CN102201674A - 低压自动连续可调滤波无功补偿装置 - Google Patents

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徐子远
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Abstract

本发明公开了属于电网无功功率补偿技术范围的一种低压自动连续可调滤波无功补偿装置。该无功补偿装置以单相电容器后串电感组成可调电抗器及在电容器前串限流电感组成限流电抗器作为补偿元件，分别与投切元件J1-J4继电器连接零负载控制器、PLC编程控制器和功率因数变送器；可控硅调压器按照PLC编程控制器指令调整可调电抗器，实现自动控制功率因数在0.95-0.99范围内。本发明具有抑制谐波功能，适应于谐波较高和冲击电流较大的场合。该装置以PLC控制线路为核心，来保证功率因数的稳定性。利用复合开关作为电容器组的投切器件，确保电网始终具有较高的功率因数，降低线路损耗，改善电能质量。

Description

低压自动连续可调滤波无功补偿装置
技术领域
本发明属于电网无功功率补偿技术范围，特别涉及一种低压自动连续可调滤波无功补偿装置。
背景技术
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。无功功率是由电抗器(电感或电容)在交流电路中，由于其两端的电压与流过的电流有90度角的相位差，所以不能做功，也不消耗有功功率，但它参与了与电源的能量交换，这就产生了无功功率，如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q，如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，即(1)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。(2)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。从而影响用电设备的正常运行。  因此，供电部门当然希望无功功率越小越好，但是无功功率不可能为0(功率因数
Figure BDA0000065554420000011
)。实际的负荷主要是电感性的负载，所以为了减小无功功率，对工厂来说往往用电容器的容抗来抵消一部分感抗，以提高功率因数。其中，
功率因数
Figure BDA0000065554420000012
视在功率S的平方＝有功功率P平方+无功功率Q的平方；无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。
由于多数负载为感性负载，一般采用电容器进行无功补偿，目前比较通用的补偿方式为由控制器控制的电容器分组投切。按投切开关的发展历程，无功补偿装置可分为以下几种：
1.交流接触器控制投入型补偿装置
由于电容器是电压不能瞬变的器件，因此电容器投入时会形成很大的涌流，涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流。涌流会对电网产生不利的干扰，也会降低电容器的使用寿命。为了降低涌流，现在大部分补偿装置使用电容器投切专用接触器，这种接触器有1组串联限流电阻与主触头并联的辅助触头，在接触器吸合的过程中，辅助触头首先接通，使电容器通过限流电阻接入电路进行预充电，然后主触头接通将电容器正常接入电路，通过这种方式可以将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下，此类补偿装置价格低廉，可靠性较高，应用最普遍。
2.晶闸管控制投入型补偿装置，这类补偿装置就是SVC分类中的TSC子类；由于晶闸管很容易受涌流的冲击而损坏。
3.复合开关控制投入型补偿装置，所谓复合开关实际是晶闸管与机械开关的并联组合。在投入电容器的过程中，首先使用晶闸管过零触发来实现电容器的无涌流投入，然后接通机械开关来保持电容器的连续运行，复合开关是晶闸管与机械开关的组合，因此仍然不适用于频繁投切，此外复合开关结构复杂，价格高。
发明内容
本发明的目的是提出一种低压自动连续可调滤波无功补偿装置；其特征在于，该低压自动连续可调滤波无功补偿装置包括自动和手动两种形式；所述自动连续可调滤波无功补偿装置是以单相电容器后串电感组成可调电抗器及在电容器前串限流电感组成限流电抗器作为补偿元件，分别与投切元件J1-J4继电器连接，J1-J4继电器再与零负载控制器的对应相控制节点连接，零负载控制器再通过24V开关电源连接到功率因数变送器、PLC编程控制器和相电流互感器，PLC编程控制器还与可控硅调压器相连；可控硅调压器按照PLC编程控制器指令调整可调电抗器，实现自动控制功率因数在0.95-0.99范围内。
所述手动可调滤波无功补偿装置是手动投切电容开关与5V开关电源连接，手动投切电容开关通过零负载控制器分别与投切元件J1-J4继电器连接。
所述每个限流电抗器包括三个限流电感，限流电感的一端分别接在每个继电器的每一相触点上，三个限流电感的另一端分别连接在由三个电容相互连接构成Δ电容组的三个顶点上，三个限流电感的屏蔽壳接地，限流电抗器由零负载控制器控制其投切，起到控制涌流电流的作用。
所述可调电抗器通过桥式整流器、变压器与可控硅调压器相连接；可控硅调压器连接24V开关电源和PLC编程控制器连接，PLC编程控制器连接功率因数变送器，功率因数变送器分别接到A、B、C三相的任意相线上，从而PLC编程控制器通过功率因数变送器自动调节作为补偿元件的可调电抗器，达到自动连续可调无功补偿的目的。
所述A、B、C三相相线上分别安装电流互感器TA1、TA2、TA3，并在其上连接电表。
本发明的有益效果是本低压自动连续可调无功补偿装置的补偿元件为在电容器前串限流电抗器和单相电容器后串滤波电抗器构成；用来抑制谐波和冲击电流，具有抑制谐波功能，适应于谐波较高和冲击电流较大的场合。在负载变化和过补时，可调电抗器会自动跟踪到0.98左右，需要时间不超过20S；
该低压自动连续可调无功补偿装置以PLC控制线路为核心，来保证功率因数的稳定性。利用复合开关作为电容器组的投切器件，根据电网功率因数自动进行投切电容，确保电网始终具有较高的功率因数，降低线路损耗，改善电能质量。
附图说明
图1为低压自动连续可调滤波无功补偿装置示意图；其中图1a为主电路原理图；图1b为电压转换开关结构示意图；图1c为手动投切电容开关转换示意图。
图2为功率因数PLC编程控制示意图。
具体实施方式
本发明提出一种低压自动连续可调无功补偿装置，该低压自动连续可调无功补偿装置包括自动和手动两种形式。下面结合附图对本发明予以说明。
在图1所示的低压自动连续可调无功补偿装置示意图中，图1a为主电路原理图；图1b为电压转换开关结构示意图；图1c为手动投切电容开关转换示意图。
图1a所示低压自动连续可调无功补偿装置的具体结构为可调电抗器2、J1继电器、J2电器、J3继电器和J4继电器分别通过各自连接的空气开关OF2、OF3、OF4、OF5和OF6并联在A、B、C三相相线上，每一相线上连接的F1、F2和F3避雷针组成避雷器8，F1、F2、F3避雷针的公共端接地；在J1继电器的各相触点上分别连接电容C1、电感KX1串联滤波回路，电容C2、电感KX2串联滤波回路和电容C3、电感KX3串联滤波回路；并且电感KX1、电感KX2和电感KX3的空端连接在一起组成LC串联滤波器3，具有抑制谐波，降低零序电流的作用；在J2继电器上连接一个限流电抗器4；该限流电抗器4为三个限流电感的一端分别接在J2继电器的每一相触点上，三个限流电感的另一端分别连接在由三个电容相互连接构成Δ电容组C4的三个顶点上，三个限流电感组成限流电感组L1的屏蔽壳接地。J3继电器和J4继电器与限流电抗器4连接结构相同；与J3继电器连接的限流电抗器由限流电感组L2和Δ电容组C5构成，与J4继电器连接的限流电抗器由限流电感组L3和Δ电容组C6构成；限流电抗器4由零负载控制器7控制其投切(如图1b所示)，起到控制涌流电流的作用。零负载控制器7的输出SD1-A、SD2-A、SD3-A和SD4-A分别接入J1继电器、J2继电器、J3继电器和J4继电器的SD1-A、SD2-A、SD3-A和SD4-A接口；并且从J1继电器、J2继电器、J3继电器和J4继电器的LW1处接入24V开关电源6；24V开关电源6的24V+连接相电流互感器5，24V开关电源6的24V-连J6接继电器的24V-端；J6继电器的PAS-M端接到相电流互感器5的PAS-M端，J6继电器的F4-A1端接到J5继电器的F4-A1端；J5继电器的CAKJ1、CAKJ2与零负载控制器7对应连接。在A、B、C三相相线上分别安装电流互感器TA1、TA2、TA3，并在其上连接电表。
所述手动的可调无功补偿装置是手动投切电容开关9与5V开关电源8连接，手动投切电容开关9通过零负载控制器7分别与投切元件J1-J4继电器连接。其手动投切电容开关转换示意图如图1c所示。
如图2所示，可调电抗器2通过桥式整流器13、变压器14与可控硅调压器11相连接；可控硅调压器11连接24V开关电源6和PLC编程控制器10连接，PLC编程控制器10连接功率因数变送器11，功率因数变送器11分别接到A、B、C三相的任意相线上，从而PLC编程控制器10通过功率因数变送器11自动调节作为补偿元件的可调电抗器2，达到自动连续可调无功补偿的目的。
本发明的J1继电器、J2电器、J3继电器和J4继电器选用SD-FH-T型，J5为中间继电器，选用Γ4-22，J6为中间继电器，选用JCX-10Γ/32；相电流互感器选用PAS-JKB 10-P1；零负载控制器选用CAKJ-42H3-VK6；PLC编程控制器选用P111G3-MI2；功率因数变送器选用CAS-H2241A-1；可控硅调压器由ZK1000担任。

