余明凱

廈門路橋游艇旅游集團(tuán)有限公司（361000）

配電變壓器監(jiān)測(cè)及無功補(bǔ)償技術(shù)的研究

余明凱

廈門路橋游艇旅游集團(tuán)有限公司（361000）

隨著我國用電量的不斷加大，電力系統(tǒng)發(fā)展空前，供電所配電變壓器的數(shù)量也大幅上升，但是對(duì)于變壓器的監(jiān)測(cè)技術(shù)還不高，損壞事件數(shù)量增多。帶給電力系統(tǒng)的不僅僅是經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)對(duì)保證供電可靠性有著潛在隱患。文章著重分析了配電變壓器在線監(jiān)測(cè)與無功補(bǔ)償控制裝置，利用通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)變壓器的全面管理，裝置通過大功率無觸點(diǎn)固態(tài)繼電器，可實(shí)現(xiàn)電容器自動(dòng)投切，闡述了合理運(yùn)用配電變壓器無功補(bǔ)償能夠有效控制配電網(wǎng)損耗的重要性。

配電變壓器；在線監(jiān)測(cè)；無功補(bǔ)償；模糊控制

0 引言

針對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)及電力用戶而言，在運(yùn)行線路中適當(dāng)添加并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，不僅能夠削減上一級(jí)電網(wǎng)壓力，還可提升用戶配電變壓器使用效率，對(duì)用戶功率因數(shù)及電壓質(zhì)量進(jìn)行改善,有效控制電能損失,進(jìn)而提升供電可靠性。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

圖1 配電變壓器監(jiān)測(cè)儀兼做無功補(bǔ)償控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 控制器的組成部分

控制器由單片機(jī)最小系統(tǒng)、信號(hào)輸入單元、串行通訊單元及輸出接口四個(gè)部分構(gòu)成。

整個(gè)系統(tǒng)的核心由地址鎖存器74LS373、80C196CPU、轉(zhuǎn)換器FlashEPROM、27256EPROM以及A/D等構(gòu)成，為單片機(jī)最小系統(tǒng)。

測(cè)量CT、PT等組成信號(hào)輸入單元。配電變壓器電壓及電流量進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換后傳送到控制器，通過A/D轉(zhuǎn)換后傳至CPU單元,進(jìn)而完成計(jì)算及分析。

配置要求為標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS484串口電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換及使用。串行通訊單元中，全部數(shù)據(jù)讀取及參數(shù)設(shè)置均有此串口實(shí)現(xiàn)連接。為達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)操作便利的目的，將借口設(shè)置為紅外接口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)RS232的連接。通訊距離在2～3 m，串行通訊單元可以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)使用的具體需求。

光電耦合器等組成輸出接口。輸出接口能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無功功率、功率因數(shù)及電壓等的智能判斷,進(jìn)而決定電容器的切除還是投入，同時(shí)隔離的投切控制信號(hào)將直接傳輸至晶閘管控制級(jí)。

1.2 數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)

電壓、電流數(shù)據(jù)被控制器測(cè)量到之后，自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。每天、每小時(shí)對(duì)變壓器的P、Q及平均kW/H進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)每天三相電壓、電壓越上限時(shí)間、電流最值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。可對(duì)全線的各組電容器一段時(shí)間內(nèi)的投切次數(shù)、投切狀態(tài)進(jìn)行同時(shí)記錄，收集到的信息被實(shí)時(shí)傳送至控制器之中，再由RS232/RS484A傳送回供電信息管理中心，以便利于配電變壓器的管理并且保證提供數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

1.3 晶閘管投切電容器

晶閘管具有反應(yīng)速度快、壽命長、可頻繁操作、電容器組能夠?qū)崿F(xiàn)平滑投切、無關(guān)閘過電壓、無合閘涌流沖擊、分項(xiàng)投切為晶閘管電子開關(guān)控制電容器無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)。大部分的晶閘管開關(guān)控制電容器電路使用兩個(gè)單項(xiàng)可控硅反向并聯(lián)進(jìn)行聯(lián)接，能夠有效防止大電流沖擊，達(dá)到可控硅過零觸發(fā)的目的。投入的成本相對(duì)較低，但是接線的復(fù)雜程度較高[1]。

2 配電變壓器監(jiān)測(cè)及無功補(bǔ)償技術(shù)

2.1 配電變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

目前，電力系統(tǒng)運(yùn)用的是最為先進(jìn)的配電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)及管理模式、嵌入式控制器技術(shù)及GPRS/ CDMA/GSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，及時(shí)統(tǒng)計(jì)及記錄相關(guān)信息。

配電變壓器監(jiān)測(cè)終端及監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)為配電變壓器監(jiān)測(cè)構(gòu)成的兩大部分。戶外或室內(nèi)配變監(jiān)測(cè)終端安裝配電變壓器差動(dòng)保護(hù)；配電營業(yè)管理中心及管理部門或是移動(dòng)維護(hù)管理人員攜帶配變監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。通過GPRS/CDMA/GSM完成二者之間的通信聯(lián)接及數(shù)據(jù)交換。

