智能电容器

2024-09-03

智能电容器（精选7篇）

智能电容器篇1

1 现状

对传统无功补偿而言, 一般有三角形电力电容器、投切电容器专用接触器、热继电器及保护熔断器, 低压无功补偿控制器等元件。在柜体内部零散组装而成。柜体体积庞大, 内部接线复杂, 安装接线耗时耗力、维护不方便, 同时不利于生产、运输、安装、调试和可靠运行。所有的电容器只能有一个控制器控制投切, 当这只控制器损坏时, 整个装置就会停止动作, 因此控制器的瓶颈效应隐患比较大。

2 新型智能电容器具有如下显著特点

2.1 既可单机独立补偿, 也可多机并联补偿

2.2 可供补、可分补, 也可混合补偿

2.3 补偿容量成倍增大

2.4 消除控制器瓶颈效应

2.5 过零投切开关技术先进

2.6 具有谐波抑制功能

3 结构简介

模块为上下分体式结构, 上面为智能测控、开关、保护等单元组成的模块, 下面为一台或两台 (三角形接) 或一台 (星接) 低压电力电容器构成的模块。上下模块可快速组装和拆卸, 维护极为方便。综合模块有共补、分补两种, 即可单台使用, 也可多台组网构成补偿系统使用, 无功补偿只要根据系统补充总容量选择若干模块进行组合即可。生产和使用极为简单。用“过零投切”技术, 确保电容器投切无涌流, 无电压, 无电弧, 而且能够满足三相不平衡场合的分补偿要求。

综合模块集成了现代测控、电力电子、网络通讯、自动化控制、电力电容器等先进技术。

4 功能简介

根据内部电容器不同, 对应设计不同的复合开关。电流、电压、动作速度等完全相互匹配。在满足功能性要求的基础上, 可降低原来设计的高成本。

根据内部不同的复合开关, 对应设计不同的驱动方式, 驱动功率, 最大限度的减少功率消耗根据配置电容器组数的多少, 内置的智能测控单元可对应设计不同的输出回路数, 减少体积。

电容单元可选择微型断路器或熔丝保护等形式, 适应不同的需求, 且更换方便因为综合模块单机里面集成了智能测控单元, 复合投切开关, 保护单元, 电力电容器等部件, 因此单只模块只要接入一次回路, 同时引入取样电流就可进行无功补偿。这种方式特别适合大功率用电设备就地补偿, 减少无功电流的传输距离, 降低损耗。 (按30%配比, 单机最大容量为40KVAR的综合模块可补偿120KW的电动机, 也可装设在电动机安装梁上, 放置好防护栏即可。)

若需要补偿的容量大于单机的容量, 可选用多台模块并联使用, 比如说补偿容量为140KVAR, 可选用 (20+20) 模块3台, (10+10) 模块1台即可, 总容量为140KVAR。安装使用时只需把各台模块的一次回路接线端子全部并联在母线上, 引入的同样电流通过二次电流互感器变换后也并联到每只模块的取样端子上, 同时把所有模块的通讯接口接到同一RS485总线上即可使用。一次回路接线简洁, 二次回路接线也方便简单。

可共补、可分补、也可混合补偿。从补偿方式上分, 综合模块可分为共补型及分补型模块, 如果三相平衡的标准场合, 可全部选用共补型综合模块 (即全共补) ;三相严重不平衡的场合, 可全部选用分补型综合模块 (即全分补) ;一般场合, 可部分选用共补, 部分选用分补型模块 (即混合补偿) 。所有综合模块的安装尺寸都一样, 接线使用均兼容。这样使无功补偿的设计, 安装, 运输, 调试, 使用都简单易行。

消除控制器瓶颈效应每一只综合模块内均集成了智能测控单元, 可独立采样电压、电流、功率因数、无功功率等参数, 因此可以独立进行无功补偿。当使用多台综合模块并联补偿时仅需把各台模块的BS485通讯接口连接在一起, 开机后会自动形成一个补偿系统。在同一补偿系统内, 综合模块会自动产生一个主机, 其余为从机, 主机模块收集各从机的信息, 根据功率因数的高低, 无功功率大小, 投切电容对电压的影响等因素综合判断后发出控制, 闭锁, 查询等命令, 指挥各台模块的投切电容器。

综合模块组成的补偿系统为主从结构, 因此补偿系统中任一只从机模块损坏后, 主机会放弃对这台从机的指挥, 也就是说只有这台从机会退出本系统, 而不会影响到其它从机模块和整个补偿系统。如果主机模块损坏后, 所有从机模块会放弃对它的臣服, 并在余下从机中再次产生一只主机模块, 损坏的那只原来的主机模块就会推出系统。以此类推, 只要补偿系统中只要有一台模块是正常工作的, 那么也就能进行本模块容量范围内的无功补偿, 最大限度的减少用户的损失。而整个无功补偿的所有模块全部损坏这种情况除非有不可抗力因素, 几乎不可能出现。因此综合模块的这种补偿方式完全打破了传统无功补偿系统控制器瓶颈效应, 使无功补偿更可靠。

过零投切开关技术先进。综合开关内部采用的是电子复合开关技术。投切瞬间利用可控硅快速导通特性进行过零动作, 减少涌流;正常运行时利用并联的大功率磁保持继电器触点接触电阻低来降低功耗, 减少发热。

复合开关投切技术保证了电容器投切涌流在2倍额定电流下, 减少了对电网的冲击, 同时也减小了对电容器的冲击, 延长电容器和开关的使用寿命。

现代电力电子技术的飞速发展, 保证了复合开关这种既能快速补偿又能降低损耗的方式得以大范围的使用。

5 发展及应用

在实际应用中, 成套的无功补偿装置设计时只需在标准柜体内 (GGD, MNS, GCS) 选用数台综合模块, 通过抑制隔离开关接入到母排上。每只综合模块均具有电压、电流、功率因数、无功功率、电容器温度、电容器状态等显示, 并可独立设置各种参数, 故补偿屏上不许再装配控制器、功率因数表、电压表、电容指示灯等元件, 简单可靠。

