摘要：本文詳細(xì)介紹了低壓智能電力電容器的強(qiáng)大功能，并通過在企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，證明了它的無功跟蹤補(bǔ)償與調(diào)諧濾波的效果，從而為企業(yè)減少電能損耗和電費(fèi)開支，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：低壓智能，無功補(bǔ)償，調(diào)諧濾波

隨著我國智能電氣化電網(wǎng)的迅速發(fā)展，低壓電器智能化也應(yīng)運(yùn)而生，“低壓智能電力電容器” 就是其中的一個(gè)能者。它以強(qiáng)大的功能優(yōu)勢(shì)贏得了市場(chǎng)，取得了用戶的信任與好評(píng)。自低壓智能電力電容器問世以來，逐步取代常規(guī)型低壓無功補(bǔ)償裝置，迅速成為用戶低壓電網(wǎng)運(yùn)行的“保護(hù)神”。

一、低壓智能電力電容器的功能

低壓智能電力電容器，實(shí)際上是一套微型化低壓智能無功補(bǔ)償與調(diào)諧濾波裝置。它以二臺(tái)（△型）或一臺(tái)（Y 型）無油化低壓電力電容器為主體，采用微型電子元件技術(shù)、微型傳感器技術(shù)、微型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電器制造技術(shù)，將智能組件、控制器、濾波器，電抗器、電流互感器、熱繼電器、熔斷器及避雷器等元件微型化，安裝在電容器的上方，用一個(gè)約7cm高的蓋子覆蓋著。由于整機(jī)體積很小，突出顯示的是電容器，所以稱它為“低壓智能電力電容器”。

現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，在低壓進(jìn)線柜的進(jìn)線端加裝三只小型 CT，將二次線引入電容器，即可實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）智能網(wǎng)絡(luò)控制功能

自動(dòng)檢測(cè)及跟蹤系統(tǒng)無功功率的變化，自動(dòng)投切電容器組。投切方法是：容量相同的電容器，按循環(huán)投切原則進(jìn)行投切；容量不同的電容器，按適補(bǔ)原則進(jìn)行投切；先投先切，先退先投；電容器運(yùn)行溫度低時(shí)先投，溫度高時(shí)先退。補(bǔ)償工況恒定時(shí)，電容器每15min循環(huán)投切一次，避免單只電容器長時(shí)間投運(yùn)。

（2）快速投切電容器功能

動(dòng)作開關(guān)選用無觸點(diǎn)過零投切開關(guān)，配合的快速控制器，實(shí)現(xiàn)過零投切，動(dòng)作時(shí)間縮短到1S，動(dòng)態(tài)追蹤補(bǔ)償系統(tǒng)所缺少的無功功率，力爭(zhēng)使線損降到低水平。

（3）測(cè)量功能

可測(cè)量系統(tǒng)電壓、電流、有功功率、無功功率及功率因數(shù)；實(shí)現(xiàn)CT相位與變比自動(dòng)測(cè)量和校正；可測(cè)量各臺(tái)電容器的三相電流和體內(nèi)溫度。

（4）分相補(bǔ)償功能

分相補(bǔ)償型電容器可對(duì)各相上的電容器進(jìn)行分別投切，提高對(duì)系統(tǒng)無功功率的補(bǔ)償精度，使三相無功功率不平衡的系統(tǒng)得到了良好的補(bǔ)償。

（5）保護(hù)功能

電容器有過電流速切保護(hù)，過電壓、欠電壓保護(hù)，過溫、斷相保護(hù)，三相電流不平衡保護(hù)。當(dāng)電容器內(nèi)部溫度超過65℃時(shí)，電容器會(huì)整機(jī)退出運(yùn)行，確保系統(tǒng)。

（6）信號(hào)功能

電容器能夠顯示投切狀態(tài)，過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償狀態(tài)，過電壓、欠電壓狀態(tài)，具有保護(hù)動(dòng)作類型及自診斷故障類型等的燈光信號(hào)。

（7）通信功能

電容器和控制器之間采用RS485通信連接，便于大量采集數(shù)據(jù)、上傳數(shù)據(jù)及與外設(shè)監(jiān)控終端進(jìn)行信息交換，構(gòu)成系統(tǒng)工作。

