浅谈智能电容器在低压配电网末端的应用

摘要：电容器优化配置和投切是配电网络优化的一项重要内容。电容器优化配置，侧重对电容器优化投切的各种算法进行了详细评述，分析了各种算法的特点及存在的问题，以促进该研究领域的进一步发展。

关键词：电容器 ；配电网 ；算法

引言

        无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，无功补偿可以降 低供电变压器及输送线路的损耗，提高供 电效率，改善供电环境。所以无功功率补 偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺 少的非常重要的位置。合理地选择补偿装 置，可以做到减少网络的损耗， 使电网质量提高。反之，如选择或使用不当， 可能造成供电系统，电压波动，谐波等诸多因素。

1、无功功率的形成

        交流电在通过纯电阻的时候，电能都转成了热能，而在通过纯容性或者纯感性 负载的时候，并不做功，也是说没有消耗电能，即为无功功率，当然实际负载， 不可能为纯容性负载或者纯感性负载，一 般都是混合性负载，这样电流在通过它们 的时候，有部分电能不做功，是无功 功率，此时的功率因数小于 1，为了提高电能的利用率，要进行无功补偿。

2、采用无功补偿提高功率因数的作用

        一，提高供电设备的利用率。在供电设备视在功率 S 一定的情况下，功率因数 COSΦ 越大，该供电设备可以带更多的有功负载（P=S*COSΦ）。

        二，提高输电效率。当有功负载（P） 一定时，因为（P ＝ UI*COSΦ），电压 U不变化，COSΦ 越大，则电流 I 越小，电流I 在线路中的损耗越小。

        三，改善供电质量。电流 I 越小，线路中电压损耗越小，线路末端电压可以得到更好的保证。

        四，提高输电安全。电流 I 小，线路发热降低，提高输电线路的安全。

3、补偿容量的选择

        对于用量每分钟 1500 转和 3000转的电机用额定容量（kW）30 士 0.5（kvar)的估算方法，可迅速简便地求出所需补偿 电容的容量。以 30kW 电机为标准，如果电机容量小于 30kW 的每台增加 0.5kvar。容量大于 30kW 的每台减少 0.5kvar。

        一般农村配电网中的电容容量的速算法： 

        电动机：随机补偿——Qc=（0.95-0.98）√ 3IoUn

        Io——电动机的励磁电流 ；Un——电动机的额定电压。

        对于排灌用普通电动机：随机补偿——Qc=（0.5-0.6）Pn

        Pn——排灌电动机额定有功功率。

4、配电网无功补偿的一般方法

        低压无功补偿我们通常采用的方法主 要有三种：随机补偿、随器补偿和跟踪补偿。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围 及使用该种补偿方式的优缺点。

        1），随机补偿。随机补偿是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接， 它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用 于补偿个别大容量且连续运行（如大中型 异步电动机）的无功消耗，以补励磁无功 为主。此种方式可较好地限制农网无功峰 荷。

        随机补偿的优点是 ：用电设备运行时， 无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设 备也退出，不会造成无功倒送，而且不需 频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事 故率低等优点。

        2），随器补偿。随器补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器二 次侧，以无功补偿配电变压器空载无功的 补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负 荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空 载无功是农网无功负荷的主要部分，对于 轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量 的比例很大，从而导致电费单价的增加， 不利于电费的同网同价。

        随器补偿的优点 ：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限 制农网无功基荷，使该部分无功地平衡，

        从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

        3），跟踪补偿。跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户 0.4kV 母线上的补偿方式。适用于 100kVA 以上的配电用户，可以替代随机、随器两种补偿方式， 补偿效果好。

        跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

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产品选型

        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、补偿后的经济效益

        从补偿后效果来看，补偿后动力电流可以下降 1/3 以上，有些甚至能下降 50%， 台区线损基本上可以降低 2-4 个百分点，可以起到较好的降损效果。

        在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为：

        P ＝ I2 Ｒ ×10-3

        假设一台 50kVA 变压器，主要负荷为 5 台 7.5kW 三相异步电动机，月供电量20000kwh，线损为 7.2%，经过无功补偿原功率因数 cosΦ1 ＝ 0.7，提高到 cosΦ2 ＝ 0.9。

        提高负荷的功率因数与降低线损的关系为：

        △ P% ＝ [1-（cosΦ21/cosΦ22）]× 100%，式中

        cosΦ1——负荷原功率因数，cosΦ2

        ——补偿后的功率因数可变损耗降低：

        △ P%=[1-（cosΦ21/cosΦ22）]× 100%

        =[1-（0.49/0.81）]×100%

        =39.51%

        月损耗电量 ：7.2%×20000=1440kwh 月总损耗降低电量：39.51%×1440=569kwh

        按动力电价 0.63 元 / 千瓦时计算，月节省电费：0.63×569=358.47

参考文献：

（1）刘海涛，电容器在配电网中的应用

（2）安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版