综合模块采用了紧奏型结构设计, 容量40KVAR (20KVAR*2组, 每组可单独投切) 的尺寸仅为长340mm*宽70mm*高300mm, 普通GGD柜体 (800*600*2200) 内部可装设三层, 每层装7只, 共可装设21台综合模块, 总容量最大可达840KVAR, 且补偿级数也为20KVAR一级, 如果配置几台小容量的综合模块 (10+10) , 那么补偿精度会更高。而传统无功功率补偿装置一台普通GGD柜体只能装设10组电容器, 按每组30KVAR算, 也只有300KVAR, 且补偿级数还是30KVAR一级, 精度差, 同时大容量电容器的投切会带来大电流冲击, 影响电网和电容器的安全运行。

如果系统补偿容量超过840KVAR, 就要选项用多台柜台, 也仅需把柜体之间的一、二次回路并联即可, 日后要增容的话还可以用这种方式简单的增加综合模块的数量。不受控制器输出回路的影响, 最大补偿系统可达2000KVAR。

谐波抑制功能。综合模块可选配纯电容补偿方式, 也可选配不同比例大小的串联谐波抑制电抗器, 使纯电容补偿变成串联电抗器的补偿模块, 降低了电容器与用电系统并联谐振放大电流谐波的风险, 同时不同比例的电抗电容组合也能吸收少量的电网高次谐波, 稳定电网。

摘要：近年来, 随着我国电力工业的不断发展, 大范围的高压输电网络逐渐形成, 同时对电网无功功率的要求也日渐严格。电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动, 严重时会导致用电设备的损坏。因此, 研究无功补偿及其部件的发展具有重要的社会和经济意义。

关键词：智能电容器,应用,结构,功能,电网

参考文献

[1]李岩, 杨民轩.电力电容器局部放电声电检测系统的应用[J].电气化铁道, 2008-02-15.

低压智能电力电容器实用技术篇2

随着我国智能电气化电网的迅速发展,低压电器智能化也应运而生,低压智能电力电容器(以下简称“智能电容器”)就是其中的一个佼佼者。它以功能强大、体积小、重量轻、价格低、质量可靠等优势,迅速赢得了市场,取得了广大用户的信赖与好评。自智能电容器问世以来,庞大的常规型低压无功补偿装置就逐渐被其取代,迅速成为用户低压电网安全与经济运行的“保护神”。

1 智能电容器功能

智能电容器是一套微型化的低压智能无功补偿与调谐滤波装置。它以2台(△型)或1台(Y型)无油化低压电力电容器为主体,采用微型电子元件技术、微型传感技术、微型网络技术和电器制造技术,将智能组件、控制器、滤波器、电抗器、电流互感器、热继电器、熔断器、避雷器等元件微型化,全套装置安装在电容器的上方,用一个约7cm高的盖子覆盖着。由于整机体积很小,突出显示的是电容器,所以称之为低压智能电力电容器。

现场安装时,在低压进线柜的进线上加装3只小型CT,将二次线引入智能电容器,即可实现如下功能:

1)智能网络控制功能。

自动检测及跟踪系统无功功率的变化,自动投切电容器组。投切方法是:容量相同的电容器,按循环投切原则进行投切;容量不同的电容器,按适补原则进行投切;先投先切,先退先投;电容器运行温度低时先投,温度高时先退。补偿工况恒定时,电容器每15min循环投切一次,避免单只电容器长时间投运。

2)快速投切电容器功能。

动作开关选用无触点过零投切开关,配合专用的快速控制器,实现过零投切,动作时间缩短到1s,动态追踪补偿系统所缺少的无功功率,力争使线损降到最好水平。

3)测量功能。

可测量系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数;CT相位与变比自动测量和校正;各台电容器的三相电流和体内温度。

4)分相补偿功能。

分相补偿型智能电容器,可对各相上的电容器进行分别投切,提高对系统无功功率的补偿精度,使三相无功功率不平衡的系统得到最佳补偿。

5)保护功能。

电容器有过流速切保护,过压、欠压保护,过温、断相保护,三相电流不平衡保护。当电容器内部温度超过65℃时,电容器会整机退出运行,确保系统安全。

6)信号功能。

电容器具有投切状态,过补、欠补状态,过压、欠压状态,保护动作类型,自诊断故障类型等灯光信号。

7)通信功能。

电容器和控制器之间采用RS-485通信联接,便于大量采取数据,上传及与外设监控终端进行信息交换,构成系统工作。

8)显示功能。

电容器顶盖前方,有液晶显示屏,可以显示电容器投切状态及系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电容器内部温度等运行数据。

9)故障自诊断功能。

电容器智能控制元件,能对本体各项运行参数进行自诊断,一旦出现故障,整机快速响应,退出运行。

10)滤波功能。

能够有效抑制高次谐波和涌流。对高次谐波形成一个低阻抗通道,可吸收、泄放高次谐波,消除高次谐波对电容器的影响,防止电容器过热、绝缘介质老化、自愈性能下降等不利因素的发生。

对具有大型谐波源的用户,还要加装专用干式电抗器、温控风扇、人机联系面板等器件,整机装在一个370mm×280mm×280mm的小箱体内。

2 智能电容器实用技术

2.1 用电情况调查

在使用智能电容器之前,首先对用户进行用电情况调查,包括:供、用电电压;高压线路长度与导线型号;变压器台数、容量、负载损耗及运行方式;用电设备名称及用电性质;原有无功补偿装置的补偿容量、投切方式、功能及动作情况;有无调谐滤波措施;运行中经常出现的问题、平均电价等。

2.2 搜集用电系统运行数据

根据用户运行日志记录,取月典型日1～24h正点有功、无功负荷和正点电流,以及日有功、无功电量。如用户没有运行记录,可根据用户提供的代表日,使用便携式记录型电能质量分析仪进行现场测量。取3天数据,计算出对应时间平均值,作为计算典型日数据。日有功、无功电量也用3天的平均值,并计算出功率因数。

2.3 现场测量用电系统高次谐波

为全面了解系统高次谐波的大小,以便选择使用智能电容器的型号,需要现场测量用电系统高次谐波。必要时,还要加装专用干式电抗器。便携式记录型电能质量分析仪同时具有测量高次谐波的功能。

2.4 制定改造方案

根据调查、测量、计算结果,全面考虑改造方案,包括选用智能电容器的型号,计算补偿容量,是否加装专用干式电抗器,是否采用分相补偿等。

2.5 补偿容量计算

计算依据为:

