低压智能无功补偿系统的设计与应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇低压智能无功补偿系统的设计与应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要 本文介绍了无功补偿原理，分析了传统无功补偿系统与智能化无功补偿系统的优缺点。重点介绍了智能化无功补偿系统的设计与应用，智能化无功补偿控制器和智能电容器间的通信设计以及远程无线监控系统的设计与研究，通过典型案例的设计和运行数据分析，验证设计的合理性、安全性。

关键词 智能化；无功补偿；无线监控；短信报警；谐波分析

中图分类号TM761 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）85-0139-02

1 无功补偿的原理及发展方向

1.1 无功补偿的原理[1]

将电容器和电感并连在同一电路中，电感吸收能量时正好电容器释放能量，而电感放出能量时电容器却在吸收能量。它们之间产生能量的交换，即感性负荷所吸收的无功功率，可由电容器所输出的无功功率中得到补偿。

如图1，设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q吸，设置无功补偿装置后，补偿无功功率为Q吸，则电源输出的无功功率减少为Q'=Q吸-Q吸，功率因数由COS提高到COS'，视在功率S2减少到S1。视在功率的减少可相应减少供电线路的截面和变压器的容量，减少设备投资成本。则有：，电压损耗计算公式： 。由此可以看出，采用无功补偿措施后电源输送的无功功率减少了，相应的也使电网和变压器中的功率损耗下降，提高供电效率。

1.2 无功补偿系统的发展方向

随着智能电网建设步伐的加快，电力设备智能化已经成为了趋势，因此，电力设备需在状态监测、状态检修、遥视等方面做相应的技术改进，无功功率补偿系统在电力供电系统中承担着提高电网功率因数、降低无功损耗、提高用电效率、改善供电环境的重要作用，在我国，电力浪费数量巨大，部分地区电网质量严重超标，在配电系统中用户消耗的无功功率约占总功率的50%～60%[2]，其余的无功功率全部消耗在电力配电系统中；因此，合理的设计或改造这个供电系统，有利于减少电网损耗，提高电网质量；而智能化无功补偿能满足坚强智能电网的要求，能实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。

电力设备的智能化需求成为了无功补偿系统发展的动力和方向，因此，近年来，智能化的无功补偿系统渐渐成为了市场需求的主体，而传统的无功补偿系统由于自身结构复杂、接线繁琐，不易维护等原因，渐渐被智能化无功补偿系统超越甚至取代。

2 智能无功补偿系统的设计

如下图2所示，此智能无功补偿控制系统由智能综合集成模块、智能无功补偿控制器、数据集中通讯器、远程数据中心（监控软件）、报警中心和客户端组成。

其中，智智能综合集成模块和智能无功补偿控制器间通过RS485通信接口连接，其间没有像传统无功补偿那样有复杂的二次线连接，大大降低了二次接线的难度，减少接线时间。远程数据中心、报警中心和数据集中通讯器间采用CDMA无线传输通信方式，这种通信方式对距离的要求较低，能实现数据快速传输；数据中心和客户端采用互联网网络接入方式，这种通信方式通用性强，成本较低，为用户降低运行成本。

2.1 智能综合集成模块介绍

智能综合集成模块采用一体式设计，内有干式电容器、滤波电抗器、智能测控单元（采用单片机设计）、晶闸管复合开关和线路保护单元组成，智能控制模块内传感器可采集电容器运行时的电流，可采集电容器电压等参数，通过数据传输给无功补偿控制器，从而实现过压、欠压、过流、缺相、开关故障、三相不平衡保护等；此智能模块采用“过零投切”技术，确保电容器投切时无涌流产生，除去涌流对电网的冲击。回路串联滤波电抗器，降低非线性谐波电流对电网的危害。此系统可实现系统自愈功能，当有一台智能综合集成模块出现故障时，系统可将故障设备切除，将另外一台正常设备做主机，重新构建起新的补偿系统，从而达到系统自愈的功能。智能无功补偿控制器有液晶显示面板，可显示运行参数，让用户对补偿系统运行情况一目了然。

