基于重合器和分段器的10kV环网供电技术的研究及应用（样例5）

第一篇：基于重合器和分段器的10kV环网供电技术的研究及应用

基于重合器和分段器的10kV环网供电技术的研究及应用

摘要：在分析了当前配电网馈线自动化的几种发展模式的基础上，提出了一种新的实用的配合方式。该模式由改进后的重合器和分段器构成，具有无需通信设备支持、易于配合、投资较少、可靠性高，故障停电时间短等优点，避免了同类配合方式的不足。该配合模式已经投入试运行，效果良好。

关键词：配电网馈线自动化 重合器 分段器

我国原来的配电网大多采用放射型供电。这种供电方式已不能适应社会经济发展和满足用户供电质量要求，因为一旦在某一点出现线路故障，便会导致整条线路停电，并且由于无法迅速确定故障点而使停电检修时间过长，大大降低了供电的可靠性［1］。为此，现在供电网广泛采用环网接线，即两条线路通过中间的联络开关连接，正常运行时联络开关为断开状态，系统开环运行；当某一段出现故障时，可以通过网络重构，使负荷转移，保证非故障区段的正常 供电，从而可大大提高配网供电的可靠性。

目前，我国投入巨额资金来改造城乡电网，以提高整个电力系统的可靠性。在这种形势下，选择一种符合我国电力行业的实际情况，既有较高可靠性又有较好经济性的配电方式是摆在我们面前的一项迫切任务。1 馈线故障的定位、隔离及恢复供电模式

配电网自动化主要包括变电站自动化和馈线自动化。在配电网中由馈线引起的停电时有发生，故障发生后，如何尽快恢复供电是馈线自动化的一项重要内容。实际上，配电自动化最根本的任务也就是在最短的时间内完成对故障的定位、隔

［2］离和恢复供电。它们的发展可分为3个阶段：

（1）利用装设在配电线路上的故障指示器，由电力检修人员查找故障区段，并利用柱上开关设备人工隔离故障区段，恢复正常区段的供电。该方式的停电时间长，恢复供电慢。

（2）利用智能化开关设备（如重合器、分段器等），通过它们之间的相互配合，实现故障的就地自动隔离和恢复供电。该方式的自动化水平较高，无需通信就可实现控制功能，成本较低。缺点是开关设备需要增加合、分动作的次数才能完成故障的隔离和恢复供电。

（3）将开关设备和馈线终端单元（FTU）集成为具有数据采集、传输、控制功能的智能型装置，并与计算机控制中心进行实时通信，由控制中心以遥控方式集中控制。该方式采用先进的计算机技术和通信技术，可一次性完成故障的定位、隔离和恢复供电，避免短路电流对线路和设备的多次冲击。存在的主要缺点是：要依赖于通信，结构复杂，影响配电系统可靠性的因素较多。

配电网馈线自动化的目的是提高供电的可靠性，所以系统的功能固然重要，但其自身的运行可靠性和经济性则是电力部门最关心的问题［2］。因此，相对而言，以上3种模式中的第二种模式最为符合我国电力行业的实际情况。其主要特点是：

（1）可利用重合器本身切断故障电流，实现故障就地隔离，缩小停电范围；

（2）无需通信手段，可利用重合器多次重合以及保护动作时间的相互配合，实现故障的自动定位、隔离和恢复供电；

（3）可直接从电网上获取电源，不需要外加不间断电源；

（4）对过电压、雷电、高频信号及强磁场的抗干扰能力强，可靠性高；

（5）增加通信设备可很容易升级到上述第3种模式，使配电网自动化分步进行。几种以重合器和分段器为主构成的馈线自动化方式的比较

以重合器和分段器为主构成的环网配电模式中，又可以分成3种方式：断路器＋电压型分段器、重合器＋分段器（以分段器作为联络）、完全采用重合器。这几种方式各有优缺点，具体分析如下［3］。

（1）“断路器＋分段器”和“重合器＋分段器（以分段器作为联络）”的配电模式。

特点：无需通信设备，由分段器对线路进行分段，通过分段器检测电压信号，根据加压时限，经断路器或重合器的多次重合，实现故障自动隔离，投资少，易于配合。

缺点：隔离故障需要多次重合，增加了对系统的冲击次数；隔离故障时会波及非故障区段，造成非故障区段的停电；馈线越长，分段越多，逐级延时时间越长，从而使恢复供电所需时间也越长。（2）“完全采用重合器”的配电模式。

特点：无需通信设备，利用重合器本身切断故障电流，通过多次重合以及保护动作时限的相互配合，实现馈线故障就地自动隔离，避免了因某段故障导致全线路停电的情况，同时减少了出线开关的动作次数。

