运用智能集成电力电容器的配电网节能效果分析

摘要：设计一种新型节能型智能集成电力电容器，该电容器采用节能过零投切开关和智能网络控制结构，实现了节能化、智能化、网络化、集成化、提高可靠性的功能。通过在配电网中的应用，达到了降低电网损耗、节能节材、小型化、降低维护成本的效果。

关键词：集成；电容；过零投切

引言

解决好配电网的无功补偿问题，对网络降损节能较为重要。适当提高用户的功率因数，不但可以充分地发挥供电设备的生产能力、减少线路损失、减轻电网补偿的压力、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率，有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及经济效益均非常显著。因此，开发和推广节能型的智能电力电容器对我国电力节能具有显著的作用。

1 智能集成电力电容器的结构设计

节能型智能集成电力电容器，是在智能电器总体发展框架上开发出来的全新一代低压无功补偿装置。它由智能测控模块、晶闸管复合开关模块、线路保护模块及电力电容器等组成。智能集成电力电容器原理结构如图1所示。可替代原来由智能控制器、熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的成套自动无功补偿装置。改变了传统无功补偿装置的机械式接触器或机电一体化开关作为投切电容器的投切方式，改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式，从而使新型低压无功补偿设备具有补偿效果好、功耗低、体积小、节约成本多、使用灵活、维护方便、使用寿命长、可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的高要求。

2 节能型智能集成电力电容器的设计要点

2.1智能全自动组合的控制模式 ,实现过零投切

智能集成电力电容的设计要点就在于采用了电子实时检测信号反馈、无触点光电触发技术、晶闸管及磁保持继电器复合开关技术，实现了等电压投切，实现“过零投切”(投切涌流几乎为零)，免除了谐波注入。其智能全自动组合的控制模式，以无功功率、功率因数、无功电压等多种参数作为控制参数，实现了较佳的补偿组合。由于每台电容器都带有智能网络模块，可以形成主、从自动组合模式进行投切，相当于每台电容器都能充当控制器，实现了高可靠性。混合补偿是补偿效果较佳化的模式，智能集成电力电容器能够简单和高可靠性地实现分相补偿、混合补偿等复杂的较佳效果的补偿要求。由于智能集成化电力电容器具有目前国内较好的“过零投切”功能，确保电容投切过程中无涌流冲击、无操作过电压、无电弧重燃，提高控制的快速性，同时延长电容器的使用寿命。原传统的无功补偿装置使用交流接触器进行投切，交流接触器在分断电容器时，会产生很高操作过电压，是导致电容器损坏的重要因素。采用过零投切技术后，电容器的使用寿命延长了2～3倍以上。由此带来经济效益和社会效益无法估量。通过图2和图3可以明显地比较出过零投切与非过零投切对电容器寿命的影响。

2.2智能网络采用分散控制模式，寿命周期成本成倍降低

智能集成电力电容器取消总控制器，采用分散控制模式，每组智能集成电力电容器都有控制单元。使多组电容器的自动投切摆脱了全部依靠一个控制器的情况，杜绝因控制器故障导致整个系统。另外，多台智能集成电力电容器联网使用时，会自动生成一个网络，其中地址码的一个为主机，其余为从机，构成低压无功自动控制系统。如果个别从机出现故障，自动退出，不影响其余工作；如果主机故障，也要退出，在其余从机中产生一个新的主机，组成一个新的系统。容量相同的电容器按循环投切原则，容量不同的电容器按适补原则投切。并且具有485通讯接口，可以接入后台计算机，进行配电综合管理。总之，该产品采用智能网络技术，大大提高了运行可靠性及电容的足量投入，延长了补偿装置的寿命。采用相同容量的无功补偿装置，尽管智能集成电力电容器的价格比相同容量的传统电容相近或要高些，但与整体的无功补偿装置相比及整个寿命周期相比，智能集成电容器的成本成倍降低。