$Q = Ρ (\sqrt{\frac{1}{\cos^{2} φ_{1}} - 1} - \sqrt{\frac{1}{\cos^{2} φ_{2}} - 1}) (1)$

式中:Q——补偿容量,kvar;

P——有功负荷(计算典型日中的最大值),kW;

cosφ1 ——补偿前功率因数(由计算典型日中的有功、无功电量计算得出);

cosφ2 ——补偿后功率因数(即功率因数目标值)。

2.6 节电价值计算

节电价值计算大体可分为4个部分,即:线路节电价值;变压器节电价值;免收功率因数调整电费;减收功率因数调整电费。

另外,在执行功率因数调整电费中,还有一些地区执行的是降低一级功率因数标准的管理办法。降低一级功率因数标准的用户,实际功率因数高于降低后功率因数标准时,不减收电费,低于降低后功率因数标准时,增收电费。这类地区的电力用户,只有增收电费,没有减收电费。在计算节电价值时,应根据当地实际情况,灵活掌握。

2.6.1 高压线路节电价值计算

1)补偿前高压线路日线损电量计算。

计算线损电量有:

ΔA=3IjfRt×10-3 (2)

式中:ΔA——线损电量,kWh;

Ijf——均方根电流,A;

R——线路导线电阻,Ω;

t——运行时间,取t=24h。

计算均方根电流有:

$Ι_{j f} = \sqrt{\frac{\sum_{t - 1}^{24} Ι_{t}^{2}}{24}} (3)$

式中:It——流过导线的正点负荷电流,A。

计算线路导线电阻有:

R=rL (4)

式中:r——每公里导线电阻(根据导线型号查表得出),Ω;

L——线路长度(从用户购电量计量点到用户变电站的线路),km。

2)补偿前线路线损率计算。

线损率 $= \frac{线损电量}{供电量} \times 100 % (5)$

3)补偿后降低线损率百分数计算。

$Δ Ρ = [1 - (\frac{\cos φ_{1}}{\cos φ_{2}})^{2}] \times 100 % (6)$

式中:ΔP—降低线损率百分数,%;

cosφ1—补偿前功率因数;

cosφ2—补偿后功率因数。

4)补偿后线路线损率计算。

线损率=补偿前线损率×(1-ΔP) (7)

式中:ΔP—降低线损率百分数,%。

5)补偿后线路日线损电量计算。

日线损电量=日供电量×补偿后线损率 (8)

6)补偿后线路年节电价值计算。

年节电价值=(补偿前日线损电量-补偿后日线损电量)×365×平均电价 (9)

2.6.2 变压器节电价值计算

补偿前变压器绕组日损耗电量计算有:

$Δ A_{R} = Δ Ρ_{Κ} (\frac{Ι_{j f}}{Ι_{e}})^{2} \times 24 (10)$

式中:ΔAR—补偿前变压器绕组日损耗电量,kWh;

ΔPK—变压器满负载运行损耗功率(见变压器铭牌),kW;

Ijf—均方根电流,计算同式(3),A;

Ie—变压器高压侧额定电流(见变压器铭牌),A。

其他计算同式(5)～(9)。

2.6.3 增收和减收电费的计算

用户功率因数标准值,是根据水利电力部和国家物价局联合颁发的《功率因数调整电费办法》界定的。按照此规定,达不到标准的用户要增收电费,超过标准的用户要减收电费。因为不同用户有着不同的功率因数标准值,加收和减收电费的计算方法也不一样,需要计算时,参看《功率因数调整电费办法》。

2.6.4 年经济效益计算

年经济效益=线路年节电价值+变压器年节电价值+免收功率因数调整电费+减收功率因数调整电费。

3 应用实例

山东神力有限公司是一家制造索具、五金类产品的中型企业,2010年初,该公司因无功补偿容量不足,补偿设备经常出现故障,电费开支大,经济效益低。该公司决定安装低压智能电力电容器,并主动与生产厂家取得联系。供需双方目标一致,一拍即合。

3.1 用电情况调查

山东神力索具有限公司供电电压为10kV,高压线路2.5km,导线型号LGJ-50。配电室有2500kVA变压器2台,型号S9-2500/10,负载损耗20.7kW,运行方式为1运1备。主要用电设备是中频加热炉(大型谐波源)、锻造机、冲床、行车、空压机等。配电室0.4kV母线上装有无功补偿设备,补偿电容器为普通油浸式,总容量590kvar。投切方式采用交流接触器,无任何调谐滤波措施。调查中用户反映:补偿电容器经常发生断保险、鼓肚、漏油、损坏现象。功率因数因达不到规定标准0.90,供电部门每月都要加收利率调整电费,使企业电费开支大,经济效益低(该用户平均电价为0.70元/ kWh)。

3.2 搜集用电系统运行数据

根据用户运行日志记录,取5月份典型日(5日、15日、25日)1～24h正点电流,日有功电量和无功电量。并对3组数据进行平均计算。1～24h电流为:40,40,41,40,45,60,65,75,75,76,74,60,50,50,65,68,70,70,78,76,73,70,50,42;平均日有功电量为21390kWh,无功电量为13260 kvar·h;功率因数为0.85;最大有功负荷为1160kW。

3.3 现场测量用电系统高次谐波

使用便携式记录型电能质量分析仪,现场测量2500kVA变压器低压侧高次谐波,测量结果如表1所示。

从表1可以看出,该系统5次、7次、11次谐波最大。对照国家标准GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》的规定,该系统电压、电流谐波严重超标,这是造成补偿电容器及其元器件损坏的主要原因。

3.4 改造方案制定

该公司用电设备多是高次谐波源,原无功补偿装置没有滤波功能,应更换为智能调谐滤波电容器。安装智能调谐滤波电容器后,功率因数目标值定为0.98。由系统运行数据得知,最大有功负荷为1160kW。使用式(1)计算补偿容量,有:

$Q = Ρ (\sqrt{\frac{1}{\cos φ_{1}} - 1} - \sqrt{\frac{1}{\cos φ_{2}} - 1}) = 1160 (\sqrt{\frac{1}{0.85^{2}} - 1} -$

