CN103326378A - 一种稳态自动接地放电电容器复合开关 - Google Patents

Abstract

一种稳态自动接地放电电容器复合开关是涉及复合开关结构的改进。本发明提供一种使用寿命长、安全性高、电容器使用效率高的稳态自动接地放电电容器复合开关。本发明包括CPU控制单元、过零投切控制电路、过零检测电路、驱动电路、晶闸管电路、电容器投切继电器、电容器放电继电器，其结构要点CPU控制单元端口分别与无功补偿控制器端口、过零投切控制电路端口、过零检测电路端口、驱动电路端口相连，晶闸管电路端口分别与过零投切控制电路端口、过零检测电路端口、电容器投切继电器端口、电容器组端口、电网端口相连，电容器放电继电器端口分别与电容器组端口、地线相连。

Description

一种稳态自动接地放电电容器复合开关

技术领域

本发明是涉及复合开关结构的改进。

背景技术

目前低压配电网需要并联电容器无功补偿装置达到降低损耗和降低线损提高变压器利用率的目的。

传统低压无功补偿装置多采用交流接触器、晶闸管电力电子开关等投切方式。接触器一类的机械开关成本低，导通时电阻小，但是在合闸时会产生很大的涌流、分闸时产生很大的电弧过电压，瞬间的涌流和过电压将降低接触器和电容器的使用寿命，甚至导致电容器绝缘击穿和接触器触头融化，同时影响电力系统的稳定性。同时接触器开关动作速度慢，延迟大的特点也不适合频繁投切和快速的无功补偿装置。

晶闸管电力电子开关具有分合无电弧、使用寿命长、动作迅速等特点,开关导通时发热大，需要增加辅助散热器件、损耗加大、成本增加。

此外，当投入使用的电容器从电网切离时，因为其电压不能瞬变的特性导致电容器会有相当高的残压和剩余电荷，这部分残余电压的存在将影响晶闸管开关过零检测精度，同时当设备检修时，这部分残压普遍是靠手动放电棒对其放电，这样使得放电速度较慢、人工成本提高，由于存在手动放电不彻底可能，将对应急检修或者更换电容器都产生了潜在的危险。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种使用寿命长、安全性高、电容器使用效率高的稳态自动接地放电电容器复合开关。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括CPU控制单元、过零投切控制电路、过零检测电路、驱动电路、晶闸管电路、电容器投切继电器、电容器放电继电器，其结构要点CPU控制单元端口分别与无功补偿控制器端口、过零投切控制电路端口、过零检测电路端口、驱动电路端口相连，晶闸管电路端口分别与过零投切控制电路端口、过零检测电路端口、电容器投切继电器端口、电容器组端口、电网端口相连，电容器放电继电器端口分别与电容器组端口、地线相连。

所述CPU控制单元接收无功补偿控制器输入的投切信号通过过零投切控制电路控制晶闸管电路的导通，控制电容器组接入电网或与电网分离；所述过零检测电路检测电容器组接入电网后的过零信号发送给CPU控制单元，CPU控制单元接收到过零信号后通过驱动电路控制电容器投切继电器通断。

所述CPU控制单元控制电容器投切继电器的断开后控制电容器放电继电器闭合；CPU控制单元控制电容器放电继电器断开后控制晶闸管电路闭合；所述电容器投切继电器与晶闸管电路主回路并联，CPU控制单元控制电容器投切继电器闭合。

作为一种优选方案，本发明还包括指示灯电路，指示灯电路端口与CPU控制单元端口相连。

作为另一种优选方案，本发明所述过零投切控制电路每相采用两个光耦输入端串联，光耦的输出端分别作为两个反接晶闸管的驱动信号端。

作为另一种优选方案，本发明所述过零检测电路包括两个光耦，两个光耦的输入引脚的阳极与阴极反串接后一端接入电网电压侧，一端接到要投切的电容器端；两个光耦的输出引脚相连做为过零信号输出端。

作为另一种优选方案，本发明所述驱动电路包括切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦，切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输入端口分别接收切电容信号、投电容信号、外部投切信号和切电容信号；切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输出端口分别控制所述电容器投切继电器分离触点、电容器投切继电器闭合触点、电容器放电继电器分离触点、电容器放电继电器闭合触点。

作为另一种优选方案，本发明所述切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输出端口通过达林顿管列阵分别控制所述电容器投切继电器分离触点、电容器投切继电器闭合触点、电容器放电继电器分离触点、电容器放电继电器闭合触点。

