CN105281341B - 一种高压晶闸管投切电容器装置及投切方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压晶闸管投切电容器装置，包括电压检测单元、控制单元、电磁触发单元以及串联于三相电路中的电容器组以及晶闸管组，电压检测单元与控制单元相连，电磁触发单元分别与控制单元和晶闸管组相连。本发明还相应公开了一种高压晶闸管投切电容器装置的投切方法，包括：电压检测单元检测各相电路的电压信号并发送给控制单元，控制单元根据各相电路的电压信号生成特定时刻的脉冲信号并发送给电磁触发单元，电磁触发单元根据脉冲信号生成特定时刻的触发脉冲并发送给晶闸管组使对应晶闸管组导通以完成电容器组的投入。本发明的装置以及投切方法均具有操作简便、响应速度快、控制精准且投切过程无冲击浪涌等优点。

Description

一种高压晶闸管投切电容器装置及投切方法

技术领域

本发明主要涉及电力设备技术领域，特指一种高压晶闸管投切电容器装置及投切方法。

背景技术

电力系统中，变压器、异步电机等设备要消耗大量的无功功率，这些无功功率如果不能及时得到补偿，会对电网安全、稳定运行产生不利影响。在电力系统中广泛采用机械开关投切电容器组进行无功补偿，采用机械开关具有动作速度慢、投切电容器时必然产生合闸涌流以及操作过电压（即投切过渡过程），严重影响电力系统的安全运行，尤其造成电容器自身损坏。目前随着大功率电力电子器件可控硅控制技术的不断发展，已基本取代传统的开关设备，彻底解决开关触点机械动作的延时性和分散性与工频正弦交流电源电压变化的快速性和周期性之间的矛盾，但是由于晶闸管阀的主电路形式多样化以及控制技术的多方向发展使其具有不同的控制形式和实现方法，大部分的高压晶闸管投切电容器装置成本高、设计过于复杂、可调量多、维护不方便等。随着现场运行环境的变化，高压晶闸管投切电容器装置在设备运行过程中仍有许多问题出现，直接导致所配套的无功补偿装置故障退出运行，或因维护时间太长影响设备的恢复投运。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、响应速度快、控制可靠精准的且投切过程无冲击浪涌的高压晶闸管投切电容器装置，并相应提供一种操作简便、控制精准且无冲击浪涌的投切方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高压晶闸管投切电容器装置，包括电压检测单元、控制单元、电磁触发单元以及串联于主电路各相电路中的电容器组以及晶闸管组，各晶闸管组之间星形连接，所述电压检测单元与控制单元相连，所述电磁触发单元分别与控制单元和晶闸管组相连；所述电压检测单元检测各相电路的电压信号并发送给控制单元，所述控制单元根据各相电路的电压信号生成特定时刻的脉冲信号并发送给电磁触发单元，所述电磁触发单元根据特定时刻的脉冲信号生成特定时刻的触发脉冲并发送给晶闸管组使对应晶闸管组导通以完成电容器组的投入。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述电磁触发单元包括依次连接的脉冲分配单元、高频电流源单元、耦合磁环以及电磁触发模块，所述脉冲分配单元与所述控制单元相连，所述电磁触发模块包括多块电磁触发板，多块电磁触发板与各相电路中晶闸管组一一对应连接；所述脉冲分配单元对控制单元的脉冲信号进行分相处理，并传递至高频电流源单元，所述高频电流源单元对分相处理后的脉冲信号经光电转换、脉冲调制后生成高频脉冲电流信号并传递至耦合磁环，所述耦合磁环对高频电流信号耦合后再传递至电磁触发板，所述电磁触发板对耦合后的高频电流信号进行限流限幅处理后再输出至对应晶闸管组实现晶闸管组的触发控制。

