何花
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：电能现已成为现代工农业生产必不可少的能源和动力。然而，目前我国的电力供应却非常紧张，难以满足各行各业日益增长的用电需求，同时还存在着用电效率低、损耗高以及功率因数低的现状，因此，节约用电对于发展国民经济、提高人民生活水平具有举足轻重的作用。智能式低压电容器可以在一定程度上解决影响电能质量和降低电器设备的寿命，制约企业生产效率的提高，同时企业还可能因为电能质量未达标而承受线损及电力部门罚款等经济损失的相关问题。
关键词：智能式，低压电力电容器
电能现己成为现代工农业生产必不可少的能源和动力。然而，目前我国的电力供应却非常紧张，难以满足各行各业日益增长的用电需求，同时还存在着用电效率低、损耗高以及功率因数低的现状。因此，节约用电对于发展国民经济、提高人民生活水平具有举足轻重的作用。企业用电的功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、用电管理水平以及供电系统的运行是否经济合理的重要指标之一。因此，补偿电力系统无功损耗、改善功率因数、稳定系统电压，是企业重要的节电措施之一，也是电力部门及广大用户的迫切要求。
随着电力系统的发展和电力用户自动化水平的提高，对电网供电质量的要求也越来越高。而电力系统参数变化及波动性负荷会造成局部电网电压不稳及功率因数恶化，影响电能质量和降低电器设备的寿命，制约企业生产效率的提高，同时企业还可能因为电能质量未达标而承受线损及电力部门罚款等经济损失。智能式低压电力电容器作为解决此类问题的一种设备应 而生。这种装置适用于变电站、冶金矿热炉等连续运行的大容量用电设备，可以提高电网功率因数、减少网络损耗，而且顺应电器设备智能化的潮流，近年来在电网中应用日益广泛。
1、传统的低压电力电容器
传统的低压电力电容器包括感应电动机、可控硅控制传动装置以及其它广泛应用的一些工业设备均消耗无功功率，这种无功功率是从电网吸取的。通常，当功率因数低于(0.85-0.9)时，无功功率所引起的费用增加变得显而易见。在低压电网上安装的电力电容器能使各个行业都可获益。
1.1具有干式绝缘和自恢复能力的电容器
传统低压和高压电力电容器在设计上均以铝箔作电容的极板，其介质则以绝缘纸或聚丙烯薄膜或者两者共同采用。整体结构先是浸以矿物油，然后再以各种各样的含成介电液浸渍。将其密封于焊接而成的铁盒子内。
高压电力电容器虽然从极板结构到浸渍液的选择等各方面进行了改进，但依然保留了原来的基本设计形式。低压电力电容器的发展則另辟蹊径，出现了以金属化聚丙烯薄膜作为极板一一介质结合体的自恢复设计。这种先进的产品还具有干式结构，不含任何绝缘浸渍液。
“自恢复”意指电容器绝缘系统在击穿后，能够恢复到原有绝缘性能的能力，这是因为在真空中蒸发到绝缘薄膜上的金属电极层非常薄。瞬时过电压或绝缘薄膜固有的缺陷所引起的绝缘故障并不引起电容器的击穿。相反，自恢复过程保证短路电流使故障点周围的电极层重新蒸发，从而使该故障点与电容器的其余部位隔绝开来，井重新建立绝缘休系的整体性。由于电容器的自恢复是个较快的过程 (微秒级)。就设计上合理的电容器而言，自恢复过程引起的电压降和能量消耗相当低，不致于毁坏电容器。自恢复动作所产生的电容量的降低对于电力电容元件而言一般小于0.0001%。
由于蒸发形成的电极板比相对较厚的铝箔薄成百倍其至上千倍。因而前者对后者的取代大大减轻了重量，并显著提高了体积利用率。
1.2传统低压电容器存在的三个危险因素
对于金属化电容器，须考虑以下三个危险因素：
（1）电容器开关操作期间涌流的作用涌流主要出现于电容器投入到电网时刻。它对金属化电极与喷涂在用于焊接的出线头表面土的金属接触面之间的触点施加种种压力。要确保良好的接触就须对此问题 重视。金属化薄膜的规格在这方面具有十分重要的意义。
