CN101964530A - 新型低压配电变压器无功补偿装置 - Google Patents

新型低压配电变压器无功补偿装置 Download PDF

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王圈
郝福忠
袁建州
崔红梅
陈楠
盛合亭
冯晗
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Abstract

本发明公开了一种新型低压配电变压器无功补偿装置，它含有新型低压配电变压器，所述新型低压配电变压器的每一相副边绕组除正常设置负载侧外还分别设置有至少一个抽头，每一相副边绕组上的负载侧和抽头与至少一个组合开关连接，所述组合开关通过电容器接地，三相副边绕组上的负载侧和电容器均分别与无功补偿控制器的输入端连接，并且，三相副边绕组上所有的组合开关均分别与所述无功补偿控制器的输出端连接。所述组合开关为可控硅和磁保持继电器组合开关。本发明采用新型低压配电变压器，使用可控硅和磁保持继电器组合开关连接电容器，可改变电容器工作电压和投入容量，降低补偿级差，既提高补偿精度，又能频繁投切。

Description

新型低压配电变压器无功补偿装置
一.技术领域：本发明涉及一种无功补偿装置，特别是涉及一种新型低压配电变压器无功补偿装置。
二.背景技术：电压是衡量电能质量的一个重要指标，运行中的电力系统需要提供足够的无功以补偿系统消耗的无功，否则无功缺额过大将降低系统电压，损害发电机和电动机的运行，总之，只有无功的平衡才能维持系统的电压水平。对于380V的低压系统，投入电容器为系统提供无功是提高电压水平的主要手段。
目前国内外低压配电变压器的无功补偿装置主要有三种：
1、接触器投切电容器，其缺点是：不能频繁投切，且投切过程中有涌流(10-20倍额定电流)，长期使用会造成接触器损坏严重、金属化自愈式电容器的电容量越来越小。
2、可控硅投切电容器TSC：理论上“零电压时投入、零电流时切除”，较好地解决了过压和涌流问题，可频繁投切；但是可控硅长期接入，造成了可控硅发热损耗及可靠性下降。
3、可控硅和磁保持继电器组合开关投切电容器：合闸时，可控硅开关先投入，接通线路，磁保持继电器后合，保持状态，可控硅开关再退出。分闸时，可控硅开关先投入，断开线路，磁保持继电器后断，可控硅开关再退出。这种组合开关既保留了装置2的优点，又避免了长期接入可控硅造成的发热损耗及可靠性下降。
上述三种方式，一般只安装2-4组电容器，电容器工作电压相同，一次只能对一整组电容器操作(即每次只能投入或切除一定容量)，无功补偿容量单一，造成精度不高，级差过大，常常不是过补偿就是欠补偿，不能实现动态跟踪和连续补偿。
三.发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、可随无功缺额大小改变电容器补偿容量、降低级差且又能频繁投切的新型低压配电变压器无功补偿装置。
本发明的技术方案是：一种新型低压配电变压器无功补偿装置，含有新型低压配电变压器，所述新型低压配电变压器的每一相副边绕组除正常设置负载侧外还分别设置有至少一个抽头，每一相副边绕组上的负载侧和抽头与至少一个组合开关连接，所述组合开关通过电容器接地，三相副边绕组上的负载侧和电容器均分别与无功补偿控制器的输入端连接，并且，三相副边绕组上所有的组合开关均分别与所述无功补偿控制器的输出端连接。
所述无功补偿控制器包括单片机，所述单片机含有单片机测量回路、算法及控制逻辑电路、单片机控制回路以及通讯和人机交互电路；所述单片机测量回路与三相副边绕组上所有所述副边上的负载侧和电容器连接，所述单片机控制回路与三相副边绕组上所有的所述组合开关连接。优选地，所述单片机为具有ARM7Cortex-M3内核32bit的stm32F103VE单片机。
所述组合开关为可控硅和磁保持继电器组合开关；所述抽头的数量为1-3个。优选地，所述抽头的数量为3个。
本装置的补偿策略是在满足补偿精度的情况下使得投切开关最少、开关操作的次数最少、投入电容器最少、电容器工作电压最低、装置的成本最低，以此决定设置电容器的组数和变压器抽头个数。补偿精度要求达到与无功缺额相差10％(缺额大于20kVar时)或±2kVar以内(缺额20kVar以内时)。电容器被分成容量不等的2～4组，每组安装一个组合开关，组合开关为一投多掷，可将本组电容器投至变压器负载侧及任一抽头上。本装置的新型低压配电变压器较普通变压器多出1～3个抽头，连接不同抽头可输出不同的电压。这种新型配电变压器容量不增加，而通过改变电容器工作电压改变其产生的无功功率，由公式Qc＝2πfCU2(其中，Qc为电容器产生的无功功率，f为系统频率，基本不变，C为电容器容量，U为电容器工作电压)可知，每组电容器可产生的无功也增加了1～3个选择。这样，全部电容器即可组合产生符合补偿精度的多种容量，接近无功差额。无功补偿控制器和变压器负荷侧、各组电容器及组合开关电连接，用来采集系统信息及电容器运行参数及温度并控制本装置电容器投切。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用新型低压配电变压器，使用可控硅和磁保持继电器组合开关连接电容器，可改变电容器工作电压和投入容量，降低补偿级差，既提高补偿精度，又能频繁投切。
2、本发明电容器经常在低于额定电压的电压下运行，延长了使用寿命(电容器的寿命和电压的6次方成反比)。可控硅和磁保持继电器组合开关的应用较好地解决了过压和涌流问题，可频繁投切，又降低了损耗。
3.本发明可设置多组(一般2-4组)电容器，且电容器容量可设为不同，每组投入不同电压后，全部电容器可组合产生不同的补偿容量，实现较高补偿精度的要求，可达到与无功缺额相差10％(缺额大于20kVar时)或±2kVar以内(缺额20kVar以内时)。
4、本发明设置抽头的位置考虑到可输出较精确的补偿容量，即一组电容器总容量的12.5％、25％、50％、100％，各组电容器组合起来就可输出更接近无功差额的容量，这也是一种提高补偿精度的措施。
5.本发明应用于10KV/380V三相低压交流系统，可实现分相补偿，即对每一相分别采集数据、计算分析并对每一相进行单独补偿，推广后具有较好的经济效益。
四.附图说明：
图1为新型低压配电变压器无功补偿装置的A相结构示意图。
五.具体实施方式：
实施例：参见图1，图中，1-新型低压配电变电器，2-新型低压配电变压器副边绕组，3-抽头，4-组合开关，5-电容器，6-无功补偿控制器，7-负载侧，8-单片机测量回路，9-算法及控制逻辑电路，10-单片机控制回路，11-通讯和人机交互电路。
本实施例以A相为例，新型低压配电变压器1的副边绕组2上增设1～3个连接电容器5的抽头3，以三个抽头为例，可输出总电压的：35.4％、50％、70.7％，即输出电压：77.9V、110V、155.5V，也即每组电容器5可产生的无功有四种选择：总容量的12.5％、25％、50％、100％。电容器5被分为大小不等的2～4组，本实施方式以2组为例，每组安装一个组合开关4，组合开关4为一投多掷，可将本组电容器5投至变压器1的负载侧7及任一抽头3上，连接至不同的抽头3或负载侧7，便可产生四种不同的无功容量，全部电容器5即可组合产生满足补偿精度的多种无功容量。组合开关4可控硅和磁保持继电器组合开关。
无功补偿控制器6采用意法半导体公司生产的具有ARM7 Cortex-M3内核32bit的stm32F103VE单片机，具有无线(GPRS)通讯接口，可以实现遥测、遥控、遥调。无功补偿控制器6内单片机测量回路8与负载侧7及各组电容器5电连接，为装置上传线路实时的有功、无功和功率因数，检测电容器5的状态，建立一个历史数据库。算法及逻辑控制电路9根据采集来的有功、无功和功率因数得出无功是否充足，若有缺额，根据缺额量和补偿策略，计算得出投入哪几组电容器5，每组投至哪个抽头3上，使补偿量符合补偿精度的要求。然后单片机控制回路10与组合开关4电连接，根据判断结果将相应组合开关4投至到相应抽头3或负载侧7上，其他如通讯和人机交互电路11使本装置更加趋于完善。
新型低压配电变压器1的B、C相的连接与A相相同，其中，无功补偿控制器6为三相共用。