缺点：投资大，分段越多，保护配合越困难，变电站出线开关的速断保护延时就越长，当出线端发生故障时，对系统的影响较大。

针对以上3种配电方式的优缺点，我们设计了一种新型的较为实用的配电模式：环网供电的两个变电站出线端为改进后的普通型重合器，中间联络开关为联络型分段重合器（兼具联络开关、分段器和重合器的功能），线路以改进后的分段器分段。这种方式虽然仍由重合器和分段器构成，但是通过对这些重合器和分段器进行改进，将联络型分段重合器作为联络开关，则可以使该配合方式具有以上3种模式的优点，避免了大多数的不足。系统接线如图1所示。

下面分别以线路中区段b发生瞬时性故障和永久性故障来说明该模式的工作过程。

假设在区段b发生瞬时性故障。VW1分闸后延时T1重合，QO1～QO3失压后延时T2再分闸，设定T1＜T2，因此当VW1重合闸后，QO1～QO3仍未完成分闸动作，处于合闸状态。这样，VW1就可以在T1（0．5s）内切除瞬时性故障，避免了分段器的逐级延时，大大减少了发生瞬时性故障时的停电时间。

假设在区段b发生永久性故障。VW1经一次重合，使QO1合闸闭锁，VW1再次重合，由变电站1供电到a段。在这个过程中QO2检测到一个持续时间很短的小电压，QO2在QO1合闸闭锁的同时也执行合闸闭锁，这样就将故障段b的两端同时闭锁住，实现了对故障的隔离。故障发生后，VW3在检测到单侧失压后延时XL合闸，QO3在VW3合闸后延时X后也合闸，由变电站2供电到c、d段。如果在这个过程中，c或d段又发生故障或者QO2未完成合闸闭锁（这种情况出现的概率极小），则VW3合闸后检测到故障又跳闸，在第一次重合闸后实现故障的隔离和供电恢复。所以，无论在哪种情况下，这种配电模式都可以避免VW3至变电站2线路段的停电。也就是说，在隔离故障区段时不会波及非故障线路，不会造成非故障线路段的无谓停电。发生故障后，在线路上重合器和分段器动作的同时，装设在变电站内部的故障定位器根据各开关设备的动作时间配合，可迅速地确定出故障区段的准确位置，以便进行检修。

从上面的分析可以看出，这种配电方式虽然无法一次性完成对故障的定位、隔离和恢复供电，但是它可以快速切除瞬时性故障；在发生永久性故障时，可以同时完成对故障区段两端的闭锁。这种方式与传统的“重合器＋分段器”配电方式相比，缩短了停电时间，减少了短路电流对线路的冲击次数。因为整条线路中只在变电站出线端和线路中间装设有重合器，所以保护配合易于实现；虽然线路分段较多，但变电站出线断路器的速断保护延时无需太长，所以当变电站出线端发生短路时，对配电系统的影响也就较小。同时，由于采用分段重合器作为联络开关，在隔离故障时就避免了非故障区段的停电。另外，这种配电方式虽然没有象第3种配电模式那样切除故障快和功能强大，但它也有自己的优势，即无需通信设备，完全依赖于线路中的智能化开关设备就地完成对故障的定位、隔离和恢复供电，简化了配电系统的结构，也使影响可靠性的因素大大减少；并且这些智能化开关设备都留有通信接口，如有必要，可以方便地加上通信功能，使该配电网馈线自动化达到更高的水平提高可靠性和减少线路停电时间的措施

对于配电自动化来说，自动化程度的高低和功能的强弱固然重要，但整个系

［2］统的可靠性应该放在第1位。此外还要考虑到经济性。为了保证上面介绍的以分段重合器为联络开关的“重合器＋分段器”模式的可靠性，采取了以下措施：

（1）重合器的开关本体为真空断路器，采用真空灭弧室外装复合绝缘的专利技术。它具有无油、无气、免维护、寿命长、无火灾、无爆炸危险的优点，机构采用电机快速储能的弹簧操作机构，无需高压合闸线圈。