此种电容器在生产过程中经过几道特殊步骤，一般由若干台低压电力电容器、交流接触器、熔断器等和一台智能式控制器组成一个低压无功自动补偿装置进行工作，从而能够确保最终产品具有耐受涌流的能力。
（2）电容量损失的时间效应
自恢复电容器随着使用时间的发展会损失部分电容量。这一现象或是由金属化电极腐蚀引起，或是由于自恢复动作次数过多引起。两个因素减小电容器极板的有效面积。腐蚀问题是这样处理的：所用的金属化电极主要地用锌而不用铝，铝易于腐蚀。至于过多的自恢复动作问题，主要取决于金属化薄膜的质量和设计。其它的原因是设计不当或者是生产工艺的缺陷。
（3）使用寿命末期的特性
电介质击穿在新型和传统型式的两种电容器中引起截然不同的表现。铝箔型电容器损坏后呈低阻值模式，使得熔断器保护沿用了简单的原理。而金属化薄膜电容器损坏后仍有很高的阻抗，通过的故障电流与平时的正常电流具有同等的数量级，使得正规的熔断器无法实行保护。保护金属化薄膜电容器的常规方法是：运用某种压力断路器，这种断路器对于短路条件下的气体生成是十分敏感的。
有一种更好的保护办法，它采用一个以IPE (内相参保护的元件)原理为基础的双保护系统，同时以蛙石作为电容器元件的填充物。蛙石是一种以云母为主的膨体矿质材料。
IPE原理涉及到由连续而来的自恢复动作所引发的顺序保护。这种保护动作时，与金属化薄膜电容主元件井联的很小的一个铝箔电容器短路，从而产生一个足以使熔断器动作的故障电流。
2、低压电力电容器的智能化
目前，无功补偿装置已在电力系统得到广泛应用。无功电源与有功电源一样是维护电力系统稳定、保证电能质量和安全运行必不可少的。传统的无功补偿装置是通过控制交流接触器或空气开关实现电容器组的投切。这种装置的致命弱点是机械触头动作速度与工频电压和电流的变化速度不匹配，在投切过程中由于电容器极性的存在必然产生涌流，这种涌流冲击严重时产生电弧重燃而造成过电压或过电流，由于设备的原因或用户水平的局限，很难实现无功补偿的优化运行，且经常发生过补偿尤其是在午夜后电压较高时向电网返送无功功率引起电压质量问题。
低压电力电容器主要用于低压供电的无功功率(或功率因数)补偿，以此降低电能损耗、提高供电设备的利用率，并在一定程度上改善供电电能的电压质量。低压电力电容器作为无功补偿时，一般由若干台低压电力电容器、交流接触器、熔断器等和一台智能式控制器组成一个低压无功自动补偿装置进行工作。这种低压无功自动补偿装置适用于较大容量用户的无功集中补偿，而对广大分散的小型农村用户，则不适合使用。
由于微电子、微型网络等技术的迅速发展及其元器件的价格降低，将单台低压电力电容器配置一台微型智能化控制器， 加上交流接触器、熔断器等，构成一种能够进行低压无功自动补偿的智能式低压电力电容器，对于农电领域内进行有效的无功补偿具有很大的实用意义。
2.1智能式低压电力电容器的功能
智能式低压电力电容器由一台电容器配置一台智能式控制器，所以容易实现较多功能，它除了具有进行无功功率自动补偿外，还可以实现过压、欠压保护和电容器过电流、断相、三相不平衡、漏电流、过热保护等。电容器过热可以反映电容器工作时过电压、谐波漏电流过大和环境温度过髙等情况，因此过热保护是一种重要保护，能够有效地延长电容器的使用寿命。
智能式低压电力电容器应具备多台联机工作的功能，以适应只用一台智能式低压电力电容器时无功补偿容量不够的场合。多台工作时采用总线通信方式，联机工作时自动产生一个主机，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，容量相同的电容器按循环投切原则，容量不同的电容器则按适补原则投切。
2.2与传统低压无功自动补偿装置的比较
低压无功自动补偿装置的使用能够降低供配电设备电能损耗、提高供配电设备利用率，并在一定程度上改善供配电电压质量，因此历来受到电力部门的高度重视，得到非常广泛的应用。低压无功自动补偿装置具有数十年的历史，随着电力、电器和电子技术的不断发展，装置性能不断提高，特别是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。
