CN101777771A - 工作状态监控装置、电容器以及无功功率因数补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电容工作状态监控装置以及无功功率因数补偿装置，其中电容工作状态监控装置，其包括：一信号采集单元，其用以采集电容所在线路的电流信号；一判定单元，其用以判定所述的电容是否被接入线路，并输出一判定信号。

Description

工作状态监控装置、电容器以及无功功率因数补偿装置

技术领域

本发明涉及的是一种电容工作状态监控方案，特别涉及的是一种电容工作状态监控装置，具有工作状态监控功能的电容器以及具有电容工作状态监控功能的无功功率因数补偿装置。

背景技术

电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。随着大量感性负荷的迅猛增长，电力供电系统提供的电能质量变差，线路上的电压降落和功率损耗增大，不仅影响了用户的正常生产、生活，还给电力部门造成经济损失。这种现象不仅存在于低压配网在高压供电线路上也是存在的，特别是在高压线路。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这种措施称作功率因数补偿。

无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以KVA或者MVA来计算的，但是收费却是以KW，也就是实际所做的有用功来收费，两者之间有一个无效功率的差值，一般而言就是以KVAR为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性，也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯......，几乎所有的无效功都是电感性，电容性的非常少见。也就是因为这个电感性的存在，造成了系统里的一个KVAR值，三者之间是一个三角函数的关系：

KVA²＝KW²+KVAR²

简单来讲，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值为零的话，KVA就会与KW相等，那么供电局发出来的1KVA的电就等于用户1KW的消耗，此时成本效益最高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间，低于0.9，或高于1.0都需要接受处罚。因此我们必须要把功率因数控制在一个非常精密的范围，过多过少都不行。

中国专利03233221.1公开了一种智能低压无功补偿装置，包括无功补偿控制器、配变监测电能表，其还包括至少一个由空气开关、交流接触器和电容器构成的电容器模块；其中控制器的输出信号接电容器模块中交流接触器接触线圈的控制回路，配变监测电能表上的开关量输入接口和交流接触器的辅助触头连接；装置的电源由配电变压器的低压侧经电流互感器引到装置中的母线，母线上并联了避雷器，将电源分配给配变监测电能表、无功补偿控制器和各个电容器模块。

但是在具体用电管理实践中，由于功率补偿装置发出了对电容器的投切指令，但是电容器是否真的投切到位，在具体的工作情况下没有办法确定；同时电容器内的温度，如果超过某一限度就电容器发生爆炸，目前也没有办法解决这些问题。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得本发明。

发明内容

本发明为一种电容工作状态监控装置、具有工作状态监控功能的电容器以及具有电容工作状态监控功能的无功功率因数补偿装置，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明首先提供一种电容工作状态监控装置，其包括：

一信号采集单元，其用以采集电容所在线路的电流信号；

一判定单元，其用以判定所述的电容是否被接入线路，并输出一判定信号。

对于所述的信号采集单元可以采用两种方式来实现，其中之一所述的信号采集单元为一电流传感器，其设置在所述的电容所在的线路上。

其中之二，所述的信号采集单元为一锰铜片，其设置在所述的电容所在的线路上。

其中，所述的判定单元包括：

一信号预处理子单元，用以进行对采集到的电流信号，进行滤波和整流处理，产生第一电压信号；

一信号判定子单元，其获取所述的第一电压信号，并输出所述的判定信号。

较佳的，所述的信号预处理子单元包括：

一整流二极管，其与所述的信号采集单元相连接；

一滤波电路，其包括：一滤波电容和一组分压电阻。

较佳的，所述的信号判定子单元为一光电耦合器，其输入端与所述的信号预处理子单元相连接，其输出端输出所述的判定信号，通过高/低电位指示所述的电容是否处于工作状态。

为了对电容的使用安全进行监控，还包括：一温度检测器，用以对所述电容的工作温度进行检测，在温度超过某一阈值时输出一控制信号。

为了能够将电容的工作状态传输出去，还包括：一通信单元，其与所述的判定单元相连接，用以将所述的电容工作状态的传输给一远端接收装置。

其次还提供了一种具有工作状态监控的电容器，其包括至少一个电容器，以及与所述的电容器相结合的上述电容工作状态监控装置。

最后提供一种具有电容工作状态监控的无功功率因数补偿装置，其包括：一无功功率因数补偿装置本体，还包括：一电容工作状态监控器，其与所述的无功功率因数补偿装置本体中的一处理单元相连接；所述的电容工作状态监控检测器包括：

