低壓電容器無功補償在工業企業供電系統中的應用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：我廠在0.4kV低壓側采用了電容器集中補償方式來提高功率因數。為保證功率因數達標，電容器的頻繁投切是必然的。而在投切過程中就會產生過電壓與過電流的危害，本文從電容器本身的優點、無功自動補償控制器的原理等方面上來闡述如何減少投切次數，提高電容器的使用壽命，還對電容器運行中出現的問題分析原因并進行故障排除。

關鍵詞：電容器的頻繁投切；危害；無功自動補償控制器；故障排除

1電容器特點

電容器投切時產生過電流與過電壓，這是不可避免的。頻繁的過電壓與過電流的危害主要有：①使電容器的絕緣介質老化過程加速；②過電壓使得自愈性電容器自愈性能提前失效；③使電容器的局部放電加劇，促進絕緣老化和電容量衰減；④沖擊過電流使得自愈式并聯電容器噴金層與金屬化層的接觸狀況變壞，甚至出現噴金層脫落；⑤過電流提高了運行溫度，縮短使用壽命。日本通過研究，得出熱老化溫度越高，壽命越短。

為適應電容器投切中的過電壓與過電流的危害首先在電容器的選型上，采用的德國AEG電容器有四個方面的優點：①在結構上：AEG電容器采用干式繞組，裝在鋁制圓筒內，其電介質為低損耗的金屬化聚丙烯薄膜。電容器由三組電容組成，電氣上相互絕緣地同心布置在鋁管芯上，三組電容按星形或三角形連接。AEG電容器因采用于式結構，可安裝在任何場所，其內部充滿保護氣體(N₂)，具有不可燃性；②在承受大電流負載方面：電容器必須承受投切過程中產生的大電流峰值，且不影響電容器壽命。而AEG電容器承受高浪涌電流可達到350倍額定電流，使用壽命達到130000小時；③電容器的自愈性性能：在切換操作過程中，低壓電網的電壓值可能達到額定電壓的3倍，這是不允許的。而AEG電容器特點在于只要該電壓強度將電介質擊穿，電容器的自愈性功能就發生作用。自愈之后，AEG電容器可以繼續運行；④自動斷開有故障的電容器特點：AEG電容器都帶有過壓力膨脹熔斷器。如果故障點反復自愈，導致內部壓力上升并達到一定數值，膨脹式熔斷器即動作。這時，鋁制圓筒頂蓋會輕微鼓起，熔斷器在設計的斷裂處被拉斷。膨脹式熔斷器可以將AEG電容器安全的從電力系統中斷開。

綜上所述，AEG電容器在性能上有良好的自愈性、故障分離、抗過電流與過電壓的特性，能夠較好的適應工作。 

2無功補償控制器

在減少電容器投切次數方面，采用了BYFC2OOOF控制器，其控制的原理采用功率因數和無功功率兩個控制參數控制電容器的投切。

控制原理：當電網的功率因數低于目標功率因數時，BYFC20OOF便計算當前電網的功率因數提升到目標功率因數時所需要補償的無功功率，當所需無功功率大于單組小電容器組容量的0.65倍時，控制器就決定投入電容器組，經過定義的延時時間后，如投入的條件仍然成立，控制器馬上投入控制信號；當所需無功功率遠遠大于小電容器容量時，控制器可能一次性多只電容器組，為了滿足電磁兼容的要求，一次性投人多只電容器組的總容量不大于補償系統單只電容器的容量，一次性的到位補償，避免多余的投切環節，提高了接觸器和電容器的使用壽命；當補償無功功率小于單組電容器小值的0.65倍時，BYCF2000將拒絕投切。為了應對電網負荷變化比較快的場合，BYCF2OOO使用延時時間內的無功功率平均值作為投切電容器組時的無功依據。

該控制器的優勢在于：①電容器的投切有啟動門檻，低于單組電容器0.65倍，電容器是拒絕投入；②投切電容器時，都有延時時間。有了時間的設定，對于突然波動的負荷而后又恢復了可以很好的避免電容器來回的投切，很好的減少了電容器的投切的次數；③利用無功功率平均值作為投切電容器的無功依據，以上三條很好的減少了電容器投切的次數，從而減少了過電流與過電壓的產生，也將降低了投切頻繁的危害。 

3實際使用中遇到的問題與故障排除

在電容器投運時，曾出現以下問題。

1)功率因數總是顯示1.000不能自動投切。在變電所建成初期，因現場負荷甚小，只有施工用電時，曾經出現過這種現象。后由控制器的說明書得知：當電流信號小于50mA時，控制器檢測不到電流因而不工作，此時對應的功率因數顯示1.000；只有當電流信號大于50mA這一門限值，控制器才能檢測到電流，控制器才會工作，才能投切電容器。參照CT變比400O：5，對應母線電流小于40A時，控制器不會無功補償的。

2)系統功率因數低于目標功率因數卻不投入電容器組，面板欠補償報警指示燈亮。

現象如下：設定的目標功率因數0.92，實際功率因數顯示0.90，功率因數控制器就不在投入電容器了，發出欠補償報警指示。

檢查發現分補回路中有一路的可控硅上已經燒壞、電纜燒糊、高分斷保險燒壞2只，出現此現象時，表明了分補回路中過電流保護動作，控制器無法通過可控硅來控制電容器的投切，自然不能無功補償了，從而導致欠補償報警。在更換了保險、可控硅后，電容器無功補償也就正常工作了。

3)系統功率因數高于目標功率因數卻不切除電容器組，面板過補償報警指示燈亮。

現象如下：設定的日標功率因數0.95，實際功率因數顯示0.97，電網處于過補償，控制器未切除過補償的電容器。

檢查發現電容器的交流接觸器因過熱燒壞，觸點燒結，接觸器不能斷開電容器回路，致使控制器無法切除電容器，電路始終處于過補償狀態。而后更換了交流接觸器后，自動切除了過補償電容器之后，摔制器顯示正常。

4)欠電(過電壓)報警。排除電網自身過壓或欠壓后，檢查發現控制器輸入電信號不正常，控制器二次端子接線接觸不良，導致控制器接收的信號電不正常，從而導致控制器面板顯示過斥或欠壓報警，再更換了控制器二次插座，控制器面板的欠壓、過壓報警消除，控制器工作正常。

4運行結果

表1、表2的數據是南京供電公司計量時本廠電度表讀數。

從數據可以看出，電容器無功補償的效果明顯，達到了設計的要求。

5安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

5.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

5.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

5.3產品實物展示

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

6結束語

電容器無功補償是個動態的過程，只要負荷波動不大，電流變化不大，電容器投切的次數就減少，相對就比較的穩定。像類似供電系統無較大負荷波動設備、總的負荷也不大，這種無功補償更重要的是投資相對很小，經濟合算，補償效果也不錯，值得推廣。

在實際中，電容器補償還是有不足的，雖說采用可控硅來控制電容器的投切，大地提高的電容器投切的速度與準確性，但由于可控硅等電子產品對環境溫度要求較高，在夏天的時候尤其要關注電容器柜散熱問題，這是需要注意的。

【參考文獻】

[1] GB／12747—1991自愈式低電壓并聯電容器[附錄A3]

[2] 丁國金.電容器無功補償在工廠供電系統中的應用.

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019版