CN105826930A - 采用中压tsc阀组智能控制系统实现的晶闸管阀组投切方法 - Google Patents
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Abstract
采用中压TSC阀组智能控制系统实现的晶闸管阀组投切方法，属于中高压配电动态电压补偿和无功补偿技术领域。解决了现有的中高压TSC设备中晶闸管长时工作发热，运行过程中发生故障后无法及时切除电容器，以及当电力电容器衰减时导致设备不能正常运行从而影响用户使用问题。该方法包括投入动作和切除动作，电压互感器用于检测高压电网输出的三相电中的任意两相间的电压信号，中央处理器检测供电线路上的三相电压和电流信号，三相电流互感器位于三相高压放电线圈和三相晶闸管阀组之间，中央处理器的阀组投切指令通过三相高频恒流源与三相晶闸管阀组中的所有晶闸管的控制端连接。它用于对感性负载进行无功补偿。
Description
技术领域
本发明属于中高压配电动态电压补偿和无功补偿技术领域。
背景技术
在中高压无功补偿领域中，HVC设备具有结构简单价格低廉的优点，但是由于其采用的是纯机械开关投切电容器组进行补偿，无法对投切时刻进行准确控制，导致投切涌流很大，对电网和电容器都会造成较大影响，并且最关键的是机械开关触点有较明显的电弧效应，因此投切使用寿命受到极大的限制。
TSC型的无功补偿设备在市场上的应用数量越来越多，其核心开关器件采用的是半控型的晶闸管器件，由于晶闸管是一种半导体开关，因此没有明显的开关电弧问题，基本没有反复投切寿命的影响，并且晶闸管导通时间极短，可以准确通过零点控制快速投入电容器，并且没有过大的冲击电流，是一种比较理想的无功补偿设备器件。但是晶闸管长时间流过导通电流也是有定损耗和发热的，这就需要加装晶闸管散热片，由于中高压绝缘间距的考虑，会使得整个中高压TSC阀组柜比较庞大。由于晶闸管本身是一种半导体器件，当发生过压过流等较大的冲击影响时会导致击穿损坏，一旦发生击穿损坏就会无法正常切除电容器，导致整个中高压TSC无法正常进行投切补偿而影响用户使用，并且会导致二次故障的发生。
无论是HVC还是TSC其主要的补偿部件是电力电容器，而电力电容器是有一定的使用寿命的，当使用时间达到一定程度后其容量会发生衰减，当衰减达到一定程度后其电容器本身就会发生明显的物理损坏，发生短路或爆裂燃烧问题，这会给电网用户和系统造成很大的安全隐患，因此电容补偿装置具备电容器容量监测和报警保护功能可以极大的增加电容补偿装置的可靠性。
综上，(1)纯机械开关投切电容器组结构简单价格低廉，但存在进行无功补偿的冲击电流大的问题，(2)通过含有晶闸管的控制系统进行无功补偿时，能够准确通过零点控制快速投入电容器，并且没有过大的冲击电流，是一种比较理想的无功补偿设备，但晶闸管长时间流过导通电流使之产生损耗和发热，这就需要加装晶闸管散热片，从而导致整个控制系统庞大、且复杂，目前缺乏一种结构简单，投切准确的中高压电容补偿设备。
发明内容
本发明是为了解决现有的中高压TSC设备中晶闸管长时工作发热，运行过程中发生故障后无法及时切除电容器，以及当电力电容器衰减时导致设备不能正常运行从而影响用户使用问题。本发明提供了一种采用中压TSC阀组智能控制系统实现的晶闸管阀组投切方法。
采用中压TSC阀组智能控制系统实现的晶闸管阀组投切方法，所述的中压TSC阀组智能控制系统包括第一真空接触器、电压互感器、三相电抗器、三相高压放电线圈、三相高压电容器、三相电流互感器、第二真空接触器、三相晶闸管阀组、三相触发模块、三相高频恒流源和中央处理器；
三相电源依次串联第一真空接触器常开主触点、三相电抗器、三相高压电容器和三相晶闸管阀组；
三相高压电容器两端并联三相高压放电线圈的原边线圈；三相高压放电线圈用于检测三相高压电容器的相电压，三相高压放电线圈副边线圈将检测的相电压送至中央处理器的相电压信号输入端；
第二真空接触器常开主触点并联在三相晶闸管阀组两端；
电压互感器用于检测高压电网输出的三相电中的任意两相间的电压信号，电压互感器的电压信号输出端与中央处理器的相间电压信号输入端连接，
三相晶闸管阀组中的每相阀组均由多个反向并联晶闸管串联构成，
