电流平衡型无功补偿装置

1.   用途及使用范围

    PBPH型配变平衡智能终端装置可工作于额定电压380V、工作电流小于1500A的低压公用供电场合，主要在居民用户集中地区使用。该装置具有调整不平衡的三相电流、进行无功补偿、谐波测量及保护、远程监测、负荷测量等功能，同时它可替代无功补偿箱、配变终端等多种装置，既解决了实际问题，又降低了投资成本，可以说是一举多得。

 2.   装置的正常工作条件

2.1周围空气温度上限不超过+55℃，下限不低于-20℃。

2.2安装地点海拔不超过2000m.

2.3大气相对湿度在周围空气温度+55℃时不超过20％；在较低温度下可以有较高的相对湿度，*湿月的月平均*大相对湿度为90％，同时该月的月平均*低温度为+25℃，并考虑到因温度变化发生在产品表面上凝露。

2.4污染等级：3级别。

2.5安装方式：落地安装、杆上安装、箱变内集成。

 

3.   结构概述

PBPH型配变平衡智能终端装置由总开关、用户开关、电流互感器、JKWB配变负荷平衡控制器、电容器、电容器投切复合开关、机箱、支架等附件组成。（见附图1）

总开关可起到现有低压开关箱中进线开关的作用,用户端可以配置多路空气开关；

电流互感器CT1,CT2,CT3接进线端，是补偿后的电流；

电流互感器CT4,CT5,CT6是负荷端电流，是补偿前的电流；

电容采用自愈式低压并联电容器；

电容器投切复合开关采用可控硅和接触器并联的方法，由工业芯片控制，开关在投切电容瞬间采用可控硅过零触发的特性，避免产生电容器合闸涌流和谐波；开关正常工作时，使用接触器减小压降损耗，避免发热。

机箱外壳由不锈钢板焊接而成，采用前后双开门结构；内部为双层布置，前一层为负荷控制部分，后一层为控制器及投切元件。

图1：元器件布置图及现场效果图

5.   控制器功能

控制器通过电压互感器和电流互感器对电网进行采样，用DSP对采样数据进行FFT运算、分析，控制电容投切容量，并对数据记录和远传。

5.1基本功能

5.1.1 实时显示功能

友好的人机界面，全中文液晶显示，实时显示三相电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率、电量、三相电压谐波总畸变率（THDu）、 电流谐波总畸变率（THDi）、电压的 2～19次谐波电压含有率(HURn）、实时时钟等。

5.1.2 参数设置功能

通过键盘可设置时间，CT变比、电容器组合方式、电容器容量、谐波保护门限等。

5.1.3 实时通讯功能

具有RS232通讯接口，可通过RS232/485转换头与配电自动化系统相连。上传实时数据显示和整点数据、统计数据查询，包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、三相谐波电压总畸变率和三相谐波电流总畸变率等。

5.1.4 数据存储功能

可存储65天的电网运行数据。包括每天整点数据、每天统计数据、每日的电量。利用掌上电脑一次采集所有数据，通过RS232或USB口输入前置机，生成数据库。通过SCADA软件生成各种报表及曲线，为配变管理和电网电能质量分析提供依据。以下对数据包中的数据进行说明：

5.1.4.1整点数据

三相电压、电流、COSФ、有功、无功、电压电流谐波总畸变率、电压的2～19次谐波含有率。

5.1.4.2每天统计数据

电压超上下限时间；电流超负荷时间；电压缺相时间；电压、电流、COSФ、有功、无功、平均COSФ、总有功、总无功*大值和*小值及其发生的时刻；电流15分钟的*大值及其发生的时刻；*大三相不平衡度及其发生的时刻；每天COSФ > 0.9的时间、COSФ < 0.8的时间；每天总有功电量、总无功电量、基波有功电量、基波无功电量。

5.1.4.3 每月统计数据

停电时间、停电次数、电容器投切次数。

5.2 控制功能

5.2.1 保护功能

装置具有过电压保护、失压保护、缺相保护、谐波电压超限保护功能。

5.2.2 自动/手动切换功能

具有自动、手动切换功能，手动控制用于电容接线调试。

5.2.3 采用等比电容器补偿方式

为补偿无功功率同时调整三相功率不平衡，采用相间投入不相等的电容量。为提高补偿精度，装置采用1:2:4:4:4或1:2:4:8:8或1:2:4:8:16的电容，补偿容量根据变压器大小和用户负载确定。实现动态补偿，无投切振荡。