$\sqrt{\frac{1}{0.98^{2}} - 1}) = 483.26$ kvar。

新装智能调谐滤波电容器容量为:590kvar(原补偿容量)+483kvar=1073kvar。需选用单组容量为20+20(kvar)的智能调谐滤波电容器,共计27组。

3.5 改造后经济效益计算

3.5.1 高压线路年节电价值计算

1)计算改造前高压线路损失电量。

使用式(3)计算均方根电流有: $Ι_{j f} = \sqrt{\frac{\sum_{t - 1}^{24} Ι_{t}^{2}}{24}} = \sqrt{\frac{40^{2} + 40^{2} + 41^{2} + n^{2}}{24}} = 62.06 A$ 。

已知线路导线型号LGJ-50,线路长度2.5km,查表得r=0.65Ω/km,运行时间t=24h,使用式(4)计算线路导线电阻有:R=rL=0.65×2.5=1.625Ω。

使用式(2)计算改造前高压线路损失电量有:ΔA=I $_{j f}^{2}$ Rt×10-3=3×62.062×1.625×24×10-3=450.62kWh。

2)计算改造前高压线路线损率。

已知日供电量为21390kWh,使用式(5)计算改造前高压线路线损率 $= \frac{线损电量}{供电量} \times 100 % = \frac{450.62}{21390} \times 100 % = 2.11 %$ 。

3)计算改造后高压线路降低线损率百分数。

使用式(6)计算改造后高压线路降低线损率百分数。 $Δ Ρ = [1 - (\frac{\cos φ_{1}}{\cos φ_{2}})^{2}] \times 100 % = [1 - (\frac{0.85}{0.98})^{2}] \times 100 % = 24.8 %$ 。

4)计算改造后高压线路线损率。

使用式(7)计算改造后高压线路线损率=改造前线损率×(1-ΔP)=2.11%×(1-24.8%) =1.59%。

5)计算改造后线路日线损电量。

使用式(8)计算改造后线路日线损电量=日供电量×改造后线损率=21390×1.59%=340.1kWh。

6)计算改造后线路年节电价值。

使用式(9)计算补偿后线路年节电价值=(改造前日线损电量-改造后日线损电量)×365×平均电价=(450.62-340.1)×365×0.70=28238元。

3.5.2 变压器年节电价值计算

1)计算改造前变压器绕组日线损电量。

使用式(10) 计算改造前变压器绕组日线损电量 $Δ A_{R} = Δ Ρ_{Κ} (\frac{Ι_{j f}}{Ι_{e}})^{2} \times 24 = 20.7 \times (\frac{62.06}{144})^{2} \times 24 = 92.27$ kWh。

2)计算改造前变压器绕组线损率。

使用式(5)计算改造前变压器绕组线损率 $= \frac{损失电量}{供电量} \times 100 % = \frac{92.27}{21390} \times 100 % = 0.431 %$ 。

3)计算改造后变压器绕组降低线损率百分数。

使用式(6) 计算改造后变压器绕组降低线损率百分数 $Δ Ρ = [1 - (\frac{\cos φ_{1}}{\cos φ_{2}})^{2}] \times 100 % = [1 - (\frac{0.85}{0.98})^{2}] \times 100 % = 24.8 %$ 。

4)计算改造后变压器绕组线损率。

使用式(7) 计算改造后变压器绕组线损率=改造前线损率×(1-ΔP)=0.431%×(1-24.8%)=0.324%。

5)计算改造后变压器绕组日线损电量。

使用式(8) 计算改造后变压器绕组日线损电量=日供电量×改造后线损率=21390×0.324%=69.3kWh。

6)计算改造后变压器绕组年节电价值。

使用式(9) 计算改造后变压器绕组年节电价值=(改造前日线损电量-改造后日线损电量)×365×平均电价=(92.27-69.3)×365×0.7=5869元。

3.5.3 功率因数调整电费计算

根据电力部门使用的《功率因数调整电费办法》的规定:功率因数以0.90为标准的用户,每低于标准0.01,则增收应缴电费的0.5%;每高于标准0.01,则减收应缴电费的0.15%。当功率因数达到0.95～1.0时,则减收应缴电费的0.75%。

山东神力索具有限公司在安装智能电容器之前,由于功率因数低于标准规定值0.05,所以每月都要增收应缴电费的2.5%;在安装智能电容器之后,由于功率因数提高到0.98,所以不但不再增收电费,还要减收应缴电费的0.75%。其节电价值计算如下:

年免收电费=21390×365×0.7×2.5%=136628元;

年减收电费=21390×365×0.7×0.75%=40988元;

年节电价值=线路节电价值+变压器节电价值+免收电费+减收电费=28238+5869+136628+40988=211723元。

4 结论

低压智能电力电容器是当前比较理想的微型低压无功补偿和调谐滤波装置,它以功能强大、跟踪补偿灵活可靠、节能和抑制谐波效果明显为优势,赢得了用户的信赖和肯定。同时也是对多年来一直使用交流接触器投切电容器及庞大无功补偿装置的一次大突破。

该公司采用低压智能电力电容器进行无功补偿和调谐滤波后,每年可增加经济收入21.17万元。该项工程自2010年4月投运以来,运行情况良好。电容器没有出现断保险、发热、鼓肚、烧坏等现象,用户反映非常满意。

摘要：介绍低压智能电力电容器的强大功能,并通过在企业中的实际应用,证明其无功跟踪补偿与调谐滤波的效果,可为企业减少电能损耗和电费开支,提高企业的经济效益。

智能电容器篇3

1 现有低压无功自动补偿装置存在的问题

目前,现代电力电子和微电子技术在低压无功自动补偿装置中的应用,使投切低压电力电容器的开关性能得到很大改善,并且可以实现测量、统计等方面的更多功能。但是,由于低压无功自动补偿装置的结构模式并没有改变,装置采用屏柜式或箱式结构,在屏柜内或箱内由控制器和多个低压电力电容器、开关电器、保护电器、监测仪表等组装而成,因此存在以下主要问题。

