低压电容器无功补偿在工业企业供电系统中的应用

摘要：我厂在0.4kV低压侧采用了电容器集中补偿方式来提高功率因数。为保证功率因数达标，电容器的频繁投切是必然的。而在投切过程中会产生过电压与过电流的危害，本文从电容器本身的优点、无功自动补偿控制器的原理等方面上来阐述如何减少投切次数，提高电容器的使用寿命，还对电容器运行中出现的问题分析原因并进行故障排除。

关键词：电容器的频繁投切；危害；无功自动补偿控制器；故障排除

1电容器特点

电容器投切时产生过电流与过电压，这是不可避免的。频繁的过电压与过电流的危害主要有：①使电容器的绝缘介质老化过程加速；②过电压使得自愈性电容器自愈性能提前失效；③使电容器的局部放电加剧，促进绝缘老化和电容量衰减；④冲击过电流使得自愈式并联电容器喷金层与金属化层的接触状况变坏，甚至出现喷金层脱落；⑤过电流提高了运行温度，缩短使用寿命。日本通过研究，得出热老化温度越高，寿命越短。

为适应电容器投切中的过电压与过电流的危害首先在电容器的选型上，采用的德国AEG电容器有四个方面的优点：①在结构上：AEG电容器采用干式绕组，装在铝制圆筒内，其电介质为低损耗的金属化聚丙烯薄膜。电容器由三组电容组成，电气上相互绝缘地同心布置在铝管芯上，三组电容按星形或三角形连接。AEG电容器因采用于式结构，可安装在任何场所，其内部充满保护气体(N₂)，具有不可燃性；②在承受大电流负载方面：电容器必须承受投切过程中产生的大电流峰值，且不影响电容器寿命。而AEG电容器承受高浪涌电流可达到350倍额定电流，使用寿命达到130000小时；③电容器的自愈性性能：在切换操作过程中，低压电网的电压值可能达到额定电压的3倍，这是不允许的。而AEG电容器特点在于只要该电压强度将电介质击穿，电容器的自愈性功能发生作用。自愈之后，AEG电容器可以继续运行；④自动断开有故障的电容器特点：AEG电容器都带有过压力膨胀熔断器。如果故障点反复自愈，导致内部压力上升并达到一定数值，膨胀式熔断器即动作。这时，铝制圆筒顶盖会轻微鼓起，熔断器在设计的断裂处被拉断。膨胀式熔断器可以将AEG电容器安全的从电力系统中断开。

综上所述，AEG电容器在性能上有良好的自愈性、故障分离、抗过电流与过电压的特性，能够较好的适应工作。 

2无功补偿控制器

在减少电容器投切次数方面，采用了BYFC2OOOF控制器，其控制的原理采用功率因数和无功功率两个控制参数控制电容器的投切。

控制原理：当电网的功率因数低于目标功率因数时，BYFC20OOF便计算当前电网的功率因数提升到目标功率因数时所需要补偿的无功功率，当所需无功功率大于单组小电容器组容量的0.65倍时，控制器决定投入电容器组，经过定义的延时时间后，如投入的条件仍然成立，控制器马上投入控制信号；当所需无功功率远远大于小电容器容量时，控制器可能一次性多只电容器组，为了满足电磁兼容的要求，一次性投人多只电容器组的总容量不大于补偿系统大单只电容器的容量，一次性的到位补偿，避免多余的投切环节，提高了接触器和电容器的使用寿命；当补偿无功功率小于单组电容器小值的0.65倍时，BYCF2000将拒绝投切。为了应对电网负荷变化比较快的场合，BYCF2OOO使用延时时间内的无功功率平均值作为投切电容器组时的无功依据。

该控制器的优势在于：①电容器的投切有启动门槛，低于单组电容器0.65倍，电容器是拒绝投入；②投切电容器时，都有延时时间。有了时间的设定，对于突然波动的负荷而后又恢复了可以很好的避免电容器来回的投切，很好的减少了电容器的投切的次数；③利用无功功率平均值作为投切电容器的无功依据，以上三条很好的减少了电容器投切的次数，从而减少了过电流与过电压的产生，也将降低了投切频繁的危害。 

3实际使用中遇到的问题与故障排除

在电容器投运时，曾出现以下问题。

1)功率因数总是显示1.000不能自动投切。在变电所建成初期，因现场负荷甚小，只有施工用电时，曾经出现过这种现象。后由控制器的说明书得知：当电流信号小于50mA时，控制器检测不到电流因而不工作，此时对应的功率因数显示1.000；只有当电流信号大于50mA这一门限值，控制器才能检测到电流，控制器才会工作，才能投切电容器。参照CT变比400O：5，对应母线电流小于40A时，控制器不会无功补偿的。

2)系统功率因数低于目标功率因数却不投入电容器组，面板欠补偿指示灯亮。

现象如下：设定的目标功率因数0.92，实际功率因数显示0.90，功率因数控制器不在投入电容器了，发出欠补偿指示。

检查发现分补回路中有一路的可控硅上已经烧坏、电缆烧糊、高分断保险烧坏2只，出现此现象时，表明了分补回路中过电流保护动作，控制器无法通过可控硅来控制电容器的投切，自然不能无功补偿了，从而导致欠补偿。在更换了保险、可控硅后，电容器无功补偿也正常工作了。

3)系统功率因数高于目标功率因数却不切除电容器组，面板过补偿指示灯亮。

现象如下：设定的日标功率因数0.95，实际功率因数显示0.97，电网处于过补偿，控制器未切除过补偿的电容器。

检查发现电容器的交流接触器因过热烧坏，触点烧结，接触器不能断开电容器回路，致使控制器无法切除电容器，电路始终处于过补偿状态。而后更换了交流接触器后，自动切除了过补偿电容器之后，摔制器显示正常。

4)欠电(过电压)。排除电网自身过压或欠压后，检查发现控制器输入电信号不正常，控制器二次端子接线接触不良，导致控制器接收的信号电不正常，从而导致控制器面板显示过斥或欠压，再更换了控制器二次插座，控制器面板的欠压、过压消除，控制器工作正常。

4运行结果

表1、表2的数据是南京供电公司计量时本厂电度表读数。

从数据可以看出，电容器无功补偿的效果明显，达到了设计的要求。

表1  400V I段

表2  400V II段

5安科瑞AZC/AZCL智能集成式电容器介绍

5.1产品概述

AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、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自动无功补偿装置。具有体积更小，功耗更低，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更高要求。

AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、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。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

5.2型号说明

AZC系列智能电容器选型：

AZCL系列智能电容器选型：

5.3产品实物展示

AZC系列智能电容模AZCL系列智能电容模块

安科瑞无功补偿装置智能电容方案

6结束语

电容器无功补偿是个动态的过程，只要负荷波动不大，电流变化不大，电容器投切的次数减少，相对比较的稳定。像类似供电系统无较大负荷波动设备、总的负荷也不大，这种无功补偿更重要的是投资相对很小，经济合算，补偿效果也不错，值得推广。

在实际中，电容器补偿还是有不足的，虽说采用可控硅来控制电容器的投切，极大地提高的电容器投切的速度与准确性，但由于可控硅等电子产品对环境温度要求较高，在夏天的时候尤其要关注电容器柜散热问题，这是需要注意的。

【参考文献】

[1] GB／12747—1991自愈式低电压并联电容器[附录A3]

[2] 丁国金.电容器无功补偿在工厂供电系统中的应用.

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019版