（8）顯示功能

在電容器頂蓋的前方，有一個(gè)液晶顯示屏，對(duì)電容器投切狀態(tài)、系統(tǒng)電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)及電容器內(nèi)部溫度等參數(shù)都能顯示出來。

（9）故障自診斷功能

電容器智能控制元件，能對(duì)本體各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自診斷，一旦出現(xiàn)故障，整機(jī)快速響應(yīng)， 退出運(yùn)行。

（10）濾波功能

能夠有效消除高次諧波和涌流。對(duì)高次諧波形成一個(gè)低阻抗通道，可吸收、泄放高次諧波， 消除高次諧波對(duì)電容器的影響，防止電容器過熱、絕緣介質(zhì)老化及自愈性能下降等不利因素的發(fā)生。對(duì)存在大型諧波源的用戶，還要加裝干式電抗器、溫控風(fēng)扇和人機(jī)面板等器件，整機(jī)裝在一個(gè)體積為370mm*280mm*280mm的小箱體內(nèi)。

二、低壓智能電力電容器的實(shí)用技術(shù)

1、用戶用電情況調(diào)查

在使用低壓智能電力電容器之前，首先要對(duì)用戶進(jìn)行用電調(diào)查、摸底。山東神力索具有限公司是一家中型企業(yè)，供電電壓為10KV,屬于高供高計(jì)用戶。配電室有2500KVA變壓器兩臺(tái)，總?cè)萘繛?000KVA。主要用電設(shè)備是中頻加熱爐（大型諧波源）、鍛造機(jī)、沖床、橋式起重機(jī)及壓縮機(jī)等。配電室的0.4KV母線上裝有無功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償電容器為普通油浸式，總?cè)萘?90Kvar。投切方式采用交流接觸器，無任何調(diào)諧濾波措施。因此，經(jīng)常發(fā)生電容器熔絲燒斷、鼓肚、漏油及容量衰減等現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：①電網(wǎng)諧波含量大，造成無功補(bǔ)償裝置故障，經(jīng)常停運(yùn)進(jìn)行維修、更換零器件，甚至停運(yùn)數(shù)天。②因功率因數(shù)太低，供電部門每月都要加收“ 功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)”，造成電費(fèi)開支大，企業(yè)效益低。③由于功率因數(shù)低，變壓器及線路電能損耗大，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量用電系統(tǒng)功率因數(shù)

在無功補(bǔ)償裝置投運(yùn)的情況下，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，得出該公司用電系統(tǒng)的平均功率因數(shù)為0.8745。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，該公司的功率因數(shù)應(yīng)在0.90以上。因達(dá)不到規(guī)定要求，供電部門按照《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》中的規(guī)定，每月對(duì)該用戶加收“ 功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)”，使該公司月電費(fèi)比正常用電高出1萬多元。

3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量用電系統(tǒng)高次諧波

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，該公司2500KVA主變壓器0.4KV母線諧波數(shù)據(jù)如下表所示。

諧波測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的5次、7次及11次諧波較大。根據(jù)GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定，該系統(tǒng)的電壓、電流諧波總含量都嚴(yán)重超標(biāo)。這是造成電容器等元器件損壞的主要原因。

4、制定改造方案

由于原無功補(bǔ)償裝置沒有濾波功能和快速投切功能，已不適應(yīng)在中頻加熱爐（大型諧波源） 和鍛造機(jī)、沖床等負(fù)荷突變的設(shè)備上應(yīng)用，應(yīng)該淘汰舊的無功補(bǔ)償裝置，更換為低壓智能電力電容器。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，有功負(fù)荷為890KW，日負(fù)荷曲線比較平穩(wěn)。在投入原無功補(bǔ)償裝置后，功率因數(shù)為0.85。安裝低壓智能電力電容器后，功率因數(shù)計(jì)劃達(dá)到0.98。計(jì)算所需補(bǔ)償無功功率計(jì)算公式為

式中，Q為需補(bǔ)償無功功率，Kvar；P為有功功率，KW；cosφ1為補(bǔ)償前功率因數(shù)；cosφ2為補(bǔ)償后功率因數(shù)。

補(bǔ)償容量為：590Kvar（原補(bǔ)償容量）+370Kvar=960Kvar。需選用低壓智能調(diào)諧濾波電力電容器，單組容量為為40Kvar，共24組。