所述电磁触发单元还包括用于给高频电流源单元提供电源的直流电源单元。

还包括用于检测各相电路中晶闸管组电压的电压检测电路，所述电压检测电路与所述电磁触发单元相连；所述电压检测电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管V1、稳压二极管V2、电容C2，所述电阻R1和电阻R2串联后与所述对应晶闸管组并联，所述电阻R3与电容C2串联后分别与二极管V1、稳压二极管V2并联后再与电阻R2并联，所述电容C2并联有一信号发射器；当所述晶闸管组承受正向电压时，所述二极管V1以及稳压二极管V2处于截止状态，当所述晶闸管组承受反向电压时，所述二极管V1以及稳压二极管V2处于导通状态。

所述晶闸管组包括多个反并联晶闸管，多个反并联晶闸管串联于每相电路中。

每个反并联晶闸管均并联有一阻容吸收回路，所述阻容吸收回路包括相互串联的电阻R和电容C1。

本发明还相应公开了一种基于如上所述的高压晶闸管投切电容器装置的投切方法，包括以下步骤：

在主电路正常运行时，所述电压检测单元检测主电路的三相电压中的Ua和Ub并发送给控制单元；

所述控制单元根据Ua和Ub计算线电压Uab，并生成在线电压Uab过零时刻的A相和B相脉冲信号并发送给电磁触发单元，并生成C相电压过零时刻的C相脉冲信号并发送给电磁触发单元；

所述电磁触发单元根据A相、B相和C相脉冲信号生成对应时刻的触发脉冲信号，在线电压Uab过零时，将A相和B相触发脉冲信号发送给A相和B相的晶闸管组使其导通，并在后续C相电压过零时，将C相触发脉冲信号发送给C相的晶闸管组使其导通，从而完成整个主电路电容器组的补偿投入。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述控制单元的各相脉冲信号经脉冲分配单元进行分相处理后，经高频电流源单元光电转换、脉冲调制后生成对应相的高频脉冲电流信号，再经耦合磁环耦合、以及电磁触发板限流限幅后生成触发脉冲信号发送至对应的晶闸管组进行触发控制。

所述控制单元在进行脉冲信号发送前，先通过电压检测电路对各相的晶闸管组进行电压检测，当检测到的电压异常时，则停止脉冲信号的发送并输出报警信号。

所述脉冲分配单元实时对高频电流源单元的状态进行实时监控，当高频电流源单元的状态异常时，停止对高频电流源单元的脉冲信号的分配。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的高压晶闸管投切电容器装置，采用晶闸管组进行电容器组的投入切换，响应速度快，可靠性高；而且通过对各相电压的监控以生成各相晶闸管组的脉冲信号，可调量少，控制简单而且控制精准；晶闸管组通过脉冲信号进行触发，可有效避免过渡过程的涌流，保障电容器组的安全可靠运行。另外晶闸管组采用电磁触发的方式进行触发，结构简单，而且高频电流信号进行触发脉冲的传递，抗干扰性强、并且电磁触发板无延迟，触发脉冲信号精准。本发明的高压晶闸管投切电容器装置的投切方法不仅具有如上装置所述的优点，而且在对各相晶闸管组进行触发时，采用A相和B相在线电压Uab过零时导通，其导通点既不是A相的峰值点也不是B相的峰值点，无渗流投入，并且延时后在C相电压过零时导通，同样也无涌流投入；另外只需检测A相和B相两相电压，而C相通过计算获得，可有效避免电网电压不对称等干扰，其稳定性更高，较采用三相信号采集的检测方式、控制更简单可靠，同时进一步限制电容器组投入时刻的涌流。