Claims (4)

1.一种低压自动连续可调滤波无功补偿装置，其特征在于，该低压自动连续可调无功补偿装置包括自动和手动两种形式；所述自动连续可调无功补偿装置是以单相电容器后串电感组成可调电抗器及在电容器前串限流电感组成限流电抗器作为补偿元件，分别与投切元件J1-J4继电器连接，J1-J4继电器再与零负载控制器的对应相控制节点连接，零负载控制器再通过24V开关电源连接到功率因数变送器、PLC编程控制器和相电流互感器，PLC编程控制器还与可控硅调压器相连；可控硅调压器按照PLC编程控制器指令调整可调电抗器，实现自动控制功率因数在0.95-0.99范围内。
所述手动可调无功补偿装置是手动投切电容开关与5V开关电源连接，手动投切电容开关通过零负载控制器分别与投切元件J1-J4继电器连接。
2.根据权利要求1所述低压自动连续可调滤波无功补偿装置，其特征在于，所述每个限流电抗器包括三个限流电感，限流电感的一端分别接在每个继电器的每一相触点上，三个限流电感的另一端分别连接在由三个电容相互连接构成Δ电容组的三个顶点上，三个限流电感的屏蔽壳接地，限流电抗器由零负载控制器控制其投切，起到控制涌流电流的作用。
3.根据权利要求1所述低压自动连续可调滤波无功补偿装置，其特征在于，所述可调电抗器通过桥式整流器、变压器与可控硅调压器相连接；可控硅调压器连接24V开关电源和PLC编程控制器，PLC编程控制器连接功率因数变送器，功率因数变送器分别接到A、B、C三相的任意相线上，从而PLC编程控制器通过功率因数变送器自动调节作为补偿元件的可调电抗器，达到自动连续可调无功补偿的目的。
4.根据权利要求1所述低压自动连续可调滤波无功补偿装置，其特征在于，所述A、B、C三相相线上分别安装TA1、TA2、TA3电流互感器，并在其上连接电表。
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