn)品比較便宜，即使實(shí)際容量較名牌值小,，但由于工作場(chǎng)強(qiáng)低,，壽命較長(zhǎng)，且整個(gè)裝置只用一個(gè)規(guī)格的電容器,，互換性強(qiáng),。

4　并聯(lián)電容器的投切開(kāi)關(guān)

4．1　交流接觸器

70年代廣泛應(yīng)用的PGJ補(bǔ)償柜，都是采用交流接觸器作為并聯(lián)電容器的投切開(kāi)關(guān),，迄今仍有沿用,。其缺點(diǎn)是：①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,；②切斷電容時(shí)，容易粘住　　觸頭,，造成拉不開(kāi)；③涌流過(guò)大對(duì)電容器本身有害,，會(huì)影響使用壽命,。當(dāng)時(shí)采用的措施是：（1）適當(dāng)選擇額定容量較大的接觸器,，如用額定電流40A的接觸器投切15kvar的三相電容器（IC＝21．7A）；②采用專用的接觸器,，其型號(hào)有CJ16,、CJ19、CJ20C,、B25C～B75C,、CJ41等系列；③每臺(tái)電容器加裝串聯(lián)小電抗器,，用以抑制涌流,。

4．2　雙向晶閘管開(kāi)關(guān)電路

采用雙向晶閘管的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路（又稱固態(tài)繼電器）取代交流接觸器用于投切電容器的接線如圖4（a）所示。其優(yōu)點(diǎn)是過(guò)零觸發(fā),，無(wú)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，晶閘管開(kāi)關(guān)電路的補(bǔ)償柜價(jià)格要比采用接觸器的補(bǔ)償柜貴70％～80％左右,；②晶閘管開(kāi)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(wèn)題不可忽視。以BZMJ0．4－15－3并聯(lián)電容器為例,，其額定電流為21．7A,，如晶閘管開(kāi)關(guān)的電壓降為1V時(shí)，3個(gè)晶閘管開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行時(shí),，損耗的功率為：P＝3×1×21．7＝65．1W,，如補(bǔ)償柜的無(wú)功功率為90kvar，則全部投入時(shí),，晶閘管的功率損耗為65．1×6＝390．6W,，以每天平均10h計(jì)，日耗電量達(dá)3．906kW·h,。年耗量約為1426kW·h,，有功消耗的發(fā)熱量還會(huì)增加整個(gè)補(bǔ)償裝置的溫升，而需采用相應(yīng)的散熱降溫的措施,，如采用接觸器則基本上不消耗有功,；（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(kāi)關(guān)電路加以改進(jìn)外，還應(yīng)使之在完成開(kāi)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,。

4．3　晶閘管和二極管反并聯(lián)的開(kāi)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4（b）所示,。與圖4（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(wú)觸點(diǎn)開(kāi)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4（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。

4．4　等電壓投零電流切的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路

等電壓投零電流切的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路的接線如圖5所示,，圖中J為交流接觸器的觸點(diǎn),。其運(yùn)行操作順序說(shuō)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(kāi)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(kāi)關(guān)電路短路,，由于接觸器J閉合后的接觸電阻遠(yuǎn)小于開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)的電阻，達(dá)到了節(jié)能和延長(zhǎng)開(kāi)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)J斷開(kāi)，此時(shí)開(kāi)關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài),，并由開(kāi)關(guān)電路在電流過(guò)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(kāi)關(guān)電路和接觸器的使用壽命長(zhǎng),。

4．5　兩相兩管開(kāi)關(guān)電路投切的三相Δ形接線電容器組

兩相兩管開(kāi)關(guān)電路投切三相Δ形接線電容器組的接線如圖6所示。該項(xiàng)投切原理是北京首電科技有限公司的專利技術(shù),，已在我國(guó)低壓配電網(wǎng)中獲得廣泛的應(yīng)用,，效果是滿意的。

5　智能型自動(dòng)控制器

5．1　檢測(cè)量和控制目標(biāo)

檢測(cè)量主要有cosφ、無(wú)功功率Q和無(wú)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(wú)功功率,。此方案的主要缺點(diǎn)是：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,，故新型的控制器已不再選用以cosφ為檢測(cè)量,。檢測(cè)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器件,，以測(cè)出Q＝UIsinφ,，由于檢測(cè)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(cè)難度要大些,。檢測(cè)量為Iq的控制器，利用了相電壓u由正到負(fù)過(guò)零的瞬間,，恰好就是A相無(wú)功電流最大值Iqmax的原理,，用相電壓u負(fù)過(guò)零信號(hào)控制，采用開(kāi)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(wú)關(guān),。

