低壓電容器無功補(bǔ)償在工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：我廠在0.4kV低壓側(cè)采用了電容器集中補(bǔ)償方式來提高功率因數(shù)。為保證功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，電容器的頻繁投切是必然的。而在投切過程中就會(huì)產(chǎn)生過電壓與過電流的危害，本文從電容器本身的優(yōu)點(diǎn)、無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器的原理等方面上來闡述如何減少投切次數(shù)，提高電容器的使用壽命，還對(duì)電容器運(yùn)行中出現(xiàn)的問題分析原因并進(jìn)行故障排除。

關(guān)鍵詞：電容器的頻繁投切；危害；無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器；故障排除

1電容器特點(diǎn)

電容器投切時(shí)產(chǎn)生過電流與過電壓，這是不可避免的。頻繁的過電壓與過電流的危害主要有：①使電容器的絕緣介質(zhì)老化過程加速；②過電壓使得自愈性電容器自愈性能提前失效；③使電容器的局部放電加劇，促進(jìn)絕緣老化和電容量衰減；④沖擊過電流使得自愈式并聯(lián)電容器噴金層與金屬化層的接觸狀況變壞，甚至出現(xiàn)噴金層脫落；⑤過電流提高了運(yùn)行溫度，縮短使用壽命。日本通過研究，得出熱老化溫度越高，壽命越短。

為適應(yīng)電容器投切中的過電壓與過電流的危害首先在電容器的選型上，采用的德國(guó)AEG電容器有四個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：①在結(jié)構(gòu)上：AEG電容器采用干式繞組，裝在鋁制圓筒內(nèi)，其電介質(zhì)為低損耗的金屬化聚丙烯薄膜。電容器由三組電容組成，電氣上相互絕緣地同心布置在鋁管芯上，三組電容按星形或三角形連接。AEG電容器因采用于式結(jié)構(gòu)，可安裝在任何場(chǎng)所，其內(nèi)部充滿保護(hù)氣體(N₂)，具有不可燃性；②在承受大電流負(fù)載方面：電容器必須承受投切過程中產(chǎn)生的大電流峰值，且不影響電容器壽命。而AEG電容器承受高浪涌電流可達(dá)到350倍額定電流，使用壽命達(dá)到130000小時(shí)；③電容器的自愈性性能：在切換操作過程中，低壓電網(wǎng)的電壓值可能達(dá)到額定電壓的3倍，這是不允許的。而AEG電容器特點(diǎn)在于只要該電壓強(qiáng)度將電介質(zhì)擊穿，電容器的自愈性功能就發(fā)生作用。自愈之后，AEG電容器可以繼續(xù)運(yùn)行；④自動(dòng)斷開有故障的電容器特點(diǎn)：AEG電容器都帶有過壓力膨脹熔斷器。如果故障點(diǎn)反復(fù)自愈，導(dǎo)致內(nèi)部壓力上升并達(dá)到一定數(shù)值，膨脹式熔斷器即動(dòng)作。這時(shí)，鋁制圓筒頂蓋會(huì)輕微鼓起，熔斷器在設(shè)計(jì)的斷裂處被拉斷。膨脹式熔斷器可以將AEG電容器安全的從電力系統(tǒng)中斷開。

綜上所述，AEG電容器在性能上有良好的自愈性、故障分離、抗過電流與過電壓的特性，能夠較好的適應(yīng)工作。 

2無功補(bǔ)償控制器

在減少電容器投切次數(shù)方面，采用了BYFC2OOOF控制器，其控制的原理采用功率因數(shù)和無功功率兩個(gè)控制參數(shù)控制電容器的投切。

控制原理：當(dāng)電網(wǎng)的功率因數(shù)低于目標(biāo)功率因數(shù)時(shí)，BYFC20OOF便計(jì)算當(dāng)前電網(wǎng)的功率因數(shù)提升到目標(biāo)功率因數(shù)時(shí)所需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，當(dāng)所需無功功率大于單組小電容器組容量的0.65倍時(shí)，控制器就決定投入電容器組，經(jīng)過定義的延時(shí)時(shí)間后，如投入的條件仍然成立，控制器馬上投入控制信號(hào)；當(dāng)所需無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小電容器容量時(shí)，控制器可能一次性多只電容器組，為了滿足電磁兼容的要求，一次性投人多只電容器組的總?cè)萘坎淮笥谘a(bǔ)償系統(tǒng)單只電容器的容量，一次性的到位補(bǔ)償，避免多余的投切環(huán)節(jié)，提高了接觸器和電容器的使用壽命；當(dāng)補(bǔ)償無功功率小于單組電容器小值的0.65倍時(shí)，BYCF2000將拒絕投切。為了應(yīng)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷變化比較快的場(chǎng)合，BYCF2OOO使用延時(shí)時(shí)間內(nèi)的無功功率平均值作為投切電容器組時(shí)的無功依據(jù)。