2.2 配電變壓器無功補(bǔ)償方式

將提升功率因數(shù)作為主要目的，選擇補(bǔ)償容量的公式為：

公式中P為已知負(fù)荷功率，φ1為補(bǔ)償前阻抗角，φ2為補(bǔ)償后阻抗角。

配電網(wǎng)中通常使用10 kV/0.4 kV的雙繞組三相變壓器，而且多數(shù)時(shí)單臺(tái)運(yùn)行，于配電變壓器低壓側(cè)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，可以減少變壓器損耗，同時(shí)也可對(duì)線路損耗進(jìn)行有效控制，為現(xiàn)階段使用最為廣泛的補(bǔ)償方法。

2.3 配電變壓器無功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

提升專用變壓器等用戶功率因數(shù)作為配電變壓器無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用的目的，能夠?qū)崿F(xiàn)無功就地平衡，對(duì)用戶電壓質(zhì)量進(jìn)行提升，降低變壓器損耗的同時(shí)提升線路運(yùn)行能力。因用戶用電日負(fù)荷不斷加大，一般情況下利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)負(fù)荷波動(dòng)分組投切電容器進(jìn)行補(bǔ)償。在日常運(yùn)行的應(yīng)用中,有兩種常用裝置：一種是運(yùn)用接觸器投切電容器，產(chǎn)生的沖擊電流相對(duì)較大，對(duì)電容器及接觸器的壽命產(chǎn)生不利影響；另外一種裝置就是電子開關(guān)投切電容器，例如晶閘管，對(duì)接觸器投切電容器存在的不足進(jìn)行彌補(bǔ)。電子開關(guān)的缺點(diǎn)是損耗功率，需要進(jìn)行風(fēng)扇及散熱器的安裝，以此達(dá)到通風(fēng)及散熱的目的，但是散熱器的安裝會(huì)使裝置體積增大，風(fēng)扇的安裝則對(duì)裝置的可靠性產(chǎn)生影響。

無功補(bǔ)償技術(shù)在應(yīng)用中，裝置的選擇及使用需充分考慮以下幾個(gè)問題：

1）裝置能夠滿足自動(dòng)投切及容量分級(jí)的要求，響應(yīng)迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。為了避免三相不平衡系統(tǒng)無功倒送情況的發(fā)生，需對(duì)控制器進(jìn)行三相無功投切控制的檢測(cè)及計(jì)算，進(jìn)而得到確切的數(shù)據(jù)支持，盡可能防止無功倒送的發(fā)生。系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，三相不平衡亦會(huì)使線路損耗及變壓器耗損的情況加重，若用戶單相負(fù)荷較多，可需用分相無功補(bǔ)償。

2）對(duì)于運(yùn)行可靠性的問題，需重視開關(guān)機(jī)電容器的可靠性，及電容器使用壽命與工作條件之間的關(guān)系，故此，裝置投切開關(guān)是保證運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵因素。配變無功補(bǔ)償在戶外應(yīng)用中，易受外界因素干擾，晶閘管或是接觸器補(bǔ)償裝置基本無法達(dá)到可靠性的要求，機(jī)電一體開關(guān)，也就是復(fù)合型開關(guān)是保證可靠性的最佳選擇。

3）電壓、電流、無功功率及功率因數(shù)作為控制器采樣的物理量,采樣時(shí)要盡量做到方便、合理。從電網(wǎng)降低網(wǎng)損的角度而言，最佳的控制方式就是取無功功率作為控制量。對(duì)三相不平衡大的負(fù)荷，可選用分相無功補(bǔ)償裝置，還可對(duì)特定故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)及控制。

4）對(duì)裝置進(jìn)行保護(hù)是十分重要的工作，對(duì)裝置進(jìn)行缺相、相序等多個(gè)方面的功能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)出現(xiàn)缺相等故障時(shí)能夠及時(shí)切除電容器，對(duì)裝置進(jìn)行保護(hù)[2]。除此之外，在諧波干擾較大的情況下，需對(duì)裝置抗諧波干擾能力進(jìn)行綜合考量。

3 結(jié)語

無功補(bǔ)償技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，具有提升電網(wǎng)的功率因數(shù)作用，有效控制了供電變壓器及輸送路線損耗，進(jìn)而對(duì)供電環(huán)境進(jìn)行改善，提升供電可靠性。故此，配電系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償裝置是不可或缺的裝置，補(bǔ)償裝置的合理性能夠最大程度降低電網(wǎng)損耗，提升電網(wǎng)質(zhì)量，提升企業(yè)管理能力，減少用戶用電支出，經(jīng)濟(jì)效益顯著，此外，還需對(duì)各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行不斷深入研究，提升供電系統(tǒng)的科學(xué)性。

[1]熊卿，張哲，尹向根，文明浩，王存平.配電變壓器與靜止無功補(bǔ)償一體化技術(shù)研究[J].廣東電力,2011(08)：1-6.

[2]劉靜,王書鵬,王曉寧.配電變壓器三相不平衡電流檢測(cè)補(bǔ)償裝置[J].農(nóng)村電工,2016(10)：21.