5、改造后的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

（1）計(jì)算無功功率補(bǔ)償后節(jié)約的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

根據(jù)GB/T 12407-2006《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》中的有關(guān)規(guī)定，選擇無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，并計(jì)算采取無功功率補(bǔ)償后所節(jié)約的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

△Po=K_Q*Q

式中，△Po為無功功率補(bǔ)償后節(jié)約的有功功率，KW；K_Q為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，Kw/Kvar。

該工廠變壓器屬于三級(jí)變壓器，查得K_Q取0.08-0.1，取中間值，得K_Q=0.09。已知Q=960Kvar，補(bǔ)償無功功率后節(jié)約的有功功率為

△Po=K_Q*Q=86.4KW

每天節(jié)約電能為2074KWh。該公司的平均電價(jià)為0.7元/KWh，計(jì)算一天可增加經(jīng)濟(jì)收入1452元，年增加經(jīng)濟(jì)收入為529980元。

（2）計(jì)算功率因數(shù)提高后免收的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)”

根據(jù)電力部門《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》的規(guī)定，要求功率因數(shù)達(dá)到0.9以上的用戶，每低于0.01則需增收應(yīng)繳電費(fèi)的0.5%，無下線。該公司原功率因數(shù)為0.85， 低于要求功率因數(shù)0.90，應(yīng)增收應(yīng)繳電費(fèi)的2.5%。即每天應(yīng)繳功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)為373.8元，年應(yīng)繳“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)”為136437元。功率因數(shù)提高后，免收了“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)”，每年可為企業(yè)增收136437元。合計(jì)節(jié)能金額666417元。

該公司采用低壓智能電力電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償和調(diào)諧濾波后，每年可增加經(jīng)濟(jì)收入66.6萬元，三個(gè)月就可收回全部投資。該項(xiàng)工程自2010年4月投運(yùn)以來，運(yùn)行情況良好。電容器沒有出現(xiàn)斷保險(xiǎn)、發(fā)熱及鼓肚等現(xiàn)象，電力部門沒有再加收“ 功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)”，用戶非常滿意。

三、安科瑞AZC/AZCL智能電力電容器產(chǎn)品介紹

3.1概述

AZC系列智能電容器是0.4KV、50Hz 低壓配電節(jié)能、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成。替代常規(guī)由熔絲、 復(fù)合開關(guān)或機(jī)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(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置。改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，從而使新一代低壓無功補(bǔ)償設(shè)備具有補(bǔ)償效果更好，體積更小，功耗更低，價(jià)格更廉，節(jié)約成本更多，使用更加靈活，維護(hù)更方便，使用壽命更長，可靠性更高的特點(diǎn)，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

AZC系列智能電容器采用定制段式LCD液晶顯示器，可實(shí)時(shí)顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度。

在AZC基礎(chǔ)上，AZCL系列智能集成式電力電容補(bǔ)償裝置串接合適電抗率（7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境，14&適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境）的電抗，可有效抵制諧波，避免諧振放大諧波，保護(hù)電容柜本身壽命。

3.2應(yīng)用場(chǎng)合

醫(yī)院類、商業(yè)、數(shù)據(jù)、變頻器行業(yè)、光伏行業(yè)、港口/油田類、化工/冶煉類...

3.3安科瑞AZC/AZCL系列智能電容器的選型

AZC智能電力電容補(bǔ)償裝置

AZCL智能集成式電力電容補(bǔ)償裝置

四、結(jié)束語

低壓智能電力電容器，是當(dāng)前比較理想的微型低壓無功補(bǔ)償和調(diào)諧濾波裝置，它以功能強(qiáng)大、質(zhì)量可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能及消除諧波效果明顯為優(yōu)勢(shì)，不斷得到用戶的信賴和肯定。同時(shí)，低壓智能電力電容器的應(yīng)用也是對(duì)多年來一直使用交流接觸器投切補(bǔ)償電容器的一次重大突破。

【參考文獻(xiàn)】

• *普.低壓智能電力電容器實(shí)用技術(shù)[J].電氣應(yīng)用.建筑電氣，2011年第30卷第2期
• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版
• 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè).2019.11版