安科瑞 王晶淼/劉芳

摘要：目前農村配電網無功補償一般使用傳統無功補償裝置，存在運行可靠性低、容量配置調整困難、安裝接線復雜、維護困難、控制技術落后等問題，無法滿足現代農村用電負荷迅速劇增的需求。針對農村家用電器為單相設備，負荷變動大，三相負荷不平衡，終端電壓低的供電現狀，提出采用智能集成式電容器混合補償方式，解決了農村低壓配電網因無功功率缺乏導致低電壓的問題，保證了村民居住區的電壓量。
關鍵詞：農村配電；無功補償；智能集成式電容器，低壓配電

1、概述
隨著國家對農村建設的大力支持，農村生活條件不斷改善，用電量也不斷加大，逐漸暴露出農村低電壓的現象；以及大量單相家用電器設備使用，將導致三相負荷不平衡，配電網電壓波動大，嚴重時則會損壞用電設備，因此，農村對電壓質量的要求也越來越高。現農村配電網大部分仍使用傳統無功補償裝置，在400V低壓母線上采用集中補償方式。傳統補償裝置由控制器、交流接觸器或復合開關、電容器、保護器件等組成。補償柜體積大，安裝接線繁雜，維護困難，整機可靠性低，同時由一臺控制器控制全部補償電容器的投切。這種補償模式存在控制器的瓶頸效應隱患問題，不能實現無功平衡和電壓穩定。因此，傳統無功補償裝置已無法滿足現代農村用電負荷的迅速增長的需求，本文提出采用智能集成電容器無功補償模式，能實現智能控制，解決農村配電網因無功功率不足導致低電壓的問題。

2、AZCL智能集成式電力電容器原理
智能集成式電力電容器主要由電網參數采樣、智能網絡、智能控制器、過零投切、電力電容器、線路保護等單元組成。智能集成電容器一般分為上、下分體式模塊結構，模塊組裝、拆卸很方便。上方模塊由投切開關、智能控制器、線路保護等單元構成；下方模塊由一臺或兩臺△形聯接或一臺Ｙ形聯接電力電容器構成。智能集成電容器采用了現代檢測、電力電子、過零投切、自動控制、計算機和網絡通訊等先進技術，其組成框圖如圖１所示。
AZCL智能集成式電力電容以共補電容或分補電容為主體，采用微型電子元件技術、微型傳感器技術、微型網絡技術和電器制造技術，將智能組件、控制器、電容器、塑殼斷路器等元件微型化，整機體積小，結構精巧。智能電容控制器通過電流互感器、電壓采樣計算出無功缺額、功率因數等參數，以工業級MCU為核心，同AD轉換、RS-485通訊、LCD顯示、數據存儲等構成一個系統，集采集、運算、分析、控制、通信、人機交互、數據存儲于一體。