三相电流互感器位于三相高压放电线圈和三相晶闸管阀组之间，用于检测线路上的相电流，并将检测到的相电流送至中央处理器的相电流信号输入端；
中央处理器的阀组投切指令输出端与三相高频恒流源的阀组投切指令输入端采用光纤连接，三相高频恒流源的触发脉冲信号输出端与三相触发模块的触发脉冲信号输入端连接，三相触发模块的触发信号输出端与三相晶闸管阀组中的所有晶闸管的控制端连接；
中央处理器的第一控制信号输出端与第一真空接触器的控制端连接，中央处理器的第二控制信号输出端与第二真空接触器的控制信号输入端连接；
所述的中央处理器包括模拟/数字调理板和CPU板，
所述的模拟/数字调理板包括过零信号电路、模拟量采样调理电路和通信隔离电路；
CPU板包括信号末端调理电路、数字信号处理器DSP、可编程逻辑器件CPLD和存储器；
所述的过零信号电路用于接收三相电中的任意两相间的电压信号，过零信号电路的数据信号输出端与信号末端调理电路的第一数据信号输入端连接，
模拟量采样调理电路用于接收线路上的三相电压信号和三相电流信号，模拟量采样调理电路的数据信号输出端与信号末端调理电路的第二数据信号输入端连接，信号末端调理电路的模拟信号输出端与数字信号处理器DSP的模拟信号输入端连接，数字信号处理器DSP的数字信号输入输出端与可编程逻辑器件CPLD的数字信号输入输出端连接，可编程逻辑器件CPLD的数据信号输入输出端与通信隔离电路的数据信号输入输出端连接，
通信隔离电路的第一控制信号输出端与第一真空接触器的控制端连接，通信隔离电路的第二控制信号输出端与第二真空接触器的控制信号输入端连接；
可编程逻辑器件CPLD的阀组投切指令输出端作为中央处理器的阀组投切指令输出端；
所述的可编程逻辑器件CPLD控制三相晶闸管阀组正常投切的逻辑顺序为：先投入三相晶闸管阀组中的两相，这两相与电压互感器所采集相间电压的两相相对应，延迟5ms投入三相晶闸管阀组中的最后一相，实现对三相电中接入的三相晶闸管阀组的控制；
该投切方法包括投入动作和切除动作；
所述的投入动作的具体过程为：所述的模拟量采样调理电路采集A、B、C相电流信号，过零信号电路采集任意两相间的电压，当数字信号处理器DSP判断投入信号为真时，三相高压放电线圈副边检测电压信号均为正常时，可编程逻辑器件CPLD进行逻辑处理，给予第一真空接触器闭合信号，此时当数字信号处理器DSP对电流互感器进行检测无异常时，数字信号处理器DSP给予可编程逻辑器件CPLD命令，使电压互感器所在电路上所连接的晶闸管导通后延迟5ms，然后使最后一相晶闸管阀导通，可编程逻辑器件CPLD给予第二真空接触器闭合信号，第二真空接触器闭合后延迟400ms，切除三相晶闸管阀组，完成投入动作；
所述的切除动作的具体过程为：整个供电系统在正常运行中，数字信号处理器DSP实时监测三相高压放电线圈采集的三相电压信号和电流互感器采集的三相电流信号，并判断三相高压电容器状况，当上级功率因数控制器送至数字信号处理器DSP的切除信号为真时，可编程逻辑器件CPLD控制三相晶闸管阀组按正常投切的逻辑顺序进行投入后，延迟100ms切除第二真空接触器，然后再延迟400ms，依据三相电流互感器处理后的电流过零信号切除三相晶闸管阀组后，延迟100ms切除第一真空接触器，完成切除动作。
所述的三相高频恒流源输出的频率为20KHz以上。
本发明带来的有益效果是，所述的中压TSC阀组智能控制系统的结构简单，使用本发明方法进行投切准确，对于TSC阀组控制更加智能有效，能够准确的控制晶闸管、串联接触器(与晶闸管阀组串联的接触器，也即：第一真空接触器)、并联接触器(与晶闸管阀组并联的接触器，也即：第二真空接触器)的时序状态，并能检测出电容器的异常并进行自动保护处理，非严重故障下能够使补偿设备以HVC模式继续自动运行，以防止因为设备故障而影响用户正常使用，并能够将异常状态准确予以指示出来便于用户和工程技术人员进行排查和检修。本发明解决现有中压TSC设备中晶闸管长时工作发热，运行过程中发生故障后无法及时切除电容器以及当电力电容器衰减时导致设备不能正常运行从而影响用户使用问题。
附图说明
图1为本发明所述的中压TSC阀组智能控制系统的结构示意图；