此智能综合模块可替代传统无功补偿系统中的控制器、熔断器、接触器、热继电器、电力电容器、指示灯、电流电压表，安装、维护方便，节省安装空间，减少二次接线，减少维护。

2.2 配电监控系统介绍

该系统由监控软件平台、智能采集单元、数据集中通讯器、远程服务器及报警中心组成。用户可通过监控平台远程监控补偿系统的运行情况，可监控补偿系统的功率、功率因数、电流、电压等参数。此系统还可以通过自带开关量和外接开关量监控模块等实现开关量的监控和报警功能。配电监控系统使用的无线数据集中通讯模块带有4路DC24V开关量输入。当开关量状态发生变化时，监控模块便会将此变化上传至远程数据监控平台。通过对监控系统软件的设置，用户可在用户端软件或以收到短消息的方式收到此开关量变化信息，最大限度保护设备安全。

3 应用实例设计

根据对某造船厂调查，该造船厂有用到变频器、计算机、焊接设备、起重机等设备，这些设备的广泛应用，会产生大量的高次谐波，而高次谐波对电力系统的影响很大，谐波能使变压器及电动机发热而降低效率，也能使线路过载发热，开关跳闸。经调查发现该厂电网功率因数大多在0.7～0.8之间，本次设计选取补偿前功率因数为，补偿后功率因数为，变压器容量为2*1600kVA，根据所需要的补偿容量Qz的计算公式 ，为最大负载月平均有功功率，按照公用变变压器最大负载率为75%计算，容易算得单台变压器补偿容量Qz=1600*0.75*（1.02-0.484=643.2KVAR），根据以上计算，得到船厂10kV配电室低压补偿容量为每台变压器需要640KVAR的补偿容量。

3.1 补偿方案设计

图3为补偿控制方案一次图，图中选取TCD型无功晶闸管开关模块作为投切开关，TCD型无功晶闸管开关模块是一种能够对电力并联电容器进行快速投切的电子型功率器件模块，其电气结构主要由大功率反关联晶闸管模块、隔离电路、触发电路、同步电路、保护电路及驱动电路组成，并配有控制开关导通或截止的接线端子，控制逻辑电压0V（截止）、12V（导通）[3]。

针对此项目设备会产生大量谐波，且非线性负荷大于60%，因此需设置有源滤波器抑制谐波产生；由于该厂有大量5次及以上谐波，因此选取P=7%的电抗器，有效电流=66A；这样既能抑制高次谐波产生，增加电容器寿命，又能避免系统发生谐振[4]。由于回路中串联了电抗器，电容器两端电压会有所升高，因此对应于7%的电抗器选用电容器电压为480V。

3.2 散热系统

当补偿容量≥200kVar，需强迫风冷，最小流量（m3/h）≥0.75倍补偿容量，考虑到散热要求和系统的可靠性，每面补偿柜内装设两个轴流风机，当其中1个风机出故障停止运行时，另一个风机的通风量能满足系统通风量的要求[5]。

4 补偿效果测试

为检测实际效果，用数字式谐波分析仪对变压器运行情况进行监测，发现补偿投入后比补偿投入前谐波大大降低。该智能无功补偿装置投入运行后， 有效地抑制了高次谐波，没有出现谐波放大现象。且该智能无功补偿系统运行良好，没有发生设备出现误跳闸情况，系统运行稳定。平均功率因数由投入前的0.7～0.8提高到投入后的0.95以上，完全满足配电系统的运行要求。

5 结论

本文通过智能化无功补偿系统的原理分析与案例设计，达到正确合理选择无功补偿系统的效果，该系统不但能满足智能电网建设的要求，能实现对补偿系统的远程监控及数据遥测，而且能降低设备故障率，提高设备运行的稳定性，减少谐波对电网的污染。

参考文献

[1]施文冲.现代电力无功补偿技术与设备[M].北京：中国电力出版社，2010：232-238.

[2]郁大田，蒋贞勇，等.浅谈电网无功功率补偿[J].中国科技信息，2011，3：18-19.

[3]陈元招.零投切开关的智能低压电力电容器设计[J].低压电器，2010，10：16-20.

[4]陈戌生.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1996.

[5]王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2006.