DQZHAN訊：簡論智能型配電無功補(bǔ)償裝置的若干技術(shù)

隨大多數(shù)電力負(fù)荷是感性負(fù)載，異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)、日光燈等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。另外，無功電源與無功占用不平衡，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和中小容量配電變壓器。一般用電用戶的功率因數(shù)滯相且較低，一般都會(huì)低于0．7以下，滯相的無功功率在配電網(wǎng)中流動(dòng)不僅占用配電網(wǎng)容量，造成不必要的損耗，而且導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低。加裝無補(bǔ)償裝置，能增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)，就近供給用戶或配電網(wǎng)所需要的滯相無功功率，減少發(fā)，供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，能少在配電網(wǎng)中流失的無功功率，提高發(fā)輸電設(shè)備利用率，減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，降低有功網(wǎng)損，效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，*終提高供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.配電補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)

在配電中，無功補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種型式：①裝干配電電動(dòng)機(jī)的單臺就地補(bǔ)償；②裝干配電變壓器配電側(cè)的補(bǔ)償箱；③裝干企業(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，對單臺補(bǔ)償問題本文不作討論。配電補(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：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；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；從采用交流接觸器進(jìn)行投切，到選用品閘管開關(guān)電路投切，以及發(fā)展為等電壓投、零電流切的*佳投切模式；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；將配電補(bǔ)償?shù)墓δ芗{入箱式變電站或美式箱變的配電部分；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)；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，延長使用年限。

2.并聯(lián)電容器的投切開關(guān)

2．1交流接觸器

20世紀(jì)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，③涌流過大對電容器本身有害，會(huì)影響使用壽命。當(dāng)時(shí)采用的措施是：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)，采用專用的接觸器，其型號有CJ16、CJ19、CJ20C、B25C～B75C、CJ4l等系列；每臺電容器加裝串聯(lián)小電抗器，用以抑制涌流。

2．2雙向晶閘管開關(guān)電路

采用雙向品閘管的無觸點(diǎn)開關(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。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合。但也存在以下缺點(diǎn)：采用雙向晶閘管制造成本高，晶閘管開關(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；晶閘管開關(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BzMJ0.4-15-3并聯(lián)電容器為例，其額定電流為21.7A，如品閘管開關(guān)的電壓降為1V時(shí)，3個(gè)晶閘管開關(guān)電路運(yùn)行時(shí)，損耗的功率為：P=3×1×2.7=65.1W，如補(bǔ)償柜的無功功率為90kvar，則全部投入時(shí)，品閘管的功率損耗為65.1×6=390.6W，以每天平均lOh計(jì)，日耗電量達(dá)3.906kW-h。年耗量約為l426Kw.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；晶閘管電路的本身也是諧波源，大量的應(yīng)用對配電電網(wǎng)的波形不利。因此，除了對品閘管開關(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。

2．3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)的接線方案與無觸點(diǎn)開關(guān)電路的接線方案對比，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)間則較慢些，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)。如采用無觸點(diǎn)開關(guān)電路的接線方案，由于二級管的不可控性，通常其切除時(shí)間要在0.5～lHz之間，即切除時(shí)間t≤20ms。

2.4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)電路的接線。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)信號給接觸器，使其觸點(diǎn)也閉合，將品閘管開關(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。

3.智能型自動(dòng)控制器

3．1檢測量和控制目標(biāo)

檢測量主要有COSф、無功功率Q和無功電流Iq三種，20世紀(jì)80年代中期多選用以COSф為檢測量的控制器，執(zhí)行手段是投切電容器，補(bǔ)償?shù)?終目的是減少進(jìn)出電網(wǎng)的無功功率。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COSф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送人霍爾元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以測出Q=UIsinф，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*大值Iqmax的原理，用相電壓U負(fù)過零信號控制，采用開關(guān)和簡單的保持電路，以完成對Iq實(shí)時(shí)檢測。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：檢測方法簡單，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)。

3．2檢測點(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的檢測點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償設(shè)備的前端A點(diǎn)；②檢測點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償設(shè)備后端B點(diǎn)。檢測點(diǎn)A由于不能直接檢測負(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，通常采用逐級漸進(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)，無大容量沖擊負(fù)載，不需要快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膱龊?。如接于檢測點(diǎn)B，其優(yōu)點(diǎn)是僅根據(jù)負(fù)載Q和Iq測得值，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。

3.3配電綜合測控儀和無功補(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，運(yùn)行單位往往要求在配電變壓器的配電側(cè)同時(shí)加裝無功補(bǔ)償?shù)呐潆婋娙萜骱团潆娋C合測控儀。以北京首電科技研制的SDPD-2000配電綜合測控儀為例，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*大值和*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△-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。