图2为中央处理器内部原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的采用中压TSC阀组智能控制系统实现的晶闸管阀组投切方法，所述的中压TSC阀组智能控制系统包括第一真空接触器1、电压互感器2、三相电抗器3、三相高压放电线圈4、三相高压电容器5、三相电流互感器6、第二真空接触器7、三相晶闸管阀组8、三相触发模块9、三相高频恒流源10和中央处理器11；
三相电源依次串联第一真空接触器1常开主触点、三相电抗器3、三相高压电容器5和三相晶闸管阀组8；
三相高压电容器5两端并联三相高压放电线圈4的原边线圈；三相高压放电线圈4用于检测三相高压电容器5的相电压，三相高压放电线圈4副边线圈将检测的相电压送至中央处理器11的相电压信号输入端；
第二真空接触器7常开主触点并联在三相晶闸管阀组8两端；
电压互感器2用于检测高压电网输出的三相电中的任意两相间的电压信号，电压互感器2的电压信号输出端与中央处理器11的相间电压信号输入端连接，
三相晶闸管阀组8中的每相阀组均由多个反向并联晶闸管串联构成，
三相电流互感器6位于三相高压放电线圈4和三相晶闸管阀组8之间，用于检测线路上的相电流，并将检测到的相电流送至中央处理器11的相电流信号输入端；
中央处理器11的阀组投切指令输出端与三相高频恒流源10的阀组投切指令输入端采用光纤连接，三相高频恒流源10的触发脉冲信号输出端与三相触发模块9的触发脉冲信号输入端连接，三相触发模块9的触发信号输出端与三相晶闸管阀组8中的所有晶闸管的控制端连接；
中央处理器11的第一控制信号输出端与第一真空接触器1的控制端连接，中央处理器11的第二控制信号输出端与第二真空接触器7的控制信号输入端连接；
所述的中央处理器11包括模拟/数字调理板和CPU板，
所述的模拟/数字调理板包括过零信号电路11-11、模拟量采样调理电路11-12和通信隔离电路11-13；
CPU板包括信号末端调理电路11-21、数字信号处理器DSP11-22、可编程逻辑器件CPLD11-23和存储器11-24；
所述的过零信号电路11-11用于接收三相电中的任意两相间的电压信号，过零信号电路11-11的数据信号输出端与信号末端调理电路11-21的第一数据信号输入端连接，
模拟量采样调理电路11-12用于接收线路上的三相电压信号和三相电流信号，模拟量采样调理电路11-12的数据信号输出端与信号末端调理电路11-21的第二数据信号输入端连接，信号末端调理电路11-21的模拟信号输出端与数字信号处理器DSP11-22的模拟信号输入端连接，数字信号处理器DSP11-22的数字信号输入输出端与可编程逻辑器件CPLD11-23的数字信号输入输出端连接，可编程逻辑器件CPLD11-23的数据信号输入输出端与通信隔离电路11-13的数据信号输入输出端连接，
通信隔离电路11-13的第一控制信号输出端与第一真空接触器1的控制端连接，通信隔离电路11-13的第二控制信号输出端与第二真空接触器7的控制信号输入端连接；
可编程逻辑器件CPLD11-23的阀组投切指令输出端作为中央处理器11的阀组投切指令输出端；
所述的可编程逻辑器件CPLD11-23控制三相晶闸管阀组8正常投切的逻辑顺序为：先投入三相晶闸管阀组8中的两相，这两相与电压互感器2所采集相间电压的两相相对应，延迟5ms投入三相晶闸管阀组8中的最后一相，实现对三相电中接入的三相晶闸管阀组8的控制；
该投切方法包括投入动作和切除动作；
所述的投入动作的具体过程为：所述的模拟量采样调理电路11-12采集A、B、C相电流信号，过零信号电路11-11采集任意两相间的电压，当数字信号处理器DSP11-22判断投入信号为真时，三相高压放电线圈4副边检测电压信号均为正常时，可编程逻辑器件CPLD11-23进行逻辑处理，给予第一真空接触器1闭合信号，此时当数字信号处理器DSP11-22对电流互感器6进行检测无异常时，数字信号处理器DSP11-22给予可编程逻辑器件CPLD11-23命令，使电压互感器2所在电路上所连接的晶闸管导通后延迟5ms，然后使最后一相晶闸管阀导通，可编程逻辑器件CPLD11-23给予第二真空接触器7闭合信号，第二真空接触器7闭合后延迟400ms，切除三相晶闸管阀组8，完成投入动作；