1) 难以实现电容器过温保护、三相不平衡保护、断相保护以及故障自诊断等方面的进一步智能化。

2) 控制器成为整个装置可靠性的瓶颈,一旦发生故障,整台补偿装置将停止工作。

3) 容量的可扩性差,产品一旦形成,容量的扩展十分困难。

4) 维护操作的空间狭窄,使设备的可维护性差,故障的现场快速诊断和处理比较困难。

5) 产品结构复杂,不易标准化、规范化,生产成本较高,不易形成规模化生产,产品质量难以提高。

6) 体积宽大,难以安装于用电设备附近。

2 智能式低压电力电容器的功能

智能式低压电力电容器可由低压电力电容器、智能组件、开关器件、保护组件和人机联系组件等组成。低压电力电容器智能比技术方案见图1。

智能式低压电力电容器可实现如下功能。

1) 控制。

根据无功功率缺额分相投切,开关电器零电压导通与零电流断开,自动/手动切换;

2) 测量。

电流互感器TA相位与变比自动校正,配电电压与电流、无功功率与功率因数、电容器三相电流与温度测量;

3) 信号。

实现投运、退运与自诊断故障信号提示;

4) 保护。

具有雷击、过压、欠压、涌流保护,电容器过电流、三相不平衡、断相和过温保护(过温能反映过电压、过谐波、电容器泄漏严重和环境温度过高等情况)。

5) 积木式组合。

多台使用时通过联机自动产生一个主机,其余则为从机,构成系统工作。个别从机故障自动退出,不影响其余工作;主机故障自动退出后在其余从机中自动产生一个新的主机,组成一个新的系统工作。根据无功功率缺额进行投切,容量相同的电容器按循环投切原则,容量不同的电容器按值投切。

3 智能式低压电力电容器在无功就地分散补偿中的应用

智能式低压电力电容器使用方便,其接线端子设计简洁,如图2所示。

智能式低压电力电容器便于就地、分散安装:① 可装于功率因数较低的用电设备旁;② 可装于配电箱、开关柜、计量柜中空余位置,以及简易屏、柜、箱内;③ 可装于旧无功补偿设备箱柜中(拆除原设备中的总开关以下器件)。

对于已有无功自动补偿设备,再加装智能式低压电力电容器,与原设备同时运行,从而使功率因数达标。智能式低压电力电容器应用时的接线图见图3。智能式低压电力电容器接入用电设备电气回路的工作原理图见图4。

图3中CA为智能式低压电力电容器;Q为开关,电容器台数较少时可不用;F为避雷器,如原来附近装有,则可不再装。

图4中其接线规则是将智能式低压电力电容器的相同端子并联。为了使用的安全与方便,采用二次电流取样互感器TA2(二次侧输出毫安级电流)。

4 智能式低压电力电容器应用实例

某服装厂一车间距厂配电间126 m,配电线为Φ35铜芯导线。在厂配电间测得母线电压392 V,功率因数为0.56。在车间侧测得线电压369 V,经计算厂配电间到一车间之间的线损功率为5.873 kW。后来在一车间安装三相智能式低压电力电容器3台,进行无功就地补偿,将一车间侧功率因数提高到0.96,在同样工况条件下,车间侧测得线电压为377.3 V,线损功率降低了3.759 kW,仅数月内即可收回投资。

5 结语

智能电容器篇4

解决好配电网的无功补偿问题,对网络降损节能极为重要。适当提高用户的功率因数,不但可以充分地发挥供电设备的生产能力、减少线路损失、减轻上一级电网补偿的压力、改善电压质量,而且可以提高用户用电设备的工作效率,有效地降低电能损失,减少用户电费。其社会效益及经济效益均非常显著。因此,开发和推广节能型的智能电力电容器对我国电力节能具有显著的作用。

1 智能集成电力电容器的结构设计

浙江昌泰科技股份有限公司与温州亿德科技有限公司联合研制的节能型智能集成电力电容器,是在智能电器总体发展框架上开发出来的全新一代低压无功补偿装置。它由智能测控模块、晶闸管复合开关模块、线路保护模块及电力电容器等组成。智能集成电力电容器原理结构如图1所示。可替代原来由智能控制器、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成套自动无功补偿装置。改变了传统无功补偿装置的机械式接触器或机电一体化开关作为投切电容器的投切方式,改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式,从而使新型低压无功补偿设备具有补偿效果好、功耗低、体积小、节约成本多、使用灵活、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高要求。

2 节能型智能集成电力电容器的设计要点

2.1 智能全自动组合的控制模式,实现过零投切

智能集成电力电容的设计要点就在于采用了电子实时检测信号反馈、无触点光电触发技术、晶闸管及磁保持继电器复合开关技术,实现了等电压投切,实现真正“过零投切”(投切涌流几乎为零),免除了谐波注入。其智能全自动组合的控制模式,以无功功率、功率因数、无功电压等多种参数作为控制参数,实现了最佳的补偿组合。由于每台电容器都带有智能网络模块,可以形成主、从自动组合模式进行投切,相当于每台电容器都能充当控制器,实现了高可靠性。混合补偿是补偿效果最佳化的模式,智能集成电力电容器能够简单和高可靠性地实现分相补偿、混合补偿等复杂的最佳效果的补偿要求。由于智能集成化电力电容器具有目前国内最先进的 “过零投切”功能,确保电容投切过程中无涌流冲击、无操作过电压、无电弧重燃,提高控制的快速性,同时延长电容器的使用寿命。原传统的无功补偿装置使用交流接触器进行投切,交流接触器在分断电容器时,会产生很高操作过电压,是导致电容器损坏的重要因素。采用过零投切技术后,电容器的使用寿命延长了2～3倍以上。由此带来经济效益和社会效益无法估量。通过图2和图3可以明显地比较出过零投切与非过零投切对电容器寿命的影响。

2.2 智能网络采用分散控制模式,寿命周期成本成倍降低

智能集成电力电容器取消总控制器,采用分散控制模式,每组智能集成电力电容器都有控制单元。使多组电容器的自动投切摆脱了全部依靠一个控制器的情况,杜绝因控制器故障导致整个系统瘫痪。另外,多台智能集成电力电容器联网使用时,会自动生成一个网络,其中地址码最小的一个为主机,其余为从机,构成低压无功自动控制系统。如果个别从机出现故障,自动退出,不影响其余工作;如果主机故障,也要退出,在其余从机中产生一个新的主机,组成一个新的系统。容量相同的电容器按循环投切原则,容量不同的电容器按适补原则投切。并且具有485通讯接口,可以接入后台计算机,进行配电综合管理。总之,该产品采用智能网络技术,大大提高了运行可靠性及电容的足量投入,延长了补偿装置的寿命。采用相同容量的无功补偿装置,尽管智能集成电力电容器的价格比相同容量的传统电容相近或要高些,但与整体的无功补偿装置相比及整个寿命周期相比,智能集成电容器的成本成倍降低。