（2）选用高性能PLC（可编程逻辑控制器）作为重合器和分段器的控制中心。简化了外围线路，大大提高了整机可靠性和抗干扰能力。

（3）直接从线路上获取电源，无需任何外加电源。选用美国的开关电源模块，抗干扰能力强，工作范围广，可在30％～120％输入范围内输出稳定的额定电压。

此外还有冗余设计和降额使用等措施，也可以提高整机的可靠性。

为了减少这种配电模式中的停电时间，采取了以下措施：

（1）快速切除瞬时故障，减少停电时间在电力系统中，线路故障的62％～85％为瞬时性故障，如果把瞬时性故障按永久性故障等同处理，则会造成较长时间（数十秒以上）的停电。为此，在重合器中增加了首次快速重合功能（可选），在分段器中增加了完全失压后延时分闸功能。这两者互相配合，可以在0．5～1s内切除瞬时性故障，大大降低了瞬时故障时的停电时间。（2）故障区段的两端同时完成闭锁

传统的分段器当线路发生故障时，只能一次闭锁故障线路的一端，改进后的分段器可以在线路发生永久性故障时使故障区段的两端同时实现隔离，避免了非故障区段的停电，使恢复正常供电的时间缩短，同时减少了重合器或断路器的重合次数，对系统的冲击也就相应地减少了。（3）躲涌流功能

配电系统最主要的负荷是变压器和高压电机，所以在重合器首次合闸或重合时，会出现比额定电流高得多的启动电流，有可能导致重合器的误动。改进后的重合器在软件和硬件两个方面增加了躲涌流措施，可以自动地区别合闸产生的涌流和故障电流，很好地解决了涌流问题。4 结束语

本文介绍了配电网馈线自动化的3个发展阶段，经过比较认为，采用以“重合器＋分段器”为主构成的配电系统较为符合我国目前电力行业的具体情况。分析了以“重合器＋分段器”为主构成的配电网馈线自动化的几种方式，提出了一种新的实用的配电方式，既可以减少故障时的停电时间和短路电流对线路的冲击次数，又易于实现保护时间的配合。该配电模式已经在浙江黄岩供电局试运行，到目前为止，运行效果是令人满意的，达到了设计要求。参考文献：

［1］ 孙寄生．10kV环网供电技术研究与应用［J］．中国电力，1999，32（2）．

［2］ 中国电机工程学会自动化专委会配电自动化分专委会秘书组．配电自动化分专委会学术讨论会讨论中关注的问题［J］．电网

技术，1999，23（1）． ［3］ 林功平．配电网馈线自动化技术及其应用［J］．电力系统自动化，1998，21（4）．

第二篇：分段绝缘器故障抢修演练方案

供电车间 应急演练方案

年

月

接触网分段绝缘器故障应急演练方案

一、演练目的

1.确保职工能掌握发生故障时的汇报流程、应急响应速度，抢险抢修能力；

2.提高职工对事故、故障的警惕性，明确相关责任，提高同事之间的协作水平；

3.增强班长、副班长组织协调及现场指挥能力； 4.检查各专业的应急处理预案是否合理、有效；

5.本应急演练方案用于指导和规范供电车间接触网系统的应急抢修工作，所有从事接触网工作的人员必须熟练运用，在应急抢修工作中严格遵守。

二、编制依据：

《1号线施工管理办法》

《运营公司运营事故处理规则》 《电业安全工作规程（电力线路部分）》 《电气化铁路接触网故障抢修规则》

三、组织及人员安排 1.参演部门及职责（1）参演单位

供电车间接触网班组。（2）单位职责 a、停电作业命令

是OCC电力调度员（以下简称电调）允许对接触网设备进行修复的凭证。b、接触网当值工班

接触网发生事故时正常当值的工班。c、接触网备班

发生事故时，当值工班的下一个当值工班。d、接触网值班员

收集及传达接触网正常维修及事故抢修信息的人员。

2.工作分组

根据演练需求，本次演练成立领导小组、演练工作组。具体组织架构如下：

领导小组 组长：车间主任

副组长：车间副主任 组员：车间技术管理人员 演练工作组 组长：接触网班组长 组员：接触网班组当班人员

四、时间安排

演练时间：10月12日10:00 地点：瑶湖定修段。

五、前提条件

1、演练当天，供电车间接触网班组人员配备到位；

2、对讲机、变电所电话等通信设备正常。

六、具体演练步棸：

1、演练场景：

10月12日10:00瑶湖定修段运用库L23道平交道口处分段绝缘器发生故障，接触网工班值班员确认情况后立即按照汇报流程进行汇报，供电车间人员及时赶赴现场参与处置；（1）供电车间处置步骤 1、10:05接触网班组值班人员接到电调命令 2、10:07抢修组长派出两名值班人员赶往现场确认事故概况 3、10:10抢修组长指定工器具准备员、材料准备员准备抢修用工器具、材料；同时指定现场信息联络员、事故抢修人、登记要点人员。4、10:18抢修组长指挥人员携带准备好的工器具及材料赶往事故发生现场。5、10:25抢修组长查看事故现场分段绝缘器的状态，并制定临时抢修方案。6、10:30抢修组长进行作业分工，现场信息联络员向电力调度、抢修指挥及生产调度汇报事故情况。7、10:33登记要点人员向电力调度（或DCC）申请停电作业命令。8、10:40抢修组在得到停电命令后，抢修组长安排人员在事故范围两端进行验电接地。9、10:45抢修组长安排事故抢修人对出现故障的分段绝缘器进行检修，现场安全员对整个抢修作业的安全进行把控。