附图说明

图1为本发明投切电容器装置的结构示意图。

图2为本发明中晶闸管组的结构示意图。

图3为本发明的电压检测电路的结构示意图。

图4为本发明中电磁触发单元的结构示意图。

图中标号表示：1、电容器组；2、晶闸管组；21、反并联晶闸管；22、阻容吸收回路；3、电磁触发单元；31、脉冲分配单元；32、高频电流源单元；33、耦合磁环；34、电磁触发模块；341、电磁触发板；35、直流电源单元；4、电压检测电路；5、控制单元；6、电压检测单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图4所示，本实施例的高压晶闸管投切电容器装置，包括电压检测单元6、控制单元5、电磁触发单元3以及串联于主电路三相电路中的电容器组1以及晶闸管组2，各晶闸管组2的末端采用星形连接，电压检测单元6与控制单元5相连，电磁触发单元3分别与控制单元5和晶闸管组2相连；电压检测单元6检测各相电路的电压信号并发送给控制单元5，控制单元5根据各相电路的电压信号生成特定时刻的脉冲信号并发送给电磁触发单元3，电磁触发单元3根据特定时刻的脉冲信号生成特定时刻的触发脉冲并发送给晶闸管组2使对应晶闸管组2导通以完成电容器组1的投入；当需要切除电容器组1时，控制单元5封锁脉冲信号的发送，电磁触发单元3停止晶闸管组2的触发，晶闸管组2则因无触发信号而在电压过零时刻自然关断。本发明的高压晶闸管投切电容器装置，采用晶闸管组2进行电容器组1的投入切换，响应速度快，可靠性高；而且通过对各相电压的监控以生成各相晶闸管组2的脉冲信号，可调量少，控制简单而且控制精准；晶闸管组2通过脉冲信号进行触发，可有效避免过渡过程的涌流，保障电容器组1的安全可靠运行。

本实施例中，电磁触发单元3包括依次连接的脉冲分配单元31、高频电流源单元32、耦合磁环33、电磁触发模块34以及用于给高频电流源单元32提供电源的直流电源单元35，脉冲分配单元31与控制单元5相连，电磁触发模块34包括多块电磁触发板341，多块电磁触发板341与各相电路中晶闸管组2一一对应连接；脉冲分配单元31对控制单元5的脉冲信号进行分相处理，并传递至高频电流源单元32，高频电流源单元32对分相处理后的脉冲信号经光电转换、脉冲调制后生成高频脉冲电流信号后，通过高压绝缘线传递至耦合磁环33，耦合磁环33对高频电流信号耦合后再传递至电磁触发板341，电磁触发板341对耦合后的高频电流信号进行限流限幅处理后再输出至对应晶闸管组2实现晶闸管组2的触发控制。晶闸管组2采用电磁触发的方式进行触发，结构简单，并且高频电流信号进行触发脉冲的传递，抗干扰性强，另外触发无延迟，触发脉冲信号精准；其中电磁触发板341不需要外部提供电源，因而不受外界电源稳定性的影响，运行安全可靠。

如图3所示，本实施例中，还包括用于检测各相电路中晶闸管组2两端电压的电压检测电路4，电压检测电路4与电磁触发单元3相连；电压检测电路4包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管V1、稳压二极管V2、电容C2，电阻R1和电阻R2串联后与对应晶闸管组2并联，电阻R3与电容C2串联后分别与二极管V1、稳压二极管V2并联后再与电阻R2并联，电容C2并联有一信号发射器；当晶闸管组2承受正向电压达到一定值时，二极管V1以及稳压二极管V2处于截止状态，而且V2会稳定电阻R2两端的电压，从而保证晶闸管组2两端电压的稳定性，而且电流会通过R3点亮信号发射器（如光纤发射器，图3中的HP）并将光信号发送至控制单元5，控制单元5接收到光信号判断晶闸管组2工作正常；当晶闸管组2承受反向电压时，二极管V1以及稳压二极管V2处于导通状态，此时电流不再通过R3以及电容C2，信号发射器则不会发出信号，控制单元5则判断晶闸管组2处于异常工作状态。

如图2所示，本实施例中，晶闸管组2包括多个反并联晶闸管21，多个反并联晶闸管21串联于每相电路中，采用多个反并联晶闸管21串联的方式，能够提高装置的承压能力，其中VTA1～VTAn为A相晶闸管组，VTB1～VTBn为B相晶闸管组，VTC1～VTCn为C相晶闸管组；而且每个反并联晶闸管21均并联有一阻容吸收回路22，阻容吸收回路22包括相互串联的电阻R和电容C1，阻容吸收回路22能够吸收过电压以及浪涌，保障装置的正常运行。另外电压检测单元6包括电压传感器（如图1中PT）。