2.3 模块化设计,扩容方便,维护简单

智能集成电力电容器实现了标准化、模块化,取代了传统的控制器、空气开关、交流接触器、热继电器、电容器,将其合为一个整体,组屏安装的时候采用积木堆积方式。多台电容器组屏安装,生产工时比传统模式减少60%以上,同时减少80%连接线,减少80%的节点,柜内简洁,使用现场快速组装。产品体积小,接线简单,随着用电用户电力负荷的增加,可以随时增加电容器的数量,改变了常规模式因接线复杂,一成不变的局限性,适应企业发展的需要,可以分期投资。产品本身高智能化,使用傻瓜化,安装非常简单,极易维护。若发现产品面板上故障指示灯亮,只要拆下电容器,换上新的,如同更换电池一样方便。不需要专业电工可及时维修,补偿效果大大提高,维护成本只有其他补偿装置的10%左右。据统计补偿装置维护的人工成本为5元/kvar,若更换成智成集成电力容器,全国每年可节约16.5亿元。

3 智能集成电力电容器的节能效果分析

常规补偿装置接通补偿电路需要交流接触器,交流接触器触点需要电磁线圈保持,每只交流接触器(按CJ19继电器吸持容量计算)需消耗15W,一般每一路可接通13kvar,相当于近1kvar电容补偿在开关上就要消耗1W多的电能。而智能集成电力电容器采用了磁保持继电器,磁保持继电器内,衔铁由永磁体吸持,电路接通后,不再消耗电能。因此,采用智能集成电力电容器后,电容接通后每kvar就比传统无功补偿装置减少损耗1W多。另外智能集成电力电容器体积比其他自动补偿装置缩小50%左右,因此减少了大量的导线、接点、器件等电能损耗,可降低此类损耗50%左右。

目前我国在用的配电变压器近500万台(数据来自中国国家电力监管委员会),平均容量为200kVA,总容量近10亿kVA,无功补偿按配电变压器平均的1/3计算,现有配电变压器需无功补偿容量3.3亿kvar。如果将现有传统配电变压器无功补偿装置换成智能集成电力电容器,按1kvar省1W算(还不计减少导线、接点的电损),则一年可节电28.91亿kWh,超过秦山核电站设计年发电量17亿kWh;可减少煤耗109.86万t,减少气体CO2排放量285.64万t,相当于增加净化空气的森林面积7616.94km2;可减少气体SO2排放量5.7万t,气体NO1、NO2排放量3.36万t,大量节约煤炭资源,减少环境污染。近来全国电力负荷年增长10%以上,配电变压器年增长容量为1亿kVA,相当于每年新增约37万台315kVA变压器。则低压电力电容器每年新增3333万kvar,可节电近3亿kWh。

智能集成电力电容器已通过了我国电力工业无功补偿成套装置质量检验测试中心的型式试验。多台产品经过温州电力局一年多的运行,各项性能指标均达到设计标准。经实践证明,智能集成电力电容器是传统低压无功补偿装置的替代产品。

4 结语

智能集成电力电容器实现过零投切,采用全自动组合控制模式,提高了可靠性,达到每kvar比传统补偿装置节省1W的节能效果,且具有小型化、性能优越、成本低等优势,是无功补偿的理想设备。

参考文献

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[2]朱海松.并联无功补偿装置对电网谐波的影响[J].电力电容器,2005,(2):19-22.

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[4]李刚,林凌.微机控制晶闸管投发电容器无功补偿装置[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

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[6]刘岸杰,宋伶俐.微机控制晶闸管投切电容器无功补偿装置[J].继电器,2004,32(7):28-31.

基于电容探测的智能液面探测技术篇5

关键词：智能液面探测技术,电容探测,单片机,单针探头,比较输出,探测灵敏度

0前言

液面探测系统是自动化学发光免疫分析测控系统的重要组成部分[1], 用于控制采样针探入液体的深度, 从而最大限度减少挂滴, 使自动加样过程稳定可靠。电容式液面探测技术[2]原理简单、成本低、易于实现, 是应用最为广泛的液面探测方法。本文主要通过对电容式液面探测技术进行改进, 阐述提高液面探测系统灵敏度、降低最少探液量以保持系统长期稳定工作, 降低其维护成本的方法。

1 电容式液面探测原理

金属采样针通过空间环境与电路系统形成空间分布电容, 利用时基电路产生脉宽调制输出[3,4], 当采样针与导电溶液接触时增加了空间分布电容, 输出脉宽变大, 检出此事件就可探测到液面接触信息。基本原理, 见图1。R1、R2、采样针与时基电路构成单稳态触发电路, 当外部触发时开始充电, 输出高电平, 当充电到VCC/3输出反转为低电平。脉冲周期由外部触发控制, 触发频率一般在20~100k Hz, 触发周期以略大于探测到液面最大空间分布电容情况时的最大脉宽为佳, 由最大探液量及应用环境决定。

2 检测方法

脉宽调制信息经二阶低通滤波器转化为准直流电平, 当探测到液面时电平跃变升高, 跃变电平与参考电平输入比较器得到液面探测脉冲信息图。具体电路, 见图2。由U2A线性放大提供略大于本底电平的参考电平, 由于迟滞电路有一定的延时和带宽, 使得比较电路在未探测到液面时输出低电平, 探测到液面时在一段时间内输出高电平。

3 智能化设计

用时基电路提供触发源, 结合上述电路可以实现全硬件电路的液面探测系统, 但液面探测脉冲在小液量时不易被捕获, 易受干扰, 不能实现稳定可靠的探测。图2中由迟滞电路提供的参考电平在实际应用中需要反复调试, 且由于季节、气候变化, 可调电阻触点老化等原因参考电平不能一直保持稳定, 往往每隔两三个月需要人工调节一次, 这无形中增加了维护成本。