a.作业车梯上线路，抢修人员登上车梯并系好安全带。b.在分段绝缘器两侧适当位置接触线上各装一个导线紧线器，并在紧线器前方约100mm位置安装一个吊弦线夹，以防紧线时紧线器打滑。在两导线紧线器间连接好链条葫芦（或手扳葫芦），然后操作链条葫芦（或手扳葫芦）紧线，紧至紧线器间接触线略有松驰程度时停止紧线。

c.确认紧线工具受力良好、无异常时，拆卸损坏的绝缘件，更换上新的绝缘件。

d.新绝缘件安装完毕，略松一下链条葫芦使绝缘件受力，紧固各部螺栓。检查分段绝缘器接头过渡是否平滑，必要时可用锉刀进行打磨处理。

e.拆除紧线工具，并再次用扭矩扳手紧固分段绝缘器与接触线连接螺栓，使之符合规定的力矩。

f.调整分段绝缘器处吊弦，使绝缘器底面与轨面平行，并且分段绝缘器两端接触线高度符合要求。

g.确认设备恢复正常的技术状态后，消令并结束作业。10、11:05分段绝缘器故障处理完成后，现场信息联络员向电力调度（或DCC）、抢修指挥及生产调度汇报故障处理情况。

11、11:10抢修组长清点人员工具材料并清理现场。

12、11:15确认工完场清后，登记要点人员向电力调度（或DCC）申请消除停电命令。

七、演练注意事项

1.要遵循“先通后复”的原则，尽量缩短故障处理的时间，减少对地铁运营安全的影响。

2.各参演人员需在供电车间的统一指挥下严格按演练方案进行，如遇危及安全的情况，应立即中止演练，并通知演练总指挥； 3.演练中遇设备故障，由维修调度通知现场专业人员进行处理，进行整改，直至达到技术要求，方可继续进行演练；

4.演练期间，为确保演练的真实性，达到演练预期效果，不做提前通知及准备，各单位人员按照日常工作流程正常工作。

5.演练开始前15分钟，演练领导小组人员应到位，演练现场负责人向演练组长报告人员到位情况及设备状态；由演练组长发布演练开始及演练结束的命令。

6.抢修需要高空作业时，应扎好安全带，安全带高挂低用。7.在事故处理过程中，指派专人保持联系，及时向电力调度、抢修指挥及生产调度汇报事故处理的进程。

八、演练备品

1.南昌轨道交通有限公司供电车间配置基本故障抢险应急物资。2.供电接触网专业按要求需正常配置抢修工器具；

第三篇：电捕焦油器处置方案

炭素分厂焙烧净化系统电捕焦油器着火事故

现场处置方案

1、事故特征

1.1电捕焦油器温度超出控制范围； 1.2电捕焦油器着火报警；

2、应急处置 2.1事故应急处置程序

发生事故后，由事故第一发现人员立刻报告班长，由班长组织实施应急措施，并报告分厂、汇报生产技术部、安全监督部。2.2焙烧净化系统电捕焦油器着火事故的应急处置步骤

（1）、发现电捕焦油器有温度超出控制范围、出现明火报警、着火等异常情况，立刻报告班长，班长通知净化工、调温工、天车工并组织灭火，同时汇报分厂及公司调度；

（2）、调温工、天车工处理炉面燃控系统（执行烟道着火处置方案）；（3）、净化工立即自动连锁或手动操作，依次关闭净化系统（S1切断喷淋蝶阀、S7事故烟道蝶阀、S13电捕进口蝶阀、S14电捕出口蝶阀）净化烟道蝶阀，打开S8净化烟道蝶阀转直通；

