配电变压器监测及无功补偿技术的研究

余明凯

厦门路桥游艇旅游集团有限公司（361000）

配电变压器监测及无功补偿技术的研究

余明凯

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随着我国用电量的不断加大，电力系统发展空前，供电所配电变压器的数量也大幅上升，但是对于变压器的监测技术还不高，损坏事件数量增多。带给电力系统的不仅仅是经济损失，同时对保证供电可靠性有着潜在隐患。文章着重分析了配电变压器在线监测与无功补偿控制装置，利用通讯网络实现变压器的全面管理，装置通过大功率无触点固态继电器，可实现电容器自动投切，阐述了合理运用配电变压器无功补偿能够有效控制配电网损耗的重要性。

配电变压器；在线监测；无功补偿；模糊控制

0 引言

针对配电网系统及电力用户而言，在运行线路中适当添加并联电容器实现无功补偿，不仅能够削减上一级电网压力，还可提升用户配电变压器使用效率，对用户功率因数及电压质量进行改善,有效控制电能损失,进而提升供电可靠性。

1 系统实现方案

图1 配电变压器监测仪兼做无功补偿控制器系统结构图

1.1 控制器的组成部分

控制器由单片机最小系统、信号输入单元、串行通讯单元及输出接口四个部分构成。

整个系统的核心由地址锁存器74LS373、80C196CPU、转换器FlashEPROM、27256EPROM以及A/D等构成，为单片机最小系统。

测量CT、PT等组成信号输入单元。配电变压器电压及电流量进行隔离转换后传送到控制器，通过A/D转换后传至CPU单元,进而完成计算及分析。

配置要求为标准RS232/RS484串口电路，实现数据的交换及使用。串行通讯单元中，全部数据读取及参数设置均有此串口实现连接。为达到现场操作便利的目的，将借口设置为红外接口，进而实现RS232的连接。通讯距离在2～3 m，串行通讯单元可以达到现场使用的具体需求。

光电耦合器等组成输出接口。输出接口能够实现对无功功率、功率因数及电压等的智能判断,进而决定电容器的切除还是投入，同时隔离的投切控制信号将直接传输至晶闸管控制级。

1.2 数据在线监测

电压、电流数据被控制器测量到之后，自动进行计算机存储。每天、每小时对变压器的P、Q及平均kW/H进行监测，同时对每天三相电压、电压越上限时间、电流最值进行统计分析。可对全线的各组电容器一段时间内的投切次数、投切状态进行同时记录，收集到的信息被实时传送至控制器之中，再由RS232/RS484A传送回供电信息管理中心，以便利于配电变压器的管理并且保证提供数据的真实性。

1.3 晶闸管投切电容器

晶闸管具有反应速度快、寿命长、可频繁操作、电容器组能够实现平滑投切、无关闸过电压、无合闸涌流冲击、分项投切为晶闸管电子开关控制电容器无功补偿的优点。大部分的晶闸管开关控制电容器电路使用两个单项可控硅反向并联进行联接，能够有效防止大电流冲击，达到可控硅过零触发的目的。投入的成本相对较低，但是接线的复杂程度较高[1]。

2 配电变压器监测及无功补偿技术

2.1 配电变压器监测系统

目前，电力系统运用的是最为先进的配电网络监控技术及管理模式、嵌入式控制器技术及GPRS/ CDMA/GSM网络数据传输技术。能够对设备运行状况进行实施监控，及时统计及记录相关信息。

配电变压器监测终端及监测管理系统为配电变压器监测构成的两大部分。户外或室内配变监测终端安装配电变压器差动保护；配电营业管理中心及管理部门或是移动维护管理人员携带配变监测管理系统。通过GPRS/CDMA/GSM完成二者之间的通信联接及数据交换。

2.2 配电变压器无功补偿方式

将提升功率因数作为主要目的，选择补偿容量的公式为：

公式中P为已知负荷功率，φ1为补偿前阻抗角，φ2为补偿后阻抗角。

配电网中通常使用10 kV/0.4 kV的双绕组三相变压器，而且多数时单台运行，于配电变压器低压侧实现补偿，可以减少变压器损耗，同时也可对线路损耗进行有效控制，为现阶段使用最为广泛的补偿方法。

2.3 配电变压器无功补偿技术的实际应用

提升专用变压器等用户功率因数作为配电变压器无功补偿技术应用的目的，能够实现无功就地平衡，对用户电压质量进行提升，降低变压器损耗的同时提升线路运行能力。因用户用电日负荷不断加大，一般情况下利用计算机进行控制，对负荷波动分组投切电容器进行补偿。在日常运行的应用中,有两种常用装置：一种是运用接触器投切电容器，产生的冲击电流相对较大，对电容器及接触器的寿命产生不利影响；另外一种装置就是电子开关投切电容器，例如晶闸管，对接触器投切电容器存在的不足进行弥补。电子开关的缺点是损耗功率，需要进行风扇及散热器的安装，以此达到通风及散热的目的，但是散热器的安装会使装置体积增大，风扇的安装则对装置的可靠性产生影响。

无功补偿技术在应用中，装置的选择及使用需充分考虑以下几个问题：

1）装置能够满足自动投切及容量分级的要求，响应迅速，能够实现动态补偿。为了避免三相不平衡系统无功倒送情况的发生，需对控制器进行三相无功投切控制的检测及计算，进而得到确切的数据支持，尽可能防止无功倒送的发生。系统设置时，三相不平衡亦会使线路损耗及变压器耗损的情况加重，若用户单相负荷较多，可需用分相无功补偿。

2）对于运行可靠性的问题，需重视开关机电容器的可靠性，及电容器使用寿命与工作条件之间的关系，故此，装置投切开关是保证运行可靠性的关键因素。配变无功补偿在户外应用中，易受外界因素干扰，晶闸管或是接触器补偿装置基本无法达到可靠性的要求，机电一体开关，也就是复合型开关是保证可靠性的最佳选择。

3）电压、电流、无功功率及功率因数作为控制器采样的物理量,采样时要尽量做到方便、合理。从电网降低网损的角度而言，最佳的控制方式就是取无功功率作为控制量。对三相不平衡大的负荷，可选用分相无功补偿装置，还可对特定故障进行监测及控制。

4）对装置进行保护是十分重要的工作，对装置进行缺相、相序等多个方面的功能进行监测，在系统出现缺相等故障时能够及时切除电容器，对装置进行保护[2]。除此之外，在谐波干扰较大的情况下，需对装置抗谐波干扰能力进行综合考量。

3 结语

无功补偿技术在配电网中的应用，具有提升电网的功率因数作用，有效控制了供电变压器及输送路线损耗，进而对供电环境进行改善，提升供电可靠性。故此，配电系统中，无功补偿装置是不可或缺的装置，补偿装置的合理性能够最大程度降低电网损耗，提升电网质量，提升企业管理能力，减少用户用电支出，经济效益显著，此外，还需对各项科学技术进行不断深入研究，提升供电系统的科学性。

[1]熊卿，张哲，尹向根，文明浩，王存平.配电变压器与静止无功补偿一体化技术研究[J].广东电力,2011(08)：1-6.

[2]刘静,王书鹏,王晓宁.配电变压器三相不平衡电流检测补偿装置[J].农村电工,2016(10)：21.