智能式低压电力电容器与常规低压无功自动补偿装置一样，均用于低压供电的无功功率自动补偿，二者除了结构模式存在根本差别和前者具备更多功能之外，智能式低压电力电容器还有以下特点。
（1）产品结构简洁、体积小，容易实现标准化、规范化，同时流水线生产容易、可形成规模化生产，降低生产成本，提高产品质量。
（2）使用方便，根据情况可以在使用现场灵活配置，可以日后根据情况的变化现场调整。多台使用时，个别损坏不影响其余，同时保护功能全，因此整体可靠性高。 维修方便，故障诊断和现场处理比较容易，一般农电工可以胜任。
（3）多台使用时为积木式组合，可按当前需要和经济能力配置，日后可逐步增加，实现分次投资。
2.3智能式低压电力电容器的应用
智能式低压电力电容器可以直接进行低压无功自动补偿，安装于用电设备旁，实现无功就地自动补偿，或者安装于现有在需要无功补偿容量较大的场合，应用多台智能式低压电力电容器，多台使用时接线如图2所示。
图中QS是电源总开关，网络总线为细芯线缆，采用接插连接。配电柜、配电箱内部和计量柜底部，对一些配变容量小的用户及新村配电等进行无功自动补偿，功能强、安装使用方便、投资省。
単台使用时接线如图1所示：
3、安科瑞AZC/AZCL智能低压电力电容器介绍
3.1概述
AZC系列智能电容器是0.4KV、50Hz 低压配电节能、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。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。改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式，从而使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，价格更廉，节约成本更多，使用更加灵活，维护更方便，使用寿命更长，可靠性更高的特点，适应了现代电网对无功补偿的更高要求。
AZC系列智能电容器采用定制段式LCD液晶显示器，可实时显示三相母线电压、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。
在AZC基础上，AZCL系列智能集成式电力电容补偿装置串接合适电抗率（7%适用于5/7次以上谐波环境，14&适用于3/5/7次以上谐波环境）的电抗，可有效抵制谐波，避免谐振放大谐波，保护电容柜本身寿命。
3.2应用场合
医院类、商业中心、数据中心、变频器行业、光伏行业、港口/油田类、化工/冶炼类...
3.3安科瑞AZC/AZCL系列智能电容器的选型
AZC智能电力电容补偿装置
AZCL智能集成式电力电容补偿装置
3.4 优势
AZC/AZCL系列智能电容器本体采用特制干式自愈式电容器，无泄漏、整体阻燃防暴、绿色环保、年衰减率小。产品标准化、模块化，取代了传统的空气开关、交流接触器、可控硅、热继电器、电容器，将其功能合为一个整体，发热量小，组屏安装的时候采用积木堆积方式，电容器损坏时只需单体简单快速更换。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。
保障系统电压稳定合格，提高功率因数，对投入电容器进行预测，若投入电容器过补，则不投入，避免无功超额而罚款；控制可靠性100%，提高配变有功出力，减少增容投资降损节能。
作者简介：
何花，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司。主要从事智能电力电容器产品的研发与应用，手机：18702111387；QQ：2881392111；Email：2881392111@qq.com