（4）、净化工将引风机停用，电捕控制室电源关闭，在电捕焦油器顶部打开接地放点开关进行放电，打开蒸汽和冷却水；

（5）、净化工在阀架控制室启动预喷淋装置，在电捕焦油器上打开蒸汽阀门；

（6）、打开消防井接通消防水带，对电捕焦油器进行喷水灭火、降温；

3、应急物资及存放 3.1应急物资

消防水带每个净化系统5卷，4个净化系统共计20卷； 消防水带枪头共2个；

消防水桶每个净化系统10个，4个净化系统共计40个。3.2存放

以上应急物资存放于净化系统阀架间的工具箱内。

炭素分厂焙烧系统烟道着火事故现场处置方案

1、事故特征 1.1焙烧排烟架着火 1.2焙烧烟道着火

2、应急处置 2.1事故应急处置程序

发生事故后，由事故第一发现人员立刻报告班长，由班长组织实施应急措施，并汇报分厂、生产技术部、安全监督部。2.2焙烧系统烟道着火事故的应急处置步骤

（1）、检测发现排烟架温度高、有着火现象，发现当事人员立即报告班组长、班长召集调温工、净化工、天车工进行应急处置分工；（2）、调温工立即关闭炉面所有燃烧架上的天燃气阀门，关闭支管阀门，打开第二炉室的D孔盖，第三炉室的A、C、D孔盖，排出烟气；（3）、调温工关闭排烟架，所在位置的烟道蝶阀，并在天车工的配合下吊离排烟架；

（4）、迅速接通蒸汽管，从排烟架观察孔向内蒸汽灭火、降温；（5）、调温工取出负压传感器、零压架，打开观察孔盖；（6）、调温工提出所有燃烧喷嘴，将所在位置的观察孔盖好；（7）、调温工在冷却架、鼓风架支管底部将插入防火石棉板，或在天车工的配合下将其吊离；

（8）、调温工打开炉面厂房所有的通风窗口排烟；

（9）、净化工将电捕控制室，电捕电源关闭，在电捕焦油器顶部打开接地放点开关进行放电；

（10）、净化工立即手动操作依次关闭净化系统的（S1切断喷淋蝶阀、S7事故烟道蝶阀、S13电捕进口蝶阀、S14电捕出口蝶阀）净化烟道蝶阀，然后打开S8净化烟道蝶阀转直通；（11）、净化工停止引风机，并打开蒸汽和冷却水；

3、应急物资 高温耐压胶皮软管； 干粉灭火器。

第四篇：中专电工基础教案 第三章 电 容 器

第三章

电 容 器

3-1 电容器与电容 &3-2 电容器的参数和种类

一、电容器

1、定义：

电容器：是由两个导体电极中间夹一层绝缘体（又称电介质）所构成。电容器最基本的特性是能够存储电荷。

2、用途：

具有“隔直通交”的特点，在电子技术中，常用于滤波、移相、旁路、信号调谐等；在电力系统中，电容器可用来提高电力系统的功率因数。

3、主要技术参数：电容量、允许误差、额定电压。

识别方法：数值法和色标法。（带实物讲解）

例：某一瓷介电容上标有104，其标称电容量为10×104pF,即0.1μF

4、工作原理：

P67页 单位：

法拉，简称法，通常用符号“F”表示。符号表示： 常用电容器符号

二、电容

用来表征电容器存储电荷的本领大小。

含义：电容器任一极板所储存的电荷量，与两极板间电压的比值叫电容量，Q

U简称电容。用字母C表示，电容定义式为： C

式中

Q——一个极板上的电荷量，单位是库[仑]，符号为C； U——两极板间的电压，单位是伏[特]，符号为V； C——电容，单位是法[拉]，符号为F。

实际应用常用的是较小的单位有微法（μF）和皮法（pF）:

1F106F

1pF1012F

三、平行板电容器

理论与实验证明，平行板电容器的电容量与极板面积S及电介质介电常数ε成正比，与两极板之间的距离成反比。

其数学表达式为 CSd

（式3-2）

式中

ε——某种电介质的介电常数，单位是法[拉]每米，符号为F/m； S——极板的有效面积，单位是平方米，符号为㎡； d——两极板间的距离，单位是米，符号为m； C——电容，单位是法[拉]，符号为F。

注意：

（1）对某一个平行板电容器而言，它的电容是一个确定之，其大小仅与电容器的极板面积大小、相对位置以及极板间的电介质有关；与两极板间电压的大小、极板所带电荷量多少无关。（2）并不是只有电容器才有电容，实际上任何两个导体之间都存在着电容。

