箱式变新型无功补偿装置中智能集成电力电容器的应用.pdf

箱式变新型无功补偿装置中智能集成 电力电容器的应用 王和忠 （浙江昌泰科技股份有限公司，浙江 温州 325025） 摘要：介绍了箱式变电站无功补偿装置中智能集成电力电容器的组成、特点及应用情况。 关键词：箱式变电站；功率因数；电力电容器 中图分类号：TM406文献标识码：B文章编号：10018425（2009）03003703 1 前言 由于结构紧凑、占地少、外形美观等原因，箱式 变（包括美式箱变和欧式箱变）的应用越来越广泛。 但箱式变在运行中普遍存在无功补偿装置中的电 容器容量不足问题。 这个问题导致在额定容量运行 时功率因数偏低， 达不到电力部门要求的09或以 上的标准。 由于箱式变的应用较为广泛，解决箱式 变无功补偿不足问题对于提高供电系统及负载的 功率因数，降低电网损耗具有现实意义。 2 原因分析 箱式变结构紧凑且体积小，补偿电容器容量与 变压器容量比为15左右，达不到无功补偿容量为 变压器容量的3040的一般要求。当负载偏重于 感性时， 使补偿不足， 功率因数不能达标。 如 630kVA箱式变电站， 配置补偿电容器为120kvar 130kvar。 箱式变空间狭小，并为封闭型，使箱内温度 偏高。 根据规定，电容器补偿的环境温度超过40 时应退出运行。 实测补偿室内温度在额定负载运行 超过40，特别是夏天，环境温度加上接触器发热 引起温度升高， 笔者实测箱式变中温度达60以 上，对电容器组正常运行极为不利。电容器组采用熔 断器作短路及热继电器进行过载保护。 因补偿室内 温度偏高，常出现热继电器误动，致电容器组控制接 触器失电，断路跳闸，补偿电容器退出运行，致无功 补偿不足。 3 传统解决措施 保留电容器组熔断器的短路保护， 退出过载保 护，对热继电器控制回路常闭辅助触点短接，防止因 温度高误动。 在低压室补偿电容器下方装低噪声轴 流风机，自动控制风机，确保安全运作。 在感性负载 集中处就地补偿，或在箱式变附近加补偿装置。上述 措施实施后， 可以改善补偿效果， 明显提高功率因 数，使变压器容量能得到充分利用。但实际上采取以 上解决问题的同时， 实质上箱式变本身的无功补偿 能力并没有得到解决（如加装设备），同时带来了高 温运行不可靠性因素，加快了电容的老化和衰减，加 装了设备等于扩大了投资。因此，超越原来的解决方 法，在传统无功补偿装置的原理和产品上进行创新， 才是解决箱式变无功补偿不足问题的根本。 经过研 究人员和企业研发人员的共同努力，通过产品创新， 一种全新的无功补偿装置智能集成电力电容器 Application of Intelligent Integrated Power Capacitor in New Re- active Power Compensation Device of Integral Substation WANG Hezhong （Zhejiang CATA Technology Co,Ltd, Wenzhou 325025, China） Abstract：The structure,characteristic and application of the intelligent integrated power capacitor reactive power compensation device in integral substation are introduced Key words：Integral substation；Power factor；Power Capactior 第 46 卷 第 3 期 2009 年 3 月 TRANSFORMER Vol46 March No3 2009 第 46 卷 应运而生。 智能集成电力电容器因为具有高度集成 而小型化、过零投切耗能低、补偿效果好等特点，从 根本上解决了箱式变由于空间狭小、 传统接触器投 切开关产生热量大等问题， 使箱式变能安装足够容 量的补偿装置，解决无功补偿不足的问题。 4 智能集成电力电容器 随着微电子技术、 数字控制技术及通信与网络 技术的高速发展和广泛应用， 国外智能电器得到了 长足的发展。电器向紧凑型、模块化和组合化型式发 展。 智能化、集成化、网络化、可靠性、可用性、可维 性、节能、环保和安全成为智能电器发展的主流。 智 能集成电力电容器正是在智能电器总体发展柜架上 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，替代了原来由智能控制器、熔丝、 复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容 器及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 置落后的控制器技术和落后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技术， 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 使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好、功 耗更低、体积更小、节约成本更多、使用更灵活、维护 更方便、使用寿命更长及可靠性更高的特点，适应了 现代电网对无功补偿的更高要求。 智能集成电力电 容器的原理框图如图1所示。 5 智能集成电力电容器在箱式变应用的优势 智能集成电力电容器不仅具有智能化程度高、 补偿效果优化（实现混合补偿）、领先的过零投切技 术，对箱式变来说最主要是它具有高度集成小型化、 能耗小等特点， 满足了箱式变无功补偿装置空间小 的特点，应用起来效果良好，其优势如下。 （1）高度集成小型化，解决了因空间小补偿不够 的问题。 由图2、图3及图4可以直观看到智能集成 电力电容器与传统无功补偿设备的比较。 与同容量 的补偿设备相比， 它占有空间不到原来的50，接 线节省80。 在箱式变中，原来同样大小的空间，可 以布置2倍以上原传统无功补偿设备的容量， 大大 提高了箱式变的无功补偿容量。 （2）低能耗，解决了运行温度高问题。 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。箱式变空间小，又较密闭， 散热条件差， 由于原传统无功补偿设备使无功补偿 室温度高，发热量大，致使电容器运行条件差，易引 热继电器动作，使电容器退出运行；还使电容器运行 条件差，造成电容使用寿命缩短。智能集成电力电容 器因采用磁保持继电器，能耗极低，无功补偿室不会 因此而温升过高， 这样就解决了原来电容器因温度 LED 数码管显示 键盘 RS485 通讯模块 CPU主控单元 电流采集 单元 电压采集 单元 LED数码管 显示 键盘 CPU主控单元 电流采集 单元 电压采集 单元 RS485 通讯模块 电容器 投切 单元 电容器 电容器 投切 单元 电容器 图1智能集成电力电容器原理框图 Fig1Principle diagram of intelligent integrated power capacitor 图2原理图 Ib RS483 UAUBUC FUFU kA V kA V kTkT CC （a）传统无功补偿装置 UAUBUC Ia 智能 集成 化电 力电 容器 RS485 （b）智能集成电力电容器 控制器 Fig2Principle diagram 38 王和忠： 箱式变新型无功补偿装置中智能集成电力电容器的应用 第 3 期 高退出运行、温度高影响电容寿命等问题。 （3）模块化设计，安装、检修、扩容方便。 由于箱 式变空间狭小，安装和检修箱式变非常困难，不便 操作。 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 电器和电容器，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，在使用现场快速组 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，极易维护。 若发现产品面板 上故障指示灯亮，只要拆下电容器，用新的换上，如 同更换电池一样方便。 不需要专业电工，维修及时， 使补偿效果大大提高，维护成本只有其他补偿装置 的10左右。 6 总结 该产品在某电力系统多台箱式变检修中采用， 安装方便，运行可靠，补偿效果好，得到安装人员和 用户的好评。 在新项目箱式变的设计中也已被多家 设计单位采用，尤其在美式箱变中，其优势更加突 出。 （a）传统产品（b）智能集成电力电容器 图3实物图 Fig3Picture 智能集成 电力电容器 图4在箱式变中的应用 Fig4Application to integral substation 收稿日期：20081024 作者简介：王和忠（1974），男，浙江温州人，浙江昌泰科技股份有限公司高级工程师，从事无功补偿技术的研究工作。 ! 3Ellingson E F Transformer noise abatement using tuned sound enclosure panelsD Transmission and Distribution Conference and Exposition，IEEEPES，1979：184191 4Teoh C, Soh K, Zhou R, et al Active noise control of transformer noiseJ IEEE Energy Manag Power De- liv，1998，2（35）：747753 5Blanc C,Chritin V,Van Lancker E,et alA- coustic mapping for active transformer quieting applica- tions based on a modular DSP platform DIEEE In- dustrial Electronics Society, 2005 IECON 2005 32nd Annual Conference of IEEE 2005，11：5 6Keerthipala W W L,Zhou R J,Tan E LElectron- ic circuits for active control of acoustic noise generated by high voltage transformersD IEEE Power Electronic Drives and Energy Systems for Industrial Growth1998， 1：243248 7Shigeyasu K, Kazunobu K Vibration suppression con- troloftransformercoreusingHcontrolindustrial electronics, control, and instrumentationD Proceedings of the 1995 IEEE IECON 21st International Conference on Volume 2，610，Nov 1995，2：902907 收稿日期：20071111 作者简介：邓王君（1983），女，河北保定人，华南理工大学电力学院硕士研究生，主要从事电气传动和智能控制方面的研 究工作。 （上接第36页） 39