引入单片机控制液面探测[5,6]可以有效提高探测质量。原理框图, 见图3。由单片机输出一路PWM信号提供稳定的触发频率, 触发信号自图1中2脚输入, 当低于VCC/3时, 触发器置位, 3脚输出高电平, 同时放电开关管关闭, 单稳态触发器进入充电过程。为不影响脉宽调制, 选取低电平时短PWM信号作为触发信号。

根据检测原理, 稳定的参考电平不应因是否探测到液面而发生变化。可通过单片机输出另一路PWM信号经二阶低通滤波器生成直流参考电平, 并经A/D转换对其进行实时监测, 通过自适应算法自动调节占宽比使其输出与设定值一致的稳定参考电平, 探测精度要求高时需要经D/A转换来提供稳定可控的参考电平。液面探测模拟电路, 见图4。

由外部控制本底信息采集, 本底采集时间为0.2 s, 经A/D转换 (ADC) 、256个数据循环池滑动平均得到平均值, 在此基础上加一个增量作为参考电平值, 此增量的大小决定了探测的灵敏度, 通过2个单片机引脚调节该增量并自动存储到单片机EEPROM中。系统中A/D、D/A转换分别为10位精度IC。表1为在测量点AINF处本底和各种液体容量的模数转换值与数字万用表实测电压值的关系。

注:表中电压数据由于人工介入测量引入一定环境电容改变, 其测量值仅作参考。

探测到液面时的比较输出是一个稳定的高电平。为提高探测的抗干扰能力, 单片机实时跟踪比较输出:当跟踪到持续的高电平信号时输出信号;当跟踪到脉冲干扰信号时单片机通过判断持续时间予以删除, 这是提高小液量探测灵敏度的关键。100μL液面探测示波器检测结果, 见图5。

4 结论

依据电容式探测原理, 经智能化处理后的液面探测系统的灵敏度得到了大幅度提高, 最小探液量可达100μL, 优于预期最小探液量 (150μL) , 有效提高了试剂最大使用量, 降低了样本的需求量。此设计方案已应用于临床检测的某自动化学发光免疫分析仪中。

参考文献

[1]朱险峰, 张阔, 曾思思, 等.全自动临床检验仪器中液面探测技术的进展[J].生物医学工程学杂志, 2010, (4) :949-952.

[2]纪国伟.AU5400生化仪液面探测原理分析[J].中国医学装备, 2010, (7) :52-54.

[3]李书旗, 沈金荣.液位测量传感器系统的设计与实现[J].计算机测量与控制, 2009, 17 (11) :2131-2133.

[4]招惠玲, 周美娟, 胡远忠.电容式液位测量系统的设计[J].传感器技术, 2004, 23 (3) :40-42.

[5]程剑锋.基于单片机的接触式液面检测系统[J].机械工程与自动化, 2009, (6) :48-49.

智能电容器篇6

关键词：永磁断路器,智能相控系统,过零同步投切

引言

目前变电站电压无功综合自动补偿成套装置, 电容器组作为重要的无功功率设备, 电容器组的投切常常以三相断路器或者三相真空接触器作为操作开关, 采用这种电容器组投切方式不可避免在电容器合闸时会产生较大涌流, 实际测量数据表明:电容的合闸涌流为电容额定电流的4 15倍, 其振荡频率为250 400Hz, 电容合闸产生过电压约为相电压的2 3倍。涌流容易对电容器、开关设备等造成损害, 严重时可能威胁电力设备安全运行。

为了满足电网发展和电力用户对高质量、高可靠供电的需求, 目前所采用的传统措施不能从根本上解决问题, 于是人们提出了同步 (选相控制) 投切技术[1,2,3,4,5], 根据不同负载 (如并联电容器组等) 的特性, 控制开关在电压或电流的最佳相位完成合闸或分闸, 实现无冲击的平滑过渡, 能有效地削弱开关瞬态电磁效应。本文介绍的智能相控系统也是基于电容器组过零同步投切技术, 采用可分相操作的永磁真空断路器及自适应控制技术, 在断口电压过零时刻投入电容器, 在电流过零时刻切除电容器功能, 从而实现电容器组在较小涌流和较低过电压下进行投切。

1 永磁断路器智能相控系统

1.1 永磁断路器智能相控系统的组成及特点

智能相控系统由单稳态真空永磁断路器和分相同步投切控制器两部分组成。

单稳态真空永磁断路器通过电磁合闸、永磁保持及弹簧分闸, 克服了弹簧操动机构和双稳态永磁操动机构断路器各自的不足之处, 综合体现了弹簧操动机构和磁力操动机构与真空灭弧室出力特性的良好配合, 具有优异的机械特性及电气特性。

单稳态真空永磁断路器采用三相独立操动、永磁机构与真空灭弧室上下直线布置的操动方式, 传动部件减至最少, 降低运动部件动能损耗的离散性, 所有机械运动均为直线线性运动, 使开关每相均具有较好的机械合性。而传统弹操机构开关传动部分零部件多, 运动环节长, 运动时间分散性大;控制部分无法实现电子控制, 无法满足精确控制合分闸时刻的要求。

分相同步投切控制器是采用现代微电子控制技术, 以高性能DSP处理器为平台, 能实时、准确的跟踪电网相位信息, 在接收到就地或远方控制指令后能自适应补偿断路器的动作时间, 并根据电容器组的机构以及真空开关的特性, 柔性关合、切断电容器组。

1.2 与传统投切技术的比较

目前电容器组常用的四种投切方式:接触器投切、真空断路器投切、晶闸管投切及永磁断路器智能相控系统。传统的接触器投切方式和真空断路器投切方式虽然价格较低, 但投切过程会产生很大的涌流及过电压, 可靠性一般, 在这两种方式下电容器寿命会受到严重影响, 只有3-4年;晶闸管投切过程产生的涌流和过电压都很小, 可靠性高且能实现分相补偿, 电容器寿命也能维系6-8年, 但其最大缺点在于维护费用高, 投入过程会产生大量谐波, 严重影响电网质量;而相比较之下, 永磁断路器智能相控系统投切方式下, 能实现分相补偿, 产生的合闸涌流及操作过电压值都很小, 电容器寿命能维系在10-15年, 开关电气寿命达15万次, 操作可靠性高且不会对电网产生谐波。