四、电容器的参数

1、额定工作电压

一般叫做耐压，它是指使电容器能长时间地稳定工作，且保证电介质性能良好的支流电压的数值。

必须保证电容器的额定工作电压不低于工作电压的最大值。（交流电路，考虑交流电压的峰值。）

2、标称容量和允许误差

电容器上所标明的电容量的值叫做标称容量。实际电容值与标称电容值之间总是有一定误差。

五、电容器的种类（结合手头所有的电容器讲解）按照电容量是否可变，可分为规定电容器和可变电容器（包括半可变电容器）。

1、固定电容器：常用的介质有云母、陶瓷、金属氧化膜、职阶制、铝电解质等等。注意：电解电容有正负极之分，切记不可将极性接反或使用于交流电路中，否则会将电解电容器击穿。

2、可变电容器：电容量在一定范围内可调节的电容器，常用电介质有薄膜介质、云母等。半可变电容器又叫微调电容，在电路中常被用作补偿电容。容量一般都只有几皮法到几十皮法。常用的电介质有瓷介质、有机薄膜等。

六、例题讲解

略。（见教材§3-1例题）小结

（1）电容器的基本特性，用途，单位等；电容量如何计算。

注：电容器时存储电荷的设备，而电容量是衡量电容器在一定外加电压作用下储存电荷能力的大小的物理量。（2）电容器的参数。（额定电压、标称容量和允许误差）。特别应当注意额定电压应当大于电容器工作电压的最大值（交流电压考虑峰值）。

（3）电容器的种类。

3-3 电容器的连接 &

3-4 电容器中的电场能

一、电容的串联 电容的串联：与电阻串联类似，将两个或两个以上的电容器，连接成一个无分支电路的连接方式。

图3-5电容器串联电路

适用情形：当单独一个电容器的耐压不能满足电路要求，而它的容量又足够大时，可将几个电容器串联起来，再接到电路中使用。

电容串联电路等效电容的计算： 111

1CC1C2C3（式3-4）

分析：电容起串联时，等效电容C的倒数是各个电容器电容得到数之和。总电容比每个电容器的电容都小。这相当于加大了电容器两极板间的距离d，因而电容减小。注意：

（1）串联电容组中每一个电容器都带有相等的电荷量。

（2）电容器串联时电容间的关系，与电阻并联时电阻关系相似。推广后的计算公式：

如果有n个电容器串联，可推广为 1111

CC1C2Cn（式3-5）

当n个电容器的电容相等，均为C0时，总电容C为 CC0 n

（式3-6）

二、电容的并联 电容的并联：把几只电容器接到两个节点之间的连接方式。

图3-8

电容器并联电路

适用情形：当单独一个电容器的电容量不能满足电路的要求，而其耐压均满足电路要求时，可将几个电容器并联起来，再接到电路中使用。

电容并联时等效电容的计算： CC1C2C3

(式3-7)分析：当电容器并联时，总电容等于各个电容之和。并联后的总电容扩大了，这种情况相当于增大了电容器极板的有效面积，使电容量增大。注意：

（1）电容器并联时，加在各个电容器上的电压是相等的。每只电容器的耐压均应大于外加电压，否则，一旦某一只电容器被击穿，整个并联电路就被短路，会对电路造成危害。

（2）电容器并联时电容间的关系，与电阻串联时电阻关系相似。推广后的计算公式：

如果有n个电容器并联，可推广为 CC1C2Cn

（式3-8）

当并联的n个电容器的电容相等，均为C0时，总电容C为 CnC0

（式3-9）

三、电容器的充电和放电 电容在充电过程中，电容器储存了电荷，也储存了能量；在放电过程中，电容器将正、负电荷中和，也随之放出了能量。电容充发电过程中电路中的电流：

iuqCC tt（式3-10）

注意：

（1）若电容两端加直流电，iCCuC0，电容器相当于开路，所以电容t器具有隔直流的作用。（2）若将交变电压加在电容两端，则电路中有交变的充发电流通过，即电容具有通交流作用。

四、电容器中的电场能 电容器的充放电过程，实质上是电容器与外部能量的交换过程。电容器本身不消耗能量，所以说电容器是一种储能元件。

电容器中的电场能： WC1CU2

2式中

C——电容器的电容，单位是法[拉]，符号为F；

U——电容器两极板间的电压，单位是伏[特]，符号为V； WC——电容器中的电场能，单位是焦[耳]，符号为J。

显然，在电压一定的条件下，电容越大，储存的能量越多，电容也是电容器储能本领大小的标志。

五、例题讲解

略。（见教材§3-3例题1，例题3，§3-4例题1）

第五篇：电能优化器在自来水厂的节能应用

电能优化器在自来水厂的节能应用

摘要：在自来水的生产运营成本中，泵站耗电费用占有较大的比重，而泵站电耗主要反映在电机的用电量上。如果在不改变水泵机组扬程、流量的基础上，能降低电机的电流和功率，则可以起到节能降耗的效果。桂洲水厂使用的POWERCSG电能优化器通过优化电力质量的方法，减少电机15%的用电量，达到节能的目的。

