摘要:本文分析了目前社會普遍使用低壓無功自動補償裝置的現有結構模式存在的問題，提出了低壓無功補償器智能化的具體結構和基本功能；并對設計方案中若干技術問題如補償方式的選擇、主接線方案、晶閘管開關電路、智能型自動控制器等加以分析。
　　關鍵詞：結構變革；智能型；低電壓；無功補償；技術方案
　　前言:
　　低壓無功自動補償裝置的使用能夠降低供配電設備電能損耗、提高供配電設備利用率，并在一定程度上改善供配電電能的電壓質量，因此歷來受到供電企業和用電客戶的高度重視，受到非常廣泛的應用。
　　1低壓無功自動補償裝置結構革新
　　1.1目前社會普遍使用低壓無功自動補償裝置結構分析
　　傳統低壓無功自動補償裝置結構如下圖1所示
　　圖中C1～Cn：低壓電力電容器組；
　　KA：交流接觸器，投切低壓電力電容器；
　　FU：熔絲，電流保護之用；
　　L：電感，電容器投運瞬間限流；
　　R：電阻，電容器退運放電之用。
　　
　　
　　圖1傳統低壓無功自動補償裝置結構圖
　　近幾年來，低壓無功自動補償裝置的技術在不斷進步中，但這些進步主要表現為改進、提高或者完善圖1中所示的各種部件的性能、質量，而沒有改變裝置的結構形式。
　　傳統低壓無功自動補償的這種結構模式主要存在如下不足：
　　（1）實現電容器過溫、三相不平衡、斷相保護以及故障自診斷等進一步智能化困難；
　　（2）控制器是整個裝置可靠性的瓶頸，一旦故障，則整臺裝置停止工作；
　　（3）容量的可擴性差，產品一旦形成，容量的擴展十分困難；
　　（4）設備的可維性差，故障的現場快速診斷和處理比較困難；
　　（5）產品結構復雜、體積龐大，不易標準化、規范化，生產的流水化困難，生產成本較高。產品不便于遠距離運輸，生產廠家均在用戶附近，不能形成規模化生產，影響了產品的質量。
　　1.2、低壓電力電容器智能化方法
　　低壓電力電容器智能化就是降低壓電力電容器設計成一種高度智能化的低壓無功自動補償的單體裝置，可以將其積木式簡單組裝成各種形式的低壓無功自動補償裝置。
　　下圖2所示是低壓電力電容器智能化的一種方法：
　　
　　
　　快速斷路器總電源接入端、總開關、電流速切總保護。
　　智能組件智能化載體
　　配電電壓測量和配電功率因素測量的電壓取樣，以及過壓、欠壓、失壓保護取樣。
　　零投切開關電器組件投、退電容器開關以及電容器過壓、欠壓、失壓、過流、斷相、三相不平衡、過溫等保護出口。
　　微型CT電容器電流測量取樣以及電容器過流、斷相、三相不平衡保護取樣。
　　微型溫度傳感器電容器溫度測量與保護取樣。
　　低壓電力電容器容性負載，補償配電線路中的感性負載。
　　液晶顯示屏與按鍵人機對話之用。
　　聯機接插件相互之間或與外設之間聯機之用，構成系統工作。
　　配電CT輸入插件配電電流取樣。
　　
　　
　　
　　圖2智能型低壓無功補償器單體工作原理示意圖
　　智能型低壓無功補償器單體主要由低壓電力電容器、智能組件、開關器件、保護組件和人機聯系組件等組成，可實現如下基本功能：
　　控制根據無功功率缺額分相投切，基于機械觸點的零投切開關零電壓導通與零電流斷開，自動/手動切換；
　　測量CT相位與變比自動校正，配電電壓與電流、無功功率與功率因素測量，電容器三相電流與表面溫度測量；
　　信號投運、退運、自診斷故障提示；
　　保護雷擊、過壓、欠壓、涌流保護，電容器過電流、三相不平衡、斷相和過溫保護（過溫能反映過電壓、過諧波、電容器泄露嚴重和環境溫度過高等情況）；