一信号采集单元，其用以采集电容所在线路的电流信号；

一判定单元，其用以判定所述的电容是否被接入线路，并输出一判定信号给所述的处理单元。

其中，所述的无功功率因数补偿装置本体包括：

一电源单元，其用以为提供电力；

一采样单元，其用以接收相线上实时的电压信号、电流信号；

所述的处理单元，其利用所述的电压信号、电流信号以及接收到的至少一用电管理单元的控制信息进行数据处理，并输出相应的控制信号，其中，所述的数据处理至少包括：计算出消耗的电能值、有功功率、无功功率以及功率因数值，并在所述的功率因数值不在某一预设阈值范围内时，输出一功率因数补偿控制信号；

一补偿单元，其接收所述的处理单元输出的功率因数补偿控制信号，产生一通/断动作，将所述的电容接入电力线路，进行功率补偿。

与现有技术比较，本发明的有益效果在于：有效的实现对电容的工作状态进行监控，同时也检测了电容器的温度，提高了电容器投切使用的可靠性，也增加了电容器使用的安全性，并且提高了电容器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明具有工作状态监控的电容器功能框图；

图2A为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例一的电路示意图；

图2B为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例一的机械结构示意图；

图3A为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例二的电路示意图；

图3B为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例二的机械结构示意图；

图4为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例三的电路示意图；

图5为本发明具有电容工作状态监控的无功功率因数补偿装置功能框图；

图6为本发明具有电容工作状态监控的无功功率因数补偿装置一实施例的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1所示，其为本发明具有工作状态监控的电容器功能框图，其是包括：电容1，以及与之结合的电容工作状态监控装置，其中所述的电容工作状态监控装置包括：一信号采集单元2，其用以采集电容1所在线路L的电流信号，因为如果所述的电容1处于工作状态中，则所述的信号采集单元2应该能够在其所处的线路上采集到相应的电信号；一判定单元3，其用以判定所述的电容1是否被接入线路L，并输出一判定信号，在具体实现上其可以将所述的电流信号进行相应的转换，由于所述的电容1所处的线路为交流线路，所以所述的信号采集单元2采集到的信号也是交流电信号，因此所述的判定单元3可以包括：

一信号预处理子单元，用以进行对采集到的电流信号，进行滤波和整流处理，产生第一电压信号；

一信号判定子单元，其获取所述的第一电压信号，并输出所述的判定信号，即如果所述的电容1被接入电路，则其在导通状态下所述的信号采集单元2应该能够从线路L上采集到电流信号。

对于所述的电容1的具体应用是用来作为容性元件，用以在功率补偿的时候进行投/切使用；对于具体线路上的所述的电容1的组合方式可以采用三角形连接方式或是星形连接方式，因此下面的具体实施方式从两种电容1的连接方式作为实施例进行阐述。

请参阅图2A所示，其为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例一的电路示意图；对于实施例一而言其对应的是电容的星形连接方式，所述的与电容相结合的电容工作状态监控装置中的信号采集单元为电流传感器T1、T2、T3，其设置在所述的电容C1、C2、C3所在的线路A、B、C上，所述的电容C1、C2、C3末端连接在一起和中性线N(零线)相连接。

所述的信号预处理子单元包括：整流二极管D1、D2、D3，其分别设置在所述的电流传感器T1、T2、T3的输出端，每一所述的整流二极管D1、D2、D3后端设置有一滤波电路，包括一组分压电阻R1、R2、R4、R5、R9、R6，以及与一分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6相并联用以进行滤波的电容C4、C5、C6；所述的信号判定子单元为光电耦合器IC2、IC3、IC4，其输入端与所述的分压电阻R2、R5、R6输出端相连接，其输出端输出所述的判定信号，通过高/低电位指示所述的电容C1、C2、C3是否处于工作状态。

即针对在相线A、B、C中任一线路上的电容C1、C2、C3，如果所述的电容C1、C2、C3没有处于工作状态，则其对应的光电耦合器IC2、IC3、IC4没有导通则会输出一个高电位信号给一接口P1，由所述的接口P1将代表某一相线A、B、C上电容C1、C2、C3没有投切的电位信号，传输给一接收设备。

对于电容器而言，其工作温度对于所述的电容的工作安全是具有重大影响的；为此本实施例还包括：一温度检测器IC1，用以对所述电容C1、C2、C3的工作温度进行检测，在温度超过某一阈值时输出一控制信号，通过所述的接口P1输出。

请参阅图2B所示，其为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例一的机械结构示意图；其为在星形上的连接方式下的电容器结构图，其中所述的温度检测器5用以检测温度，所述的信号采集单元为电流传感器21，用以采集所述电容所在线路的电流信号。