5．2　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7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7中的B點(diǎn)處,。

檢測(cè)點(diǎn)A由于不能直接檢測(cè)負(fù)載的無(wú)功功率，不易實(shí)現(xiàn)多組電容器的一次快速投切,，通常采用逐級(jí)漸進(jìn)的投切方式,，較慢地達(dá)到應(yīng)補(bǔ)償值，因此僅適用于負(fù)載運(yùn)行較平穩(wěn),，無(wú)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容^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(wú)功功率ΔQ,，又通過(guò)ΔQ求得負(fù)載的全部無(wú)功功率Q,，即完全補(bǔ)償時(shí)所需投入的全部電容器的無(wú)功功率，這種由變動(dòng)量求總和的設(shè)想,，可通過(guò)微機(jī)來(lái)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,。

5．3　對(duì)自動(dòng)控制器性能及質(zhì)量的要求

目前全國(guó)大約有200多家企業(yè)生產(chǎn)無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制器，其中多數(shù)是技術(shù)水平很低,、缺乏較齊全的檢測(cè)設(shè)備,，生產(chǎn)批量小，質(zhì)量難以保證的家庭作坊式小廠,。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(wú)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(guò)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,。為了提高控制器工作的可靠性還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①控制器應(yīng)有防止在小負(fù)載情況下出現(xiàn)投切震蕩的措施,；②合理簡(jiǎn)化控制器的電路設(shè)計(jì)，元器件數(shù)量越多,，電路越復(fù)雜,，則控制器的故障率越高；③減少一些控制器本身不必要附加功能,，例如自動(dòng)和手動(dòng)的切換,，電容器故障的報(bào)警等功能均應(yīng)由控制器轉(zhuǎn)移到無(wú)功補(bǔ)償屏上；④選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的單片機(jī)和電子元器件,；⑤注意自動(dòng)控制器抗電磁干擾的能力,；⑥合理選擇檢測(cè)量和控制方案。

5．4　配電綜合測(cè)控儀和無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制器一體化

無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制器和配電綜合測(cè)控儀的一體化問(wèn)題是城網(wǎng)改造提出的配電網(wǎng)自動(dòng)化問(wèn)題,，運(yùn)行單位往往要求在配電變壓器的低壓側(cè)同時(shí)加裝無(wú)功補(bǔ)償?shù)牡蛪弘娙萜骱团潆娋C合測(cè)控儀,。以北京首電科技研制的SDPD－2000配電綜合測(cè)控儀為例，兼具配電變壓器運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、顯示和記錄以及無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹悄芸刂坪捅Ｗo(hù)等兩大功能,。數(shù)據(jù)采集的范圍包括：電壓,、電流、功率因數(shù),、有功及無(wú)功功率,、有功及無(wú)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(lái)電時(shí)刻及累計(jì)停電時(shí)間，每相過(guò)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(wú)功補(bǔ)償智能化控制方面取樣的物理量為負(fù)載的無(wú)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(wú)功投切震蕩及補(bǔ)償呆區(qū),；當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生過(guò)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。

6　應(yīng)用實(shí)例

以廈門市湖西村一臺(tái)400kVA配電變壓器為例,，2000年7月8日的運(yùn)行記錄如表1所示,。

注：補(bǔ)償后線損降低（ΔPs％）的計(jì)算公式：

參考文獻(xiàn)

［1］　Subhasis Nandi，Pannalal Biswas,，et al,，Two novelschemes suitable for static switching ofthree－phase delta－connected capacitor banks withmimimum surge current．IEEETrsansactions onIndustry Applications，1997,，33（5）
［2］　戴朝波,，雷林緒，林海雪．晶閘管投切電容無(wú)功補(bǔ)償角型接線方案研究［J］．電工技術(shù)雜志,，2001（3）
［3］　陳允平等．微機(jī)控制的晶閘管開(kāi)關(guān)型低壓配電網(wǎng)基波無(wú)功分相補(bǔ)償［J］．電網(wǎng)技術(shù),，1999（4）