本实施例中，控制单元5采用单片机和DSP处理器的高速处理平台，主要完成对电压检测信号的处理以及脉冲信号的生成，其中DSP处理器较单片机在数字信号处理速度与计算速度等方面要优越很多。

本发明还公开一种基于如上所述高压晶闸管投切电容器装置的投切方法，包括以下步骤：

首先检测投切电容器装置中馈线开关状态信号（图1中的QF开关），用于对装置是否工作进行判断，即为闭合状态时，默认主电路已送电运行；如为开断状态时，主电路则处于停止状态；

在主电路正常运行时，电压检测单元6检测主电路的三相电压中的Ua和Ub并发送给控制单元5；

控制单元5根据Ua和Ub计算线电压Uab，生成在线电压Uab过零时刻的A相和B相脉冲信号并发送给电磁触发单元3，并生成C相电压过零时刻的C相脉冲信号并发送给电磁触发单元3，其中C相电压过零时刻可通过Ua和Ub计算得到；

电磁触发单元3根据A相、B相和C相脉冲信号生成对应时刻的触发脉冲信号，在线电压Uab过零时，将A相和B相触发脉冲信号发送给A相和B相的晶闸管组2使其导通，并在后续C相电压过零时，将C相触发脉冲信号发送给C相的晶闸管组2使其导通，从而完成整个主电路电容器组1的补偿投入。

本发明的投切方法通过对各相电压检测以对晶闸管组2进行通断控制，开关响应时间快，而且能够准确地选择电容器组1的投切时刻，实现晶闸管组2两端电压过零时刻导通，避免投切电容时产生冲击涌流和过电压，实现电容器组1的无过渡过程的频繁投切，有效地跟踪、补偿系统快速变化的无功，减少电压闪变的影响，提高供电网络的稳定性。

本实施例中，控制单元5的各相脉冲信号经脉冲分配单元31进行分相处理后，经高频电流源单元32光电转换、脉冲调制后生成对应相的高频脉冲电流信号，再经耦合磁环33耦合、以及电磁触发板341限流限幅后生成触发脉冲信号发送至对应的晶闸管组2进行触发控制。晶闸管组2采用电磁触发的方式进行触发，结构简单，并且高频电流信号进行触发脉冲的传递，抗干扰性强，另外触发无延迟，触发脉冲信号精准。

本实施例中，控制单元5在进行脉冲信号发送前，先通过电压检测电路4对各相的晶闸管组2进行电压检测，其中电压检测电路4如上所述，当检测到的电压异常时（未接收到信号发射器的信号），则停止脉冲信号的发送并输出报警信号；另外脉冲分配单元31实时对高频电流源单元32的状态进行实时监控，当高频电流源单元32的状态异常时，停止对高频电流源单元32的脉冲信号的分配并输出报警信号。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高压晶闸管投切电容器装置，其特征在于，包括电压检测单元（6）、控制单元（5）、电磁触发单元（3）以及串联于主电路各相电路中的电容器组（1）以及晶闸管组（2），各晶闸管组（2）之间星形连接，所述电压检测单元（6）与控制单元（5）相连，所述电磁触发单元（3）分别与控制单元（5）和晶闸管组（2）相连；所述电压检测单元（6）检测各相电路的电压信号并发送给控制单元（5），所述控制单元（5）根据各相电路的电压信号生成特定时刻的脉冲信号并发送给电磁触发单元（3），所述电磁触发单元（3）根据特定时刻的脉冲信号生成特定时刻的触发脉冲并发送给晶闸管组（2）使对应晶闸管组（2）导通以完成电容器组（1）的投入；所述电磁触发单元（3）包括依次连接的脉冲分配单元（31）、高频电流源单元（32）、耦合磁环（33）以及电磁触发模块（34），所述脉冲分配单元（31）与所述控制单元（5）相连，所述电磁触发模块（34）包括多块电磁触发板（341），多块电磁触发板（341）与各相电路中的晶闸管组（2）一一对应连接；所述脉冲分配单元（31）对控制单元（5）的脉冲信号进行分相处理，并传递至高频电流源单元（32），所述高频电流源单元（32）对分相处理后的脉冲信号经光电转换、脉冲调制后生成高频脉冲电流信号并传递至耦合磁环（33），所述耦合磁环（33）对高频电流信号耦合后再传递至电磁触发板（341），所述电磁触发板（341）对耦合后的高频电流信号进行限流限幅处理后再输出至对应晶闸管组（2）实现晶闸管组（2）的触发控制；所述电磁触发单元（3）还包括用于给高频电流源单元（32）提供电源的直流电源单元（35）。