圖1 智能電容組成框圖

智能集成式電容器過零投切開關由大功率磁保持繼電器、雙向晶閘管、阻容吸收電路和線路保護器件等組成。電路采用電力電子技術和過零投切技術，利用雙向晶閘管的快速導通和大功率磁保持繼電器接點的零壓降實現互補。由單片機控制過零點投切開關實現電力電容器的投切，在雙向晶閘管兩端電壓為零或電流過零時，單片機發出觸發脈沖導通或斷開雙向晶閘管的指令，電力電容器投入或切除。雙向晶閘管只在開關投切瞬間導通工作，大功率磁保持繼電器則在正常運行時保持通斷狀態，這樣確保電力電容器在投切過程中無沖擊電流、電弧、過電壓產生，低能耗運行。
智能集成式電容器采用智能網絡通訊技術，構建RS485通訊網絡，以光電耦合器和獨立電源組成RS485通信電路。每臺智能集成電容器均有各自獨立的控制器，在多臺控制器聯機工作時，通過通信方式有機結合成一個整體，能自動分配ID地址，自動組網，其中地址碼小的一臺為主機，其余為從機。主機將接收所有從機的信息，依據無功功率Ｑ、功率因數λ等電力參數，綜合分析判斷后發出命令，指揮各電力電容器的投切。當主機故障時會自動退出，系統重新自動組網，在其余從機中產生一臺新的主機；若從機故障時自動退出不會影響其余從機的正常工作，避免了常規補償模式因控制器損壞而致使整個補償系統停止工作的狀況，從而保證了補償裝置可靠運行。同時可根據實際無功補償容量的需要靈活調整電容量，模塊投入與撤出不需設置，能自動更新配置。
智能集成式電容器改進了傳統補償裝置的不足，具有過零投切、智能網絡、分相補償、溫度保護、人機接口、接線容易、增容方便、可靠性高、低功耗等突出優點。
補償方式靈活，補償精度高。智能集成電容器組的補償方式可靈活采用共補、分補、混合補償優化組合，解決了低壓電網負荷的變化，三相負荷不平衡的無功功率補償的問題。三相嚴重不平衡的場合，可選用共補、分補的混合補償方式，同時還可以搭配多種不同規格的電容量進行混合補償，做到粗補、細補兼顧，補償效果好。根據需要補償的電容量大小選用單機或多機補償，容量小時用單機獨立補償，容量大時用多機并聯補償。
積木結構，接線簡單，擴容方便。常規補償裝置每路差不多要用30根連接線，智能集成電容器模塊化結構，只要用3根連接線，比常規補償裝置減少80％的連接線，現場安裝、接線簡單，維護方便，接點能耗小，柜內溫升小。增加電容器的數量和容量配置調整方便，適應用戶的實時擴容需要。
智能組網功能。智能集成電容器補償系統為主從結構，當多臺智能電力電容器聯機工作時，將各臺智能電力電容器的RS485通信接口連接起來，系統開始工作后就會自動組網。這種智能補償模式消除了傳統補償裝置控制器的瓶頸現象，提高了補償裝置的可靠性。
溫度保護。智能集成電容器內置有溫度傳感器，當電力電容器體內溫度大于溫度保護設定值時會自動切除電力電容器，達到保護電容器的目的，解決了電容器因溫度過高而出現漲肚的問題。
電能損耗小。智能集成電容器補償1kvar要比傳統補償裝置減小能耗1W多；積木式結構，體積比常規補償裝置減少約50％，連接線也減少了約80％，因此觸點、連接導線、元器件等減少了損耗50％以上。
3、AZCL智能集成式電力電容器應用
某農村居住區1000多戶，低壓主干線損壓降較大，在家庭用電高峰時段電壓嚴重低于-10％，原來通過采用調整變壓器的有載調壓檔位的措施來提高電壓，但是在非用電高峰時段電壓又嚴重高于+10％，造成一些家用電器因電壓偏高而損壞。查明其原因是家庭用電器如空調、冰箱、風扇、洗衣機等感性負荷導致功率因數低于0.8，農村用戶終端配電低壓無功補償嚴重不足。
該居住區變壓器容量為1250KVA，按變壓器容量的40%配置無功補償容量為500kvar。因居民區大都為照明、冰箱、空調、洗衣機等單相設備，選用AZC系列智能集成電容器，采用共補與分補的混合補償方式，其中三相共補償容量占60％的總補償量為300kvar，分相補償容量占40％的總補償量為200kvar。三相共補償智能集成電容器選用6臺電容容量50kvar，額定電壓450Ｖ，三角形接線；分相補償智能集成電容器選擇7臺，6臺分補式智能電容器容量30kvar，1臺分補式智能電容器容量20kvar，額定電壓250Ｖ，Ｙ形接線，每相均可單獨控制投切。采用智能集成電容器補償后功率因數在0.92～0.97之間，電壓控制在±10%之內的范圍，改善了農村配電網低電壓的用電情況。

表1智能電容配置方案

4、AZCL智能集成式電力電容器
4.1外觀尺寸

4.2技術參數

4.3接線方式

5、結語
AZC智能集成式電力電容器可滿足農網配電系統中無功補償的需求，提高電能質量，降低電網損耗和用電成本，能保障電力系統的安全用電、連續供電和經濟運行。AZC智能集成式電力電容器在運行中安全可靠，保護功能齊全，通過RS485與后臺配合使用，能夠更加方便快捷地檢測電網系統，減少人力資源的投入。

審核編輯 黃昊宇