其次，本发明所述分放电开关光耦输入端口通过取反电路接收外部投切信号。

另外，本发明所述合放电开关光耦的输入端口通过延时电路接收切电容信号。

本发明有益效果。

本发明通过晶闸管与继电器并联的方式，回避二者单独作为开关时的缺点。可以达到减小涌流、减小过电压、减小损耗、提高使用寿命长、提高响应速度、达到节约成本的目的。同时可以使电容器快速放电、减小电容器投切时间间隔、提高电容器的利用率。合闸时以晶闸管带动继电器的方式减少继电器在合闸状态下所产生的涌流，分闸时先导通晶闸管为继电器分闸做好准备，能够减少分闸时电弧产生的影响进而降低开关重燃几率。

本发明加入了电容器从电网切离后自动连接至大地进行放电的功能，使得电容器切离电网时能够更快的放掉残压，方便了维护；更换的同时提高了操作的安全性与可靠性。同时，避免了因为未将残压放到标准值以下就将电容器再次投入电网运行的弊端，提高了电容器的使用效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明原理框图。

图2是本发明过零投切控制电路原理图。

图3是本发明过零检测电路电路原理图。。

图4是本发明驱动电路原理框图。

具体实施方式

如图所示，本发明包括CPU控制单元、过零投切控制电路、过零检测电路、驱动电路、晶闸管电路、电容器投切继电器、电容器放电继电器，CPU控制单元端口分别与无功补偿控制器端口、过零投切控制电路端口、过零检测电路端口、驱动电路端口相连，晶闸管电路端口分别与过零投切控制电路端口、过零检测电路端口、电容器投切继电器端口、电容器组端口、电网端口相连，电容器放电继电器端口分别与电容器组端口、地线相连。

所述CPU控制单元接收无功补偿控制器输入的投切信号通过过零投切控制电路控制晶闸管电路的导通，控制电容器组接入电网或与电网分离；所述过零检测电路检测电容器组接入电网后的过零信号发送给CPU控制单元，CPU控制单元接收到过零信号后通过驱动电路控制电容器投切继电器通断。

所述CPU控制单元控制电容器投切继电器的断开后控制电容器放电继电器闭合；CPU控制单元控制电容器放电继电器断开后控制晶闸管电路闭合；所述电容器投切继电器与晶闸管电路主回路并联，CPU控制单元控制电容器投切继电器闭合。电容器投切继电器闭合后，待晶闸管承受反向电压后自行关断。投电容器过程，在晶闸管闭合后电容器投切继电器闭合，再分断晶闸管；切电容器过程，晶闸管先闭合后电容器投切继电器断开，再分断晶闸管。即利用晶闸管过零投切的特性，仅在投切时使用，之后通过电容器投切继电器将电容器组接入电网。

本发明还包括指示灯电路，指示灯电路端口与CPU控制单元端口相连。

所述过零投切控制电路每相采用两个光耦输入端串联，光耦的输出端分别作为双向晶闸管的驱动信号端。光耦单元内部可以感应其两端电压大小，当有CPU投切信号时，左半部分光电二极管动作，右边双向晶闸管感应信号，但不立即导通而是其两端电压低于一定值时方才导通，也就是说CPU投切信号与实际电压是否到达过零区域两相指标来同时控制复合开关的过零投切，通过软件与硬件两种方式提高过零投切的可靠性。而且，每相的CPU的触发信号与其它相的触发信号相互隔离，可以通过单片机软件来实现一种复合开关可用于共补及分补两种工作模式。

所述过零检测电路包括两个光耦，两个光耦的输入引脚的阳极与阴极反串接后一端接入电网电压侧，一端接到要投切的电容器端；两个光耦的输出引脚相连做为过零信号输出端。光耦单元型号可为R2051。传统的复合开关在晶闸管驱动部分加入了过零投切控制，在晶闸管动作后开始对继电器的驱动，这样虽然达到了先通晶闸管再通继电器的目的，但是在继电器投切的过程中如果不在过零点处也会造成工作的不稳定，甚至是分闸时的电弧或是重燃。本发明通过此过零检测电路，可以为继电器的合分再次检测过零点，使得晶闸管跟继电器分合时都有过零检测，大大提高了装置工作的安全性。

所述驱动电路包括切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦，切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输入端口分别接收切电容信号、投电容信号、外部投切信号和切电容信号；切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输出端口分别控制所述电容器投切继电器分离触点、电容器投切继电器闭合触点、电容器放电继电器分离触点、电容器放电继电器闭合触点。为了达到投入电容器时断开电容器放电开关及切掉电容器时闭合电容器放电开关的目的，将投切继电器的切电容信号进行复用，使之能步调一致。