请参阅图3A所示，其为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例二的电路示意图；对于实施例二而言其对应的是电容的三角形连接方式，所述的与电容相结合的电容工作状态监控装置中的信号采集单元为电流传感器T1、T2、T3，其设置在所述的电容C1、C2、C3所在的线路A、B、C上，，所述的电容C1置于所述的电流传感器T1和电流传感器T3之间；所述的电容C2置于所述的电流传感器T1和电流传感器T2之间；所述的电容C3置于所述的电流传感器T2和电流传感器T3之间；所述的信号预处理子单元包括：整流二极管D1、D2、D3，其分别设置在所述的电流传感器T1、T2、T3的输出端，每一所述的整流二极管D1、D2、D3后端设置有一滤波电路，包括一组分压电阻R1、R2、R4、R5、R9、R6，以及与一分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6相并联用以进行滤波的电容C4、C5、C6；所述的信号判定子单元为光电耦合器IC2、IC3、IC4，其输入端与所述的分压电阻R2、R5、R6输出端相连接，其输出端输出所述的判定信号，通过高/低电位指示所述的电容C1、C2、C3是否处于工作状态。

即在相线A、B、C中任一线路上的电容C1、C2、C3，如果所述的电容C1、C2、C3没有处于工作状态，则其对应的光电耦合器IC2、IC3、IC4没有导通则会输出一个高电位信号给一接口P1，由所述的接口P1将代表某一相线A、B、C上电容C1、C2、C3没有投切的电位信号，传输给一接收设备。

对于电容器而言，其工作温度对于所述的电容的工作安全是具有重大影响的；为此本实施例还包括：一温度检测器IC1，用以对所述电容C1、C2、C3的工作温度进行检测，在温度超过某一阈值时输出一控制信号，通过所述的接口P1输出。

请参阅图3B所示，其为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例一的机械结构示意图；其为在三角形上的连接方式下的电容器结构图，其中所述的温度检测器5用以检测温度，所述的信号采集单元为电流传感器21，用以采集所述电容所在线路的电流信号。

请参阅图4所示，其为本发明具有工作状态监控的电容器较佳实施例三的电路示意图；所述的与电容相结合的电容工作状态监控装置中的信号采集单元为一锰铜片，其设置在所述的电容C1、C2、C3所在的相线A、B、C前端上；所述的信号预处理子单元包括：整流二极管D1、D2、D3，其分别设置在所述的电流传感器T1、T2、T3的输出端，每一所述的整流二极管D1、D2、D3后端设置有一滤波电路，包括一组分压电阻R1、R2、R4、R5、R9、R6，以及与一所述的分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6相并联，且用以进行滤波的电容C4、C5、C6；所述的信号判定子单元为光电耦合器IC2、IC3、IC4，其输入端与所述的分压电阻R2、R5、R6输出端相连接，其输出端输出所述的判定信号，通过高/低电位指示所述的电容C1、C2、C3是否处于工作状态。

即在相线A、B、C中任一线路上的电容C1、C2、C3，如果所述的电容C 1、C2、C3没有处于工作状态，则其对应的光电耦合器IC2、IC3、IC4没有导通则会输出一个高电位信号给一接口P1，由所述的接口P1将代表某一相线A、B、C上电容C1、C2、C3没有投切的电位信号，传输给一接收设备。

对于电容器而言，其工作温度对于所述的电容的工作安全是具有重大影响的；为此本实施例还包括：一温度检测器IC1，用以对所述电容C1、C2、C3的工作温度进行检测，在温度超过某一阈值时输出一控制信号，通过所述的接口P1输出。

为了能够将电容C1、C2、C3的工作状态传输出去，在实际的应用中还可以包括：一通信单元，其与所述的判定单元相连接，用以将所述的电容C1、C2、C3工作状态的传输给一远端接收装置，这里可以采用无线或是有线方式，对于本领域技术人员而言，根据本实施例的说明是可以实现的。

请参阅图5所示，其为本发明具有电容工作状态监控的无功功率因数补偿装置功能框图；所述具有电容工作状态监控的无功功率因数补偿装置，其包括：一无功功率因数补偿装置本体4，还包括：一电容工作状态监控器，其与所述的无功功率因数补偿装置本体4中的一处理单元相连接；所述的电容1工作状态监控检测器包括：

一信号采集单元2，其用以采集电容1所在线路L的电流信号；

一判定单元3，其用以判定所述的电容1是否被接入线路L，并输出一判定信号给所述的处理单元。这样在投切过程中监控所述的电容1是否真的实际处于工作状态；然后将相应的检测信号反馈给所述的处理单元从而使所述的无功功率因数补偿装置本体4根据情况进行处理。

