低压配电监测与智能无功补偿装置组合研究
现有低压配电监测与无功补偿箱的结构模式是将图1中的所有元器件在一个户外式设备箱中按照合理布局组装而成的.
近年来,低压配电监测与无功补偿装置技术也在不断进步,但这些进步仍基本停留在对各种元器件性能、质量的改进、提高或者完善上,在结构模式方面没有大的改进.其主要表现为:①拓展低压配电综合测控装置(或低压无功自动补偿控制器)功能,如可以进行谐波监测,可以实现智能控制等.②使用电容器投切专用交流接触器,或使用电子开关(晶闸管、固态继电器)实现电容器电压过零时投入、电流过零时退出,或使用电子开关过零投切、交流接触器保护等方式,来降低投切电容器瞬间的冲击.③将一部分三相三线电容器组换成三相四线电容器组进行三相分补,使三相无功不平衡情况能得到较好补偿.④使用体积小、容量大的低压电力电容器,调整内部元器件布置,实现整个装置小型化,等等.
总结多年使用经验,我们认为现有低压配电监测与无功补偿箱主要存在如下不足:①不能实现各台电容器的温度保护和三相电流保护.电源电压过高、电网谐波超标、环境温度过高和电容器本身严重漏电等情况,都会导致电容器过热损坏,而电容器温度保护与电容器电流保护(过流、断相、三相不平衡和漏电流保护等)的配合使用,就可以避免因系统或环境原因导致电容器损坏,其不仅确保了整个装置的安全可靠运行,还有效地延长了电容器和整个设备的使用寿命.相反,如果没有设置电容器的相关保护,就难以保障整台设备的正常运行.②配变综合测控装置(或低压无功自动补偿控制器)是整个低压配电监测与无功补偿箱可靠性的瓶颈,一旦出现故障,整台设备将停止工作.③产品一旦投运,电容器台数和总容量配置的调整将十分困难.低压配电监测与无功补偿箱用于公用配变,其无功缺额变化较大,难以预测,因此,只有根据实际运行情况对补偿容量进行调整,才能达到预期的补偿效果,而现有产品必须按远景最大容量配置,不能按实际需要分步实施或调整,就投资而言也是浪费.④电容器的三相工作电流、温度没有检测,除了不能实现①中的保护功能之外,也不能实现交流接触器、电子开关、电容器等元器件进行故障自诊断的功能,不便于用户对补偿设备的日常监测和故障处理.⑤现有装置系单元器件组装而成,体积较大,箱内元器件较多,分层布置,结构紧凑、接线复杂,不易实现标准化、规范化流水作业,生产成本较高,产品质量较难保证,运行期间一旦出现故障,现场维护相当困难.
2 低压配电监测与无功补偿箱组合式结构
利用现代微电子技术、计算机技术和网络通信技术等,在模块化的基础上,将低压电力电容器智能化,构成可独立运行的智能式低压电力电容器单元或单元组合.它可实现以下主要功能:①测量.配电电压、电流,有功、无功功率、功率因数以及各台低压电力电容器三相电流、壳体表面温度测量与显示.②信号.低压电力电容器投、退及故障自诊断信息提示.③保护.配电过压、欠压、失压保护,各台低压电力电容器过流、断相、三相不平衡、漏 电流、壳体表面过热保护,以及电子开关的du/dt、di/dt过值保护等.④控制.根据无功功率缺额三相或分相投切电容器,电子开关实现零电压导通与零电流断开.⑤通信与组网.设置RS-485总线式通信接口,与其他单元设备进行信息交换,组成低压无功自动补偿单元组合系统.通过智能化软件,使各单元设备协调工作,即多单元组合作为一个系统工作时,则自动产生一个主机,其余为从机.个别从机故障时会自动退出,不影响其余单元作为一个系统继续工作;主机故障自动退出后,其余从机中自动产生一个新的主机,组成一个新的系统继续工作.其电容器的投切系根据无功缺额进行,容量相同的电容器按循 环原则投切,容量不同的电容器按值投切
使用这种模块化的智能式低压电力电容器作为组件,与配电变压器综合测试仪配套构成配置灵活 的低压配电监测与无功补偿箱,电气原理图见图2.
图2中虚线框内的空气开关、电流端子、避雷器安装于设备箱内侧,不因设备箱内配置变化而改变.为了能够不开设备箱门而观察或使用虚线框内的指示灯、红外收发头和现场通信接口,因而在设备箱底部开孔外露安装.测量用二次微型TA将一次TA次级0~5 A电流转换成毫安级电流,将其安装于低压配电综合测控装置之外,可以降低与其连接用接插件的性能要求,并且可以保证在调换低压配电综合测控装置过程中一次TA次级不致开路.