該控制器的優(yōu)勢(shì)在于：①電容器的投切有啟動(dòng)門檻，低于單組電容器0.65倍，電容器是拒絕投入；②投切電容器時(shí)，都有延時(shí)時(shí)間。有了時(shí)間的設(shè)定，對(duì)于突然波動(dòng)的負(fù)荷而后又恢復(fù)了可以很好的避免電容器來回的投切，很好的減少了電容器的投切的次數(shù)；③利用無功功率平均值作為投切電容器的無功依據(jù)，以上三條很好的減少了電容器投切的次數(shù)，從而減少了過電流與過電壓的產(chǎn)生，也將降低了投切頻繁的危害。 

3實(shí)際使用中遇到的問題與故障排除

在電容器投運(yùn)時(shí)，曾出現(xiàn)以下問題。

1)功率因數(shù)總是顯示1.000不能自動(dòng)投切。在變電所建成初期，因現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷甚小，只有施工用電時(shí)，曾經(jīng)出現(xiàn)過這種現(xiàn)象。后由控制器的說明書得知：當(dāng)電流信號(hào)小于50mA時(shí)，控制器檢測(cè)不到電流因而不工作，此時(shí)對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)顯示1.000；只有當(dāng)電流信號(hào)大于50mA這一門限值，控制器才能檢測(cè)到電流，控制器才會(huì)工作，才能投切電容器。參照CT變比400O：5，對(duì)應(yīng)母線電流小于40A時(shí)，控制器不會(huì)無功補(bǔ)償?shù)摹?/span>

2)系統(tǒng)功率因數(shù)低于目標(biāo)功率因數(shù)卻不投入電容器組，面板欠補(bǔ)償報(bào)警指示燈亮。

現(xiàn)象如下：設(shè)定的目標(biāo)功率因數(shù)0.92，實(shí)際功率因數(shù)顯示0.90，功率因數(shù)控制器就不在投入電容器了，發(fā)出欠補(bǔ)償報(bào)警指示。

檢查發(fā)現(xiàn)分補(bǔ)回路中有一路的可控硅上已經(jīng)燒壞、電纜燒糊、高分?jǐn)啾ｋU(xiǎn)燒壞2只，出現(xiàn)此現(xiàn)象時(shí)，表明了分補(bǔ)回路中過電流保護(hù)動(dòng)作，控制器無法通過可控硅來控制電容器的投切，自然不能無功補(bǔ)償了，從而導(dǎo)致欠補(bǔ)償報(bào)警。在更換了保險(xiǎn)、可控硅后，電容器無功補(bǔ)償也就正常工作了。

3)系統(tǒng)功率因數(shù)高于目標(biāo)功率因數(shù)卻不切除電容器組，面板過補(bǔ)償報(bào)警指示燈亮。

現(xiàn)象如下：設(shè)定的日標(biāo)功率因數(shù)0.95，實(shí)際功率因數(shù)顯示0.97，電網(wǎng)處于過補(bǔ)償，控制器未切除過補(bǔ)償?shù)碾娙萜鳌?/span>

檢查發(fā)現(xiàn)電容器的交流接觸器因過熱燒壞，觸點(diǎn)燒結(jié)，接觸器不能斷開電容器回路，致使控制器無法切除電容器，電路始終處于過補(bǔ)償狀態(tài)。而后更換了交流接觸器后，自動(dòng)切除了過補(bǔ)償電容器之后，摔制器顯示正常。

4)欠電(過電壓)報(bào)警。排除電網(wǎng)自身過壓或欠壓后，檢查發(fā)現(xiàn)控制器輸入電信號(hào)不正常，控制器二次端子接線接觸不良，導(dǎo)致控制器接收的信號(hào)電不正常，從而導(dǎo)致控制器面板顯示過斥或欠壓報(bào)警，再更換了控制器二次插座，控制器面板的欠壓、過壓報(bào)警消除，控制器工作正常。

4運(yùn)行結(jié)果

表1、表2的數(shù)據(jù)是南京供電公司計(jì)量時(shí)本廠電度表讀數(shù)。

從數(shù)據(jù)可以看出，電容器無功補(bǔ)償?shù)男Ч黠@，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

5安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

5.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、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。可替代常規(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。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

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(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、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動(dòng)尋找投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

5.2型號(hào)說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

5.3產(chǎn)品實(shí)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(bǔ)償裝置智能電容方案

6結(jié)束語

電容器無功補(bǔ)償是個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，只要負(fù)荷波動(dòng)不大，電流變化不大，電容器投切的次數(shù)就減少，相對(duì)就比較的穩(wěn)定。像類似供電系統(tǒng)無較大負(fù)荷波動(dòng)設(shè)備、總的負(fù)荷也不大，這種無功補(bǔ)償更重要的是投資相對(duì)很小，經(jīng)濟(jì)合算，補(bǔ)償效果也不錯(cuò)，值得推廣。

在實(shí)際中，電容器補(bǔ)償還是有不足的，雖說采用可控硅來控制電容器的投切，大地提高的電容器投切的速度與準(zhǔn)確性，但由于可控硅等電子產(chǎn)品對(duì)環(huán)境溫度要求較高，在夏天的時(shí)候尤其要關(guān)注電容器柜散熱問題，這是需要注意的。

【參考文獻(xiàn)】

[1] GB／12747—1991自愈式低電壓并聯(lián)電容器[附錄A3]

[2] 丁國(guó)金.電容器無功補(bǔ)償在工廠供電系統(tǒng)中的應(yīng)用.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019版