其中，所述的无功功率因数补偿装置本体包括：

一电源单元，其用以为提供电力；

一采样单元，其用以接收相线上实时的电压信号、电流信号；

所述的处理单元，其利用所述的电压信号、电流信号以及接收到的至少一用电管理单元的控制信息进行数据处理，并输出相应的控制信号，其中，所述的数据处理至少包括：计算出消耗的电能值、有功功率、无功功率以及功率因数值，并在所述的功率因数值不在某一预设阈值范围内时，输出一功率因数补偿控制信号；

一补偿单元，其接收所述的处理单元输出的功率因数补偿控制信号，产生一通/断动作，将所述的电容1接入电力线路，进行功率补偿。

请参阅图6所示，其为本发明具有电容工作状态监控的无功功率因数补偿装置一实施例的电路示意图。这里是以星形接法为例，通过补偿单元继电器J1、J2、J3的投切将所述的电容C2、C3、C4接入相线线路A、B、C，从而实现对功率因数的补偿，所述的判定单元的接口P1通过一接口P与所述的无功功率因数补偿装置本体4的处理单元相连接，将对所述的电容C2、C3、C4的工作状态和温度状态传输给所述的无功功率因数补偿装置本体4，用以实现有效的投切，同时在温度过高时利用所述的温度检测器IC 1，输出一控制信号，通过所述的接口P1输出给所述的无功功率因数补偿装置本体4的处理单元，令所述的补偿单元将所述的电容从线路中端来。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种电容工作状态监控装置，其特征在于，其包括：

一信号采集单元，其用以采集电容所在线路的电流信号；

一判定单元，其用以判定所述的电容是否被接入线路，并输出一判定信号。

2.根据权利要求1所述的电容工作状态监控装置，其特征在于，所述的信号采集单元为一电流传感器，其设置在所述的电容所在的线路上。

3.根据权利要求1所述的电容工作状态监控装置，其特征在于，所述的信号采集单元为一锰铜片，其设置在所述的电容所在的线路上。

4.根据权利要求1、2或3所述的电容工作状态监控装置，其特征在于，所述的判定单元包括：

一信号预处理子单元，用以进行对采集到的电流信号，进行滤波和整流处理，产生第一电压信号；

一信号判定子单元，其获取所述的第一电压信号，并输出所述的判定信号。

5.根据权利要求4所述的电容工作状态监控装置，其特征在于，所述的信号预处理子单元包括：

一整流二极管，其与所述的信号采集单元相连接；

一滤波电路，其包括：一滤波电容和一组分压电阻。

6.根据权利要求4所述的电容工作状态监控装置，其特征在于，所述的信号判定子单元为一光电耦合器，其输入端与所述的信号预处理子单元相连接，其输出端输出所述的判定信号，通过高/低电位指示所述的电容是否处于工作状态。

7.根据权利要求6所述的电容工作状态监控装置，其特征在于，还包括：一温度检测器，用以对所述电容的工作温度进行检测，在温度超过某一阈值时输出一控制信号。

8.根据权利要求1所述的电容工作状态监控装置，其特征在于，还包括：一通信单元，其与所述的判定单元相连接，用以将所述的电容工作状态的传输给一远端接收装置。

9.一种具有工作状态监控的电容器，其包括：至少一电容器，其特征在于还包括：如权利要求1所述的具有工作状态监控的电容器。

10.一种具有电容工作状态监控的无功功率因数补偿装置，其包括：一无功功率因数补偿装置本体，其特征在于，还包括：一电容工作状态监控器，其与所述的无功功率因数补偿装置本体中的一处理单元相连接；所述的电容工作状态监控检测器包括：

一信号采集单元，其用以采集电容所在线路的电流信号；

一判定单元，其用以判定所述的电容是否被接入线路，并输出一判定信号给所述的处理单元。

11.根据权利要求10所述的具有电容工作状态监控的无功功率因数补偿装置，其特征在于，所述的无功功率因数补偿装置本体包括：

一电源单元，其用以为提供电力；

一采样单元，其用以接收相线上实时的电压信号、电流信号；

所述的处理单元，其利用所述的电压信号、电流信号以及接收到的至少一用电管理单元的控制信息进行数据处理，并输出相应的控制信号，其中，所述的数据处理至少包括：计算出消耗的电能值、有功功率、无功功率以及功率因数值，并在所述的功率因数值不在某一预设阈值范围内时，输出一功率因数补偿控制信号；

一补偿单元，其接收所述的处理单元输出的功率因数补偿控制信号，产生一通/断动作，将所述的电容接入电力线路，进行功率补偿。

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