关键词：供水泵站;电动机节能;PPO电能优化器

引言：自来水厂是城市企业用电的大户，也是耗能大户。供水企业中，自来水的制水成本中电费用所占的比重约50%左右，电力消耗占整个供水能源消耗的95%以上。因此，如何降低电耗成了供水企业的重中之重，也是提高企业经济效益的有效措施，同时对建设资源节约型社会具有重要的推动作用。

自来水生产过程中，泵站电耗是主要部分，是节能降耗关注的重点对象，而常用的节能手段主要通过加大机泵改造和维护、以及对泵房配电系统进行改造。顺德供水公司下属桂洲水厂在二级泵站使用了一种称为PPO电能优化器的设备，它通过改善电动机供电线路整体的电流输送质量来达到节能降耗的目的，下面我就这个PPO电能优化器的工作原理和使用情况向大家做个介绍。

一、PPO电能优化器的工作原理

电能在传输过程中，是以不稳定的态势进入导体的，所有形态的电子负载在电路中都是以一种不规则的运动轨迹在运动，这些不规则电子运动会导致所有负荷和导体产生腐蚀效应，同时电子的不规则运动会使它们相互间产生碰撞、摩擦和过度震动，从而造成能量损耗，损失的能量会以热、噪音、振动和电磁形式表现出来，最终导致电力传输上的损失。PPO电能优化器节电原理就是结合光电效应、光化学效应和康普顿效应的三个理论，通过发射红外波扰动电子的运行状态，改变电子的轨道特性，大量减少电子的相互碰撞，进而减少电能在传输过程中的损耗。PPO电能优化器与普通节电产品不同，它是一种专门针对各种电能质量问题而研发的系统，它带来了一种崭新的节电理念，其核心是一个获得专利权的波动发生器，里面的芯片产生的特定波长红外线可以改变电子的轨道特性，起到扰动电子、改变不规则电子的运动方向，从而大量减少电子碰撞、摩擦和减轻电子的过度振动。

二、PPO电能优化器在水厂节能降耗工作中的应用实例

桂洲水厂是顺德供水有限公司属下一个日供水量6万吨的水厂，其供水泵房有3台 280KW 与 2 台 200KW 水泵机组，是水厂电力消耗主要生产单元。桂洲水厂出厂水压力控制范围是0.38～0.46Mpa，供水流量约3500m3/h，2014年PPO设备安装前桂洲水厂泵站电耗为178kwh/dam3，配水电耗4.45kwh/

（dam3*m），而全厂的综合电耗为231 kwh/dam3。

PPO电能优化器对泵房开展节能降耗工作可选择单机配置和泵站整体配置两种方案，单机方案即是在每台机组旁边配置与电机功率相近容量的PPO设备;泵站整体方案则是将泵站的所有机组作为一个整体而无需考虑单台机组的功率，然后根据泵站日常负荷配置PPO设备的总容量，并将其作为一个整体模块组旁接在供水泵站的电力供应端的主电柜旁。供水负荷是每日周期性波动，单机方案虽然投资大但效果好，而泵站整体方案相对投资少，并且调度灵活，节能效果则略逊于单机方案。

本次桂洲水厂作为PPO节能项目的试点最终采用了单机配置方案以保证最佳的节能效果，除去280KW的2号备用机组外，其余4台均根据电机功率配置了PPO设备，同时在二级泵站的主电力供应端及4个水泵的各个电力供应端上安装功率纪录仪并连通电脑设备。二级泵房的PLC工作站也24小时连续不断地对各台水泵机组的电流、功率和泵站流量、压力、清水池液位等相关参数进行实时监测，以量度二级泵站的实际总体与各个水泵设备的电力数据。

图-1 单台机组PPO接线示意

PPO设备安装好并接通电源后系统将会立即运作，对电子运动轨迹进行规范，开始节能工作。一般而言，针对24小时运作的马达设备其磨合期约为六周左右。由于水厂泵站机组会根据压力和流量的调节进行转换开停，因此优化期会相应延长以确保足够的磨合时间，在这期间并不影响供水泵房正常的生产调度，PPO电能优化器会自行做出智能调整，达到最佳效益。