Claims (5)

1.一种新型低压配电变压器无功补偿装置，含有新型低压配电变压器，所述新型低压配电变压器的每一相副边绕组除正常设置负载侧外还分别设置有至少一个抽头，其特征是：每一相副边绕组上的负载侧和抽头与至少一个组合开关连接，所述组合开关通过电容器接地，三相副边绕组上的负载侧和电容器均分别与无功补偿控制器的输入端连接，并且，三相副边绕组上所有的组合开关均分别与所述无功补偿控制器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的新型低压配电变压器无功补偿装置，其特征是：所述无功补偿控制器包括单片机，所述单片机含有单片机测量回路、算法及控制逻辑电路、单片机控制回路以及通讯和人机交互电路；所述单片机测量回路与三相副边绕组上所有所述副边上的负载侧和电容器连接，所述单片机控制回路与三相副边绕组上所有的所述组合开关连接。
3.根据权利要求2所述的新型低压配电变压器无功补偿装置，其特征是：所述单片机为具有ARM7Cortex-M3内核32bit的stm32F103VE单片机。
4.根据权利要求1或2或3所述的新型低压配电变压器无功补偿装置，其特征是：所述组合开关为可控硅和磁保持继电器组合开关；所述抽头的数量为1-3个。
5.根据权利要求4所述的新型低压配电变压器无功补偿装置，其特征是：所述抽头的数量为3个。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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