　　查詢按鍵與數碼管，或者紅外或者藍牙抄表器或GPRS采集多種方式任選其一；
　　統計配電電壓、有功功率、功率因數等監測統計；
　　積木式組合自動產生一個主機，其余則為從機，構成系統工作，個別從機故障自動退出，不影響工作，主機故障自動退出后其余從機中自動產生一個新的主機，組成一個新的系統工作，根據無功功率缺額進行投切，容量相同的電容器按循環投切原則，容量不同的電容器按值投切。
　　2若干問題分析
　　2.1△－Y共補與分補相結合的接線
　　2.1.1三相共補的接線
　　傳統的低壓補償都是采用三相共補的方式，根據控制器統一取樣，各相投入相同的補償容量。適用于三相負載基本平衡、各相負載的cosφ相近的網絡。
　　三相分補方式就是各相分別取樣，各相分別投入不同的補償容量。適用于各相負載相差較大，其cosφ值也有較大差別的場合。與三相共補的不同特點是：①單臺并聯電容器的額定電壓為230V，Y接；②控制器分相進行工作，互不影響。當然，其價格高于三相共補的裝置，一般要貴20％～30％。
　　2.1.2△－Y共補與分補相結合的接線
　　此方式是三相共補與三相分補相結全的接線方式。三相共補部分的電容器為△接線，三相分補部分的電容器為Y接線，此方式適用于各種網絡。這種接線方式的補償裝置，運行方式機動靈活。
　　2.2對三種接線方式的探討
　　（1）從補償效果來看：三相共補及分相補償結合的接線（△-Y）的效果最好，最靈活；三相分補接線（Y）效果較差；三相共補接線（△）效果最差
　　（2）從經濟角度來看：三相共補接線（△）的價格最經濟；三相共補及分相補償結合的接線（△-Y）的價格較貴；三相分補接線（Y）的價格最貴。
　　2.3并聯電容器的投切開關
　　2.3.1雙向晶閘管開關電路
　　現代的并聯電容器的投切開關是采用雙向晶閘管的無觸點開關電路取代交流接觸器用于投切電容器的接線如圖3（a）所示。其優點是過零觸發，無拉弧，動作時間短，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：①采用雙向晶閘管制造成本高；②晶閘管開關電路運行時有較大的壓降；③晶閘管電路的本身也是諧波源，大量的應用對低壓電網的波形不利。因此，除了對晶閘管開關電路加以改進外，還應使之在完成開合閘操作后退出，仍由與之并聯的接觸器維持電容器的正常運行。
　　
　　圖3晶閘管開關電路的接線方案
　　（a）晶閘管雙向反并聯（b）晶閘管和二極管反并聯
　　2.3.2晶閘管和二極管反并聯的開關電路
　　一個晶閘管和一個二極管反并聯的接線方案如圖3（b）所示。與圖3（a）的接線方案對比，由于相同容量的二極管的價格低于晶閘管，故用一只晶閘管和一只二極管反并聯的無觸點開關電路制造成本較低，而技術性能相近，但反應時間則較漫些，切除電容器時，從切除指令的輸出到工作任務的完成，可以在半周波內完成，（即時間t≤10ms）。如采用圖3（b）的方案，由于二級管的不可控性，通常其切除時間要在0．5～1Hz之間，即切除時間t≤20ms。
　　2.3.3等電壓投零電流切的新型無觸點開關電路
　　等電壓投零電流切的新型無觸點開關電路，其運行操作順序說明如下：當投入電容器時，先由微電腦控制器發出信號給開關電路，使之在等電壓時投入電容器，微電腦的控制器緊接著又發信號給接觸器，使其觸點也閉合，將晶閘管開關電路短路，由于接觸器閉合后的接觸電阻遠小于開關電路導通時的電阻，達到了節能和延長開關電路使用壽命的目的。當需要切除電容器時控制器先發信號給接觸器，使接觸器觸點斷開，此時開關電路處于導通狀態，并由開關電路在電流過零時，將電容器切除。本方案的優點是：運行功耗低、涌流小、諧波影響小，制造成本低，開關電路和接觸器的使用壽命長。