2.根据权利要求1所述的高压晶闸管投切电容器装置，其特征在于，还包括用于检测各相电路中晶闸管组（2）电压的电压检测电路（4），所述电压检测电路（4）与所述电磁触发单元（3）相连；所述电压检测电路（4）包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管V1、稳压二极管V2、电容C2，所述电阻R1和电阻R2串联后与所述对应晶闸管组（2）并联，所述电阻R3与电容C2串联后分别与二极管V1、稳压二极管V2并联后再与电阻R2并联，所述电容C2并联有一信号发射器；当所述晶闸管组（2）承受正向电压时，所述二极管V1以及稳压二极管V2处于截止状态，当所述晶闸管组（2）承受反向电压时，所述二极管V1以及稳压二极管V2处于导通状态。

3.根据权利要求1或2所述的高压晶闸管投切电容器装置，其特征在于，所述晶闸管组（2）包括多个反并联晶闸管（21），多个反并联晶闸管（21）串联于每相电路中。

4.根据权利要求3所述的高压晶闸管投切电容器装置，其特征在于，每个反并联晶闸管（21）均并联有一阻容吸收回路（22），所述阻容吸收回路（22）包括相互串联的电阻R和电容C1。

5.一种基于权利要求1至4中任意一项所述的高压晶闸管投切电容器装置的投切方法，其特征在于，包括以下步骤：

在主电路正常运行时，所述电压检测单元（6）检测主电路的三相电压中的Ua和Ub并发送给控制单元（5）；

所述控制单元（5）根据Ua和Ub计算线电压Uab，生成在线电压Uab过零时刻的A相和B相脉冲信号并发送给电磁触发单元（3），以及生成C相电压过零时刻的C相脉冲信号并发送给电磁触发单元（3）；

所述电磁触发单元（3）根据A相、B相和C相脉冲信号生成对应时刻的触发脉冲信号，在线电压Uab过零时，将A相和B相触发脉冲信号发送给A相和B相的晶闸管组（2）使其导通，并在后续C相电压过零时，将C相触发脉冲信号发送给C相的晶闸管组（2）使其导通，从而完成整个主电路电容器组（1）的补偿投入；

所述控制单元（5）的各相脉冲信号经脉冲分配单元（31）进行分相处理后，经高频电流源单元（32）光电转换、脉冲调制后生成对应相的高频脉冲电流信号，再经耦合磁环（33）耦合、以及电磁触发板（341）限流限幅后生成触发脉冲信号发送至对应的晶闸管组（2）进行触发控制；所述控制单元（5）在进行脉冲信号发送前，先通过电压检测电路（4）对各相的晶闸管组（2）进行电压检测，当检测到的电压异常时，则停止脉冲信号的发送并输出报警信号。

6.根据权利要求5所述的高压晶闸管投切电容器装置的投切方法，其特征在于，所述脉冲分配单元（31）实时对高频电流源单元（32）的状态进行实时监控，当高频电流源单元（32）的状态异常时，停止对高频电流源单元（32）的脉冲信号的分配。