2.3模块化设计，扩容方便，维护简单

智能集成电力电容器实现了标准化、模块化，取代了传统的控制器、空气开关、交流接触器、热继电器、电容器，将其合为一个整体，组屏安装的时候采用积木堆积方式。多台电容器组屏安装，生产工时比传统模式减少60%以上，同时减少80%连接线，减少80%的节点，柜内简洁，使用现场快速组装。产品体积小，接线简单，随着用电用户电力负荷的增加，可以随时增加电容器的数量，改变了常规模式因接线复杂，一成不变的局限性，适应企业发展的需要，可以分期投资。产品本身高智能化，使用傻瓜化，安装非常简单，较易维护。若发现产品面板上故障指示灯亮，只要拆下电容器，换上新的，如同更换电池一样方便。不需要专业电工可及时维修，补偿效果大大提高，维护成本只有其他补偿装置的10%左右。据统计补偿装置维护的人工成本为5元/ kvar，若更换成智成集成电力容器，全国每年可节约1615亿元。

3 智能集成电力电容器的节能效果分析

常规补偿装置接通补偿电路需要交流接触器，交流接触器触点需要电磁线圈保持，每只交流接触器(按 CJ19继电器吸持容量计算) 需消耗15W，一般每一路可接通13kvar，相当于近1kvar电容补偿在开关上就要消耗1W多的电能。而智能集成电力电容器采用了磁保持继电器，磁保持继电器内，衔铁由永磁体吸持，电路接通后，不再消耗电能。因此，采用智能集成电力电容器后，电容接通后每kvar就比传统无功补偿装置减少损耗1W多。另外智能集成电力电容器体积比其他自动补偿装置缩小50%左右，因此减少了大量的导线、接点、器件等电能损耗，可降低此类损耗50%左右。

目前我国在用的配电变压器近500万台(数据来自中国国家电力监管委员会)，平均容量为200kVA，总容量近10亿kVA，无功补偿按配电变压器平均的1/3计算，现有配电变压器需无功补偿容量，3.3亿 kvar。如果将现有传统配电变压器无功补偿装置换成智能集成电力电容器，按1kvar省1W算(还不计减少导线、接点的电损)，则一年可节电28.91亿kWh，超过秦山核电站设计年发电量17亿kWh；可减少煤耗109.86 万t，减少气体CO2排放量285.64万t ，相当于增加净化空气的森林面积7616.94km2；可减少气体SO2排放量517万t，气体NO2排放量3.36万t ，大量节约煤炭资源，减少环境污染。近来全国电力负荷年增长10%以上，配电变压器年增长容量为1亿kVA，相当于每年新增约37万台315kVA变压器。则低压电力电容器每年新增3333万kvar，可节电近3亿kWh。

4 安科瑞智能电力电容器产品介绍

AZC／AZCL系列智能电容器通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找较佳投入（切除）点，实现无弧通断；保证过零投切，无涌流、触点不烧结、微能耗、无谐波；同时具有抗干扰、防雷击和电源缺相、空载跳闸的保护功能，特别适用于无功补偿时切换电容器，不需加装散热器。

该系列智能电容器采用LCD液晶显示器，可实时显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等电参量。

（1）AZC系列智能电容器采用晶闸管复合开关投切，较佳投切点，实现无弧通断；完善的保护功能，集成在一个模块内，安装方便。

AZC系列智能电容器选型：

（2）AZCL是在AZC基础上，串接合适电抗率（7%适用于5/7次以上谐波环境，14%适用于3/5/7次以上谐波环境）的电抗，可有效解决谐波，避免谐振放大谐波，保护电容柜本身寿命。

AZCL系列智能电容器选型：

5 结语

智能集成电力电容器实现过零投切，采用全自动组合控制模式，提高了可靠性，达到每kvar比传统补偿装置节省1W的节能效果，且具有小型化、性能优越、成本低等优势，是无功补偿的理想设备。 

【参考文献】

• 王和忠.节能型智能集成电力电容器在配电网的应用[J].节能，2008年第9期
• 朱海松.并联无功补偿装置对电网谐波的影响[J].电力电容器，2005(2)：19-22
• 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版
• 安科瑞电能质量监测与治理选型手册.2019.11版