所述切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输出端口通过达林顿管列阵分别控制所述电容器投切继电器分离触点、电容器投切继电器闭合触点、电容器放电继电器分离触点、电容器放电继电器闭合触点。前端驱动采用光耦隔离控制，后端驱动信号采用基于达林顿管原理的ULN2003芯片，提高驱动电流的能力。

所述分放电开关光耦输入端口通过取反电路接收外部投切信号。采用外部投切信号取反作为放电继电器关断信号的目的是避免晶闸管已经导通但是放电继电器尚未分开而导致的电源对地短路危害。

所述合放电开关光耦的输入端口通过延时电路接收切电容信号。在电容器放电继电器驱动信号前端增加延迟环节的作用是通过硬件的方式避免晶闸管未关断时放电继电器已经闭合进而产生电源对地短路的危害。

下面结合附图说明本发明的工作过程。

无功补偿控制器功率计算单元通过即时无功功率计算，向CPU控制单元发出控制信号，单片机在接收到信号的同时对过零投切控制电路发出信号控制晶闸管的导通。当晶闸管电路动作后，过零检测电路将检测到的过零信号发送到CPU控制单元，通过逻辑控制向继电器驱动电路发出信号，进而控制继电器的通断。在电容器投切继电器切掉电容器时，CPU控制单元通过延时电路向电容器放电分合继电器发出闭合信号，进而保证在晶闸管再次关断后方将电容器组与大地连接，在电容器投切继电器投入电容器时，CPU控制单元在采集到外部投入信号后即向电容器放电继电器发出分离信号，进而在晶闸管闭合之前断开电容器放电继电器。在整个装置动作的时候，CPU同时负责向指示灯电路发出对应信号，便于检查各个功能模块的工作情况。

Claims (8)

1.一种稳态自动接地放电电容器复合开关，包括CPU控制单元、过零投切控制电路、过零检测电路、驱动电路、晶闸管电路、电容器投切继电器、电容器放电继电器，其特征在于CPU控制单元端口分别与无功补偿控制器端口、过零投切控制电路端口、过零检测电路端口、驱动电路端口相连，晶闸管电路端口分别与过零投切控制电路端口、过零检测电路端口、电容器投切继电器端口、电容器组端口、电网端口相连，电容器放电继电器端口分别与电容器组端口、地线相连；

所述CPU控制单元接收无功补偿控制器输入的投切信号通过过零投切控制电路控制晶闸管电路的导通，控制电容器组接入电网或与电网分离；所述过零检测电路检测电容器组接入电网后的过零信号发送给CPU控制单元，CPU控制单元接收到过零信号后通过驱动电路控制电容器投切继电器通断；

所述CPU控制单元控制电容器投切继电器的断开后控制电容器放电继电器闭合；CPU控制单元控制电容器放电继电器断开后控制晶闸管电路闭合；所述电容器投切继电器与晶闸管电路主回路并联，CPU控制单元控制电容器投切继电器闭合。

2.根据权利要求1所述一种稳态自动接地放电电容器复合开关，其特征在于还包括指示灯电路，指示灯电路端口与CPU控制单元端口相连。

3.根据权利要求1所述一种稳态自动接地放电电容器复合开关，其特征在于所述过零投切控制电路每相采用两个光耦输入端串联，光耦的输出端分别作为两个反接晶闸管的驱动信号端。

4.根据权利要求1所述一种稳态自动接地放电电容器复合开关，其特征在于所述过零检测电路包括两个光耦，两个光耦的输入引脚的阳极与阴极反串接后一端接入电网电压侧，一端接到要投切的电容器端；两个光耦的输出引脚相连做为过零信号输出端。

5.根据权利要求1所述一种稳态自动接地放电电容器复合开关，其特征在于所述驱动电路包括切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦，切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输入端口分别接收切电容信号、投电容信号、外部投切信号和切电容信号；切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输出端口分别控制所述电容器投切继电器分离触点、电容器投切继电器闭合触点、电容器放电继电器分离触点、电容器放电继电器闭合触点。

6.根据权利要求5所述一种稳态自动接地放电电容器复合开关，其特征在于所述切电容器光耦、投电容器光耦、分放电开关光耦和合放电开关光耦的输出端口通过达林顿管列阵分别控制所述电容器投切继电器分离触点、电容器投切继电器闭合触点、电容器放电继电器分离触点、电容器放电继电器闭合触点。

7.根据权利要求5所述一种稳态自动接地放电电容器复合开关，其特征在于所述分放电开关光耦输入端口通过取反电路接收外部投切信号。

8.根据权利要求5所述一种稳态自动接地放电电容器复合开关，其特征在于所述合放电开关光耦的输入端口通过延时电路接收切电容信号。

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