5.2.4 无触点开关过零投切，无合闸涌流、无过电压

采用过零触发技术，响应时间快，投切电容器时不产生电弧、无浪涌、无过压、引起的谐波分量很小。

5.2.5 电容正常工作时使用触点开关

可控硅导通时有压降损耗，需要散热。当有很多可控硅同时工作时，电能损耗很大。所以，我们在装置中使用复合开关（可控硅+继电器）做电容器的投切开关。

 

6.   技术参数

6.1 基本参数

 工作电压：AC220V±20%三相四线

 电源频率：50Hz±5%

 取样电压：AC220V±20%三相四线

 取样电流：0～5A

 取样电压回路功耗：＜0.1VA/相

 取样电流回路功耗：＜0.5VA/相

 取样电压回路过载能力:1.2倍额定电压连续工作并保持精度恒定

 取样电流回路过载能力：1.2倍额定电流连续工作并保持精度恒定

6.2 测量精度

 电压、电流：±0.5%

功率因数、有功、无功：±1%

电能精度：±1%

谐波电压含有率：±1% (2～19次)

 谐波电流含有率：±1%  (2～19次)

 投切响应时间：< 20ms

6.3 控制参数：

功率因数：推荐值０.85～０.99，步长0.0001。出厂预置０.98

 电压上极限： 推荐值240～260V，步长1V。出厂预置250V

 电压下极限： 推荐值220～180V，步长1V。出厂预置200V

 电压上限：推荐值230～250V，步长1V。出厂预置240V

 电压下限：推荐值200～160V，步长1V。出厂预置180V

（电压上限、电压下限是用来设定电压回差，防止频繁投切）

谐波电压保护定值：推荐值10～40V，步长1V。出厂预置20V

门限参数：设定无功补偿投切量的回差，防止装置频繁投切，具体根据装置单级容量来确定无功上限值（无功上限值必须大于△电容器容量除以3的值），推荐值为单级容量的1.1～1.5倍

投切延时：推荐值1～300s，步长1s。出厂预置60s

输出接点：21个输出信号，每个信号DC5V×10mA。

6.4 通讯

物理接口：RS232/ RS485

通讯规约：负控规约或约定

波特率：　9600bps

通讯方式：现场采用PDA或笔记本电脑，远程采用无线通信方式。

6.5 绝缘强度

在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz，历时1min的工频耐压试验而无击穿闪络及元器件损坏现象，试验电压1500V。

6.7 使用条件

3.7.1 环境条件

3.7.1.1 工作环境条件

环境温度：－20～55℃

相对湿度：40℃ 时20%～90%

大气压力：79.5～106.0kPa（海拔2000m及以下）

3.7.1.2 周围环境要求

不允许有较强的振动与冲击

不允许有腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质存在，不得含有爆炸危险的介质，不允许有严重的霉菌存在。

3.7.1.3 运输、储存环境条件

环境温度：－40～60℃

相对湿度：50℃ 时90%

7.   电容器及投切开关

7.1  投切开关

在普通配电开关柜中一般使用交流接触器投切电容，电容投入瞬间产生冲击电流，对电网中的其他设备和电容器本身造成损害，电容经常击穿，容量下降，补偿效果降低。在低压无功补偿成套装置中，采用晶闸管投切电容器（TSC），和机械投切电容器（MSC）相比，晶闸管的操作寿命很长，而且晶闸管投切时刻可以精确控制，减少了冲击电流，而且不产生谐波。但晶闸管导通时有压降而产生损耗。我们把两者的优点进行结合，做成了新型的电容器投切用复合开关，在实际应用中效果良好。投切用复合开关的特点：

a.在电容器上电压过零投，电流过零切。

b.投切时无冲击电流，功耗低，无需加装散热器和风机。

c.投切时无触电拉弧，无谐波污染，具备自保护能力。

d.采用光隔离技术，控制器输出低压驱动，抗干扰能力强。

e.安装方便，接线简单。

8.2 电容器的特点

在本装置中使用金属化聚丙烯电容做补偿电容，具有介质损耗因数低、自愈性的特点。在无功补偿装置中，一般将电容器分成几组，可根据电网的无功需求投切这些电容器。电容器分组比较灵活，一般希望能组合产生的电容级数越多越好，但是综合考虑到系统复杂性以及经济性，我们采用十六进制的方案。即采用1：2：4：8：16C的电容组合。如果补偿容量较小，建议使用二进制的方案，用k-1个电容值为C的电容，和一个电容值为C/2的电容。我们把所有的电容做在一起，成为一个整体。减小了安装体积。图示如下：

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