图-2： 3号电机在PPO投入前后的运行电流对比

3号、4号电机于2015年5月18号投入使用，图-2和图

-3分别是从电脑上截图的PPO投入前后的电流数据对比与历史曲线变化。

节能量的计算方面，我们根据自来水厂的生产与工作特性，按该泵站每泵出一千立方米自来水的电机耗电量（简称电机单耗）来评估使用PPO设备前后对整个二级泵站水泵设备的整体节能效果，以配水电耗作为一个参考指标进行衡量，从而将供水流量、压力和机组搭配的影响降到最低。

每千立方米自来水生产耗能平均值计算公式：

（该泵站水泵马达每日总耗能千瓦时/每日供出自来水的总立方数）X 1000

4台机组PPO设备5月18日全部投入使用，6月10日二级泵站自动电容补偿柜退出运行。在PPO设备全部投入运行一个月后，水厂各能耗指标有明显的变化，虽然目前设备还处在磨合优化期，但其节能效果已经达到9%，后继的运行将会使节能量进一步增大，并最终有望达到15%节能效果。以下所示是各项数据比对表：

PPO设备投入后各机组电流变化

PPO设备投入后功率因数的变化

集中电容补偿柜没投入前，二级泵房功率因数：cosΦ=

0.76;集中电容自动补偿柜投入后，二级泵房功率因数：

cosΦ=0.96。两个电容补偿柜的电流分别为I1=162A，I2=55A。集中电容补偿柜没投入，PPO优化器投入，二级泵房功率因数：

cosΦ=0.93，三、PPO电能优化器的工作特点

（1）PPO电能优化器直接和用电设备进线端子并联，或者并联在离用电设备最近的配电箱。并联的设计的好处是最大限度的保证了目标设备的安全运营，即便PPO电能优化器出现故障，通过加装的断路保护器立刻隔离优化器，从而不影响正常生产。（2）PPO 设备到用电设备主电路的连接点的距离不能超过7 米。如果超出这一距离，PPO 设备对电路中电子的感应有效性将大幅降低，从而影响节能效益的发挥。（3）为了获得最佳的优化效果，用于连接PPO与用电设备的电缆必须是高品质的细芯线型，如果使用低质量电缆，将影响电子的运动效率与排列，从而影响优化效率。

（如下图中，左面为最好，中间为次之，右边为最差。）

（4）PPO节能优化器在提供更顺畅的电力传递同时能延长用电设备的寿命。下图是红外成像仪观察优化前后电动机温度变化：

（5）PPO设备逐渐影响电路里的电子行为，提高整个系统的能量转移效率，其节能效果需要在系统内构造达到一个临界点后，其节能效益可以实现出来，依赖于不同的运行环境，这个磨合时间通常需要6～8周，而它所表现出来的第一个变化迹象就是无功功率的突然下降，这就表明PPO设备开始对电路产生影响了。（6）PPO设备在水泵长时间停止运作后的几天里重新启动，需要重新优化操作，以降低到其之前的最佳状态。

四、PPO电能优化器厂在水厂的应用前景

水厂传统节能工作均是从提高水泵效率、采用变频技术等几方面考虑，提高系统整体运行效率的方式进行节能改造，即通过限制和降低电动机原有的输出功率实现电动机省电的目的，这对于一些工作不稳定，不是满负荷运转的电动机，采用变频调速装置可以使电动机合理运行，避免了不必要的电能消耗。顺德供水公司10个镇街的水厂在陆续整合，近期不断有水厂关停或扩容、供水管网也在不断合并改造，致使各水厂供水压力范围还处于一个变化的过程中，采取上述传统的节能方法均有可能导致与今后的生产工况不匹配，造成重复投资或投资浪费的情况。而PPO电能优化技术无疑是一种持久有效、不受水厂水压、流量等工况影响的节能办法，在保证或提高电动机原有输出功率的条件下，通过提高电动机和所属回路的导电性，从而降低电动机和所属回路的阻性损失（热量损失）的节电方式，是可用能量守恒定律来衡量的节能技术，是真正意义上的节能。

根据电能优化器的工作原理和工作特性，我们可以看出，PPO电能优化器对于水厂的许多设备都有较好的节能效果，例如：以电动机带动的空压机、水泵、风机等常用设备。PPO电能优化器采用安全可靠的并联连接方式，最大限度的保证了目标设备的安全运行，这一点相比较目前普遍采用的变频器更加安全可靠，同时，电能优化器可以有效降低目标设备的热量、噪声和线路的腐蚀，延长了电机等目标设备的使用寿命，从而缩短了目标设备的更换周期，节约了大量的资金。综合评价PPO电能优化器，应该是一款高科技新型绿色的节能产品，可以帮助水司以崭新的方式继续挖掘节能的潜力。