　　2.4、智能型自動控制器
　　2.4.1檢測量和控制目標
　　檢測量主要有cosφ、無功功率Q和無功電流Iq三種，80年代中期多選用以cosφ為檢測量的控制器，執行手段是投切電容器，補償的最終目的是減少進出電網的無功功率。現代的使用方案是檢測量為Iq的控制器，利用了相電壓u由正到負過零的瞬間，恰好就是A相無功電流最大值Iqmax的原理，用相電壓u負過零信號控制，采用開關和簡單的保持電路，以完成對Iq實時檢測。這種方案的優點是：檢測方法簡單，不會發生震蕩，補償效果與電網電壓的波動無關。
　　2.4.2檢測點的設置方案
　　有兩種選擇方案：①控制器輸入電壓和電流信號的檢測點設在補償設備的前端，如圖4中的A點處；②檢測點設在補償設備后端如圖4中的B點處。
　　
　　圖4自動控制的檢測點
　　檢測點A由于不能直接檢測負載的無功功率，不易實現多組電容器的一次快速投切，較慢地達到應補償值，僅適用于負載運行較平穩，無大容量沖擊負載，不需要快速動態補償的場合。如接于檢測點B，其優點是僅根據負載Q和Iq測得值，決定電容器投入組數，是一種只管投切，不控制補償后實際效果的控制方式，其優點是控制方式簡單，可一次快速投切多組電容器，缺點是靜態補償的精度較差。有關專家還提出了兼顧兩者優點的閉合控制方式，即檢測點設在A處，檢測補償后的無功功率ΔQ，又通過ΔQ求得負載的全部無功功率Q，即完全補償時所需投入的全部電容器的無功功率，這種由變動量求總和的設想，可通過微機來實現，又因可一次投入應投的全部電容器，獲得快速的動態補償特性，是目前公認的比較理想方案。
　　2.4.3對自動控制器性能及質量的要求
　　為了提高自動控制器的技術性能和可靠性，電力行業標準DL／T597－1996《低壓無功補償器訂貨技術條件》，對控制器的基本功能提出以下要求：①應具有電容器投入及切除門限設定值、延時設定值、過電壓保護設定值的設置功能；②對可按設定程序投切的控制器，應具有投切程序設置功能；③面板功能鍵的操作應有容錯功能；④面板的設置應具有硬件或軟件閉鎖功能。
　　2.4.4配電綜合測控儀和無功補償自動控制器一體化
　　無功補償自動控制器和配電綜合測控儀的一體化問題是城網改造提出的配電網自動化問題。數據采集的范圍包括：電壓、電流、功率因數、有功及無功功率、有功及無功電量、諧波電壓、諧波電流，每日電壓和負載電流的最大值和最小值，停電時刻、來電時刻及累計停電時間，每相過電壓、欠電壓及缺相時間等參數，數據儲存期為2個月。且具有RS232／485通訊接口，可采用現場或遠程采集的方式。顯示方面采用液晶顯示器，全中文直觀顯示配電變壓器運行的有關參數。無功補償智能化控制方面取樣的物理量為負載的無功功率Q；可對Δ－Y電容器組的任意組合方式進行調節；防止無功投切震蕩及補償呆區；當電網中發生過電壓、欠電壓、缺相、諧波或零序電流超標及電容器溫升超標時，快速切除補償電容器。
　　4結束語
　　堅持科學發展觀，以節能減排為基本國策，使用最好的節能減排產品，為國家又好又快發展做貢獻；以最小的資源成本，獲得最大的經濟效益，為電網安全經濟運行努力；為用電企業發展節省資金，降低生產成本而服務。