浅谈集成式电力电容器无功补偿装置的技术特点及应用状况

安科瑞 华楠

摘要：阐述了集成式电力电容器无功补偿装置的组成与应用状况．在与常规电力电容器对比的基础上，分析了集成式电力电容器无功补偿装置的技术特点。通过对集成式无功补偿装置原理结构的分析，探讨了对集成式无功补偿装置的分类，并提出了一些看法。

关键词：集成式电力电容器；新一代智能变电站；无功补偿

引言

电力电容器是电力系统并联无功补偿、谐波滤波的核心器件，是组成变电站的重要设备。目前应用于变电站的常规电容器装置是和配套设备用导线连接组成。因其占地面积大、维护频繁、使用寿命短等原因．无法满足新一代智能变电站的建设要求，新一代智能变电站建设过程中普遍采用集成式无功补偿装置替代常规电容器装置㈣]。集成式无功补偿装置采用集合式电容器．集合式电容器于20世纪80年代中期开发．90年代逐步在电力系统中推广应用．目前应用已非常广泛，运行靠，约占全部高压并联电容器的30％。集成式无功补偿装置是集合式电容器与串联电抗器一体化的设备，具有补偿效果好、功耗低、体积小、节约成本、使用灵活、维护方便、使用寿命长、可靠性高的特点，适应了新一代智能变电站对无功补偿的更高要求。

1 集成式无功补偿装置的构成

集成式无功补偿装置是由集合式高压并联电容器、串联电抗器、隔离接地开关、放电线圈、氧化锌避雷器、成套柜体(含不锈钢端子箱)、保护器件、温控装置及一、二次部分接线等设备组合而成的装置。

集成式无功补偿装置的并联电容器通过容性无功电流，串联电抗器与电容器串联，可投切涌流和谐波放大。氧化锌避雷器主要用来限制电容器投切开关的过电压。隔离接地开关主要作用是将电容器装置与断路器断开。使其间有一明显可看见的断开点，同时在停电检修时将电容器装置接地。

2 集成式无功补偿装置的应用

新一代智能变电站示范工程一武汉未来城110 kV变电站位于武汉市东湖高新开发区，变电站主变压器容量为2x50 MVA．无功补偿采用集成式无功补偿装置，电容器容量按变压器容量的16％配置。容量为1组3 Mvar+5 Mvar电容器。集成式无功补偿装置的平面布置如图1所示。未来城110 kV变电站以110 kV典型设计1 10—C一5模块方案为模板对无功补偿装置的布置进行优化设计[9]．原设计采用常规无功补偿装置的平面布置图如图2所示。

 

图1 集成式无功补偿装置平面布置图

 

 

图2 常规无功补偿成套装置平面布置图

从图2可以看出，常规无功补偿装置的占地面积为49．6 m2，而选用的集成式无功补偿装置占地面积仅为25．324 m2，占地面积减少了近1／2，符合新一代智能变电站小型化、集成化的要求。

3集成式无功补偿装置的优势

根据新一代智能变电站建设与运行情况．与常规无功补偿装置相比．集成式无功补偿装置主要有以下优点：

1)造价降低，节约投资成本。集成式无功补偿装置生产、运输、安装等费用大幅下降，生产工时、运输安装费用比传统模式减少40％以上。

2)成套装置安装简易、扩容方便、维护简单、结构紧凑、占地面积小(占地为散装电容器成套产品的1／5、集合式电容器成套产品的113左右)。

3)方便成套布置设计规范标准化、产品智能模块化，接线形式较为简易，大大提高了设计工作效率，且便于维护操作和沟通。

4)采用串联电抗器与并联电容器一体化设备，无功补偿装置减少了80％的连接线、60％的节点，降低了故障概率，减少了运行维护量，延长了使用寿命。集成式无功补偿装置一次和二次布线均在厂内完成。在使用现场快速组装，维护简单。设备全绝缘直接落地安装，抗震性能好。现场定位后，接入电网即可运行。常规电容器装置与集成式电容器装置的主要性能比较见表1。

表1 常规补偿装置与集成式补偿装置的比较

 

从表1中可以看出：集成式补偿装置安装简易，故障概率低，运行维护量少，维护简单，使用寿命长；而且成套装置重量轻，本体带储油装置，无需设置储油坑，能有效节约土建投资成本。

4 集成式无功补偿装置的分类

集成式无功补偿装置的分类目前还没统一标准规定，根据结构上的不同，目前生产的集成式电容器主要有两种类型：I型集成电容器和Ⅱ型集成电容器。

I型集成电容器装置采用半封闭式结构：采用模块化设计，整套装置分为两个模块，隔离开关、干式铁心串联电抗器、放置于箱变内为1个模块。集合式电容器、避雷器、放电线圈、电流互感器、围栏放于箱变外为第2模块。装置结构紧凑，占地面积小。I型集成电容的断面示意如图3所示。

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图3  I型集成电容器的断面示例图

Ⅱ型集成电容的断面示意如图4所示．装置采用全密封紧凑型结构，绝缘油与空气完全隔离．不需要内部维修及更换绝缘油。更不需进行定期油试验，整体一体化结构，无外露走线，大大降低故障几率。占地仅为常规装置的1/3左右，节约了土地资源。Ⅱ型集成式无功补偿装置的占地面积比I型占地面积更小。所述的I型与Ⅱ型集成式电容器装置尺寸对比见表2。

 

图4  II型集成电容器的断面示例图

 

表2  I型和II型集成电容器成套装置对比表

 

从表2中可以看出：3 Mvar的Ⅱ型集成式电容器成套装置占地面积为I型集成式电容器成套装置的34％，5 Mvar的Ⅱ型集成式电容器成套装置占地面积为I型集成式电容器成套装置的35．9％。且Ⅱ型集成式电容器成套装置不需要装设围栏。如果新一代智能变电站设计中采用Ⅱ型集成式电容器成套装置，能更有效地节省占地面积，为变电站的优化设计提供必要的技术支持。将成为集成式无功补偿装置发展的一个趋势。

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

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

集成式电力电容器成套装置选用串联电抗器与并联电容器一体化的集成式电容器，可实现紧凑型布置，节约土地资源，缩短建设周期，减少运行维护量，降低故障概率，延长使用寿命，适应新一代智能变电站的发展趋势，符合现代智能电网建设要求。

参考文献

[1] 房金兰．我国电力电容器技术的发展[J]．电力电容器与无功补偿，2010，31(1)：l-4．

[2]瞿绪龙，王恒，陈颖.简析集成式无功补偿装置的技术特点．

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版．