由此可见, 传统的断路器投切方式下, 电容器组不能实现过零投切, 投切时会产生合闸涌流及操作过电压, 严重影响电容器组及断路器寿命;而永磁断路器智能相控系统应用于电容器组投切, 消除了由于合闸涌流、操作过电压对系统及电容器等设备造成的危害, 从而提高了断路器的寿命与系统的稳定性。

2 电容器组投切优化

10kV并联电容器组是一种操作频繁的电气设备, 需要按电网系统电压和无功功率的变化进行频繁投切。而目前10kV以上电网主要采用真空断路器投切电容器组, 由于电容电流与电压的相角差和断路器开断性能的影响, 投电容器组时产生的合闸涌流及过电压, 就会对电容器组、电网设备造成影响。合闸涌流和过电压的影响主要有:使断路器、电抗器、电容器出现损坏故障;冲击电力系统其它设备, 危害电网安全。

为消除由于合闸涌流、操作过电压对系统及电容器等设备造成的危害, 传统上一般采用预插电阻、预插固定电抗器、安装R-C阻容吸收设备、后备氧化锌避雷器 (MOA) 等方法来削弱这些暂态过程。但这些方案都并没有能够从根本上解决电容器投入过程中的涌流和过电压问题。智能相控系统的应用则能较好地削弱电容器投入过程的涌流和过电压现象。图1是永磁断路器智能相控系统应用于电容器组的优化方案。方案中, 采用可分相控制的永磁机构真空断路器和智能选相控制单元替代了传统的弹簧机构真空断路器, 在断口电压过零时刻投入电容器, 在电流过零时刻切除电容器功能, 实现电容器组无涌流和无过电压投切。

3 模拟试验

针对永磁断路器智能相控系统在无功补偿领域的应用, 在某高压试验中心进行了模拟试验, 主要检测智能相控断路器投入电容器组时的合闸涌流和电压过零时间误差、切除电容器组时分闸过电压和电压过零时间误差。表1列出了试验品主要技术参数。

表2测试数据表明, 用永磁断路器智能相控系统投入电容器组时最大合闸涌流为149安培, 而电容量额定电流峰值为76安培, 则最大合闸涌流为1.96倍电容器额定电流峰值, 合闸过程电压过零时间误差最大值为0.81毫秒, 符合要求。

表3测试数据表明, 用永磁断路器智能相控系统投入电容器组时最大分闸过电压为16603伏特, 而电容量额定电压峰值为8650伏特, 则最大分闸过电压为1.92倍电容器额定电压峰值, 分闸过程电压过零时间误差最大值为0.78毫秒, 符合要求。由此可见, 智能相控系统的应用, 能有效地抑制电容器组投切过程产生的合闸涌流和分闸过电压。

4 结语

永磁断路器智能相控系统通过分相控制电容器组合分闸的电压和电流的相角, 能够快速在系统电压过零时投入电容器组, 可极大地减小断路器动作过程中的暂态过程, 实现电容器组过零投切控制;解决了目前无功补偿装置存在的电容器不能分相过零投切, 可靠性低, 优化性能差, 运行不经济等问题;缓解了由于合闸涌流、操作过电压对系统及电容器等设备造成的危害, 提高断路器的寿命与系统的稳定性, 可以用于变电站中需要电容器组较为频繁投切的实际需求。

参考文献

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[4]丁富华, 段雄英, 邹积岩.基于同步真空断路器的智能无功补偿装置[J].中国电机工程学报, 25 (6) :30-35

智能电容器篇7

1—顶盖2—消毒除异味装置3—内置痰盂芯桶4—红外传感器5—广告薄壁桶6—外桶壁7—广告薄壁桶8—广告照明灯9—广告旋转托体10—广告旋转电机11—侧盖开闭驱动电机12—红外传感器13—侧盖铰链14—侧盖15—侧盖曲柄16—消毒除异味装置17—内置垃圾芯桶18—侧门19—支点20—滚轮21—电源、电路板22—电磁铁23—伸缩拉杆24—扬声器

1 系统工作原理

系统工作原理如图1所示, 当红外传感器4接收人体接近而触发的信号后, 驱动装置进行开顶盖动作与广告旋转动作, 广告灯打开, 发声装置同时发出“XX (厂家) 提醒您文明举止从身边做起, 谢谢您的合作”的声音。当顶盖打开状态延续一段时间 (约30秒) 后, 断电闭合, 消毒除异味装置开始工作, 广告体旋转装置旋转一段时间 (约60秒) 后停止工作。同样当红外传感器12接收到信号后侧盖打开, 广告旋转、广告灯同时打开, 消毒除异味装置开始工作, 发声装置同时发出声音。

2 系统设计

2.1 硬件实现

硬件实现框图如图2所示, 单片机是控制系统的核心部分, 综合考虑系统扩展的方便性、系统工作的可靠性、性价比等因素, 控制系统采用ATMEL公司生产的, 具有功耗低、速度快、抗干扰能力强的89C51芯片。单片机根据所采集到的不同传感器的信号, 对应驱电路输出相应的控制信号, 驱动各机构运动, 达到对各个执行机构动作的控制的目的。顶盖驱动执行机构、侧盖驱动执行机构、消毒除味装置以及旋转广告执行机构用220V电源直供电, 单片机89C51采用电源变换模块变换后的5V直流供电, 声音模块靠单片机直接驱动。

2.2软件设计

控制系统软件采用模块化设计, 软件模块包括系统初始化、系统自检、信号采集与处理以及各装置控制子程序模块。系统中将红外传感器4和红外传感器8的输出信号分别输入单片机P1口的P1.0、P1.1。一般在日常生活中P1.0、P1.1不会同时出现高电平, 机构设计中已经消除了红外传感器4和红外传感器8同时触发的可能情况。为此程序中单片机反复查询P1.0和P1.1的状态, 当P1.0为高电平时, 启动定时器T0并调用相关子程序, 同样当P1.1为高电平时, 启动定时器T1并调用相关子程序。其程序流程参见图3。

3结束语

MSC-1型多功用智能环卫容器, 为实用新型专利设计, 目前已在一些医院、高档场所试用。实践证明该控制系统工作可靠, 性能稳定, 达到了设计的要求, 并取得了良好的社会效益。

参考文献

[1]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].2004, 327～363

[2]马明建等.数据处理采集与处理技术[M].2000, 156～172

【智能电容器】推荐阅读：

混合电容器07-14

固定电容器10-19