所述的切除动作的具体过程为：整个供电系统在正常运行中，数字信号处理器DSP11-22实时监测三相高压放电线圈4采集的三相电压信号和电流互感器6采集的三相电流信号，并判断三相高压电容器5状况，当上级功率因数控制器送至数字信号处理器DSP11-22的切除信号为真时，可编程逻辑器件CPLD11-23控制三相晶闸管阀组8按正常投切的逻辑顺序进行投入后，延迟100ms切除第二真空接触器7，然后再延迟400ms，依据三相电流互感器6处理后的电流过零信号切除三相晶闸管阀组8后，延迟100ms切除第一真空接触器1，完成切除动作。
本实施方式，本发明所述的中压TSC阀组智能控制系统的结构简单，投切准确，对于TSC阀组控制更加智能有效，能够准确的控制晶闸管、串联接触器(与晶闸管阀组串联的接触器，也即：第一真空接触器)、并联接触器(与晶闸管阀组并联的接触器，也即：第二真空接触器)的时序状态，并能检测出电容器的异常并进行自动保护处理，非严重故障下能够使补偿设备以HVC模式继续自动运行，以防止因为设备故障而影响用户正常使用，并能够将异常状态准确予以指示出来便于用户和工程技术人员进行排查和检修。
过零信号电路11-11、模拟量采样调理电路11-12、通信隔离电路11-13、信号末端调理电路11-21、数字信号处理器DSP11-22、可编程逻辑器件CPLD11-23和存储器11-24的具体电路结构，可通过现有技术实现。
该控制系统主要是由中央处理器(阀组控制器)进行数据处理和逻辑输出实现的，中央处理器由CPU板和模拟及数字调理板两个硬件部分组成，CPU板与模拟及数字调理板通过端子进行连接，模拟及数字调理板通过对主回路系统中电压、电流信号和开关量信号的检测、调理后输入到CPU板，由CPU板的DSP和CPLD进行统一分析和控制，然后通过开关量输出节点和光纤分别控制真空接触器和晶闸管阀的通断。
功率因数控制器检测电力系统功率因数，当其低于一定值时，需要对感性负载进行功率补偿，则功率因数控制器输出投入指令给中央处理器11。
以电压互感器采集BC相间的电压为例，模拟/数字调理板实时采集BC相间的电压、A、B、C相电压信号、当投入信号为真时，电压互感器二次测电压信号和高压放电线圈二次侧电压信号均为正常时，可编程逻辑器件CPLD进行逻辑处理后给予第一真空接触器1闭合信号，此时数字信号处理器DSP对三相电流互感器6进行检测无异常时，数字信号处理器DSP给予可编程逻辑器件CPLD命令，使其正常过零信号时使BC相所在电路上所连接的晶闸管阀导通投入BC相高压电容器，然后延迟5ms使A相晶闸管阀导通投入A相高压电容器后给予第二真空接触器7闭合信号，第二真空接触器7闭合后延迟400ms切除三相晶闸管阀，完成投入动作。
整个系统正常运行中DSP实时监测放电线圈电压信号和电流互感器信号判断高压电容状况，如出现异常分别进行报警或保护动作；当上级功率因数控制器切除信号为真时，CPLD控制三相晶闸管阀按BC相和A相的逻辑顺序进行投入，后延迟100ms切除第二真空接触器7，然后延迟400ms，依据三相电流互感器处理后的电流过零信号切除三相晶闸管阀组8后，延迟100ms切除第一真空接触器1，完成切除动作。
如在投入或者切除过程中三相晶闸管阀组8出现异常情况数字信号处理器DSP11-22会给予可编程逻辑器件CPLD发出指令使其闭合第二真空接触器7并自锁，切除三相晶闸管阀组8，使其动作第一真空接触器1进入HVC模式。
若如三相高压电容器5出现异常，则数字信号处理器DSP分别进行报警和保护动作。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的采用中压TSC阀组智能控制系统实现的晶闸管阀组投切方法的区别在于，所述的三相高频恒流源10输出的频率为20KHz以上。
Claims (2)
1.采用中压TSC阀组智能控制系统实现的晶闸管阀组投切方法，所述的中压TSC阀组智能控制系统包括第一真空接触器(1)、电压互感器(2)、三相电抗器(3)、三相高压放电线圈(4)、三相高压电容器(5)、三相电流互感器(6)、第二真空接触器(7)、三相晶闸管阀组(8)、三相触发模块(9)、三相高频恒流源(10)和中央处理器(11)；
三相电源依次串联第一真空接触器(1)常开主触点、三相电抗器(3)、三相高压电容器(5)和三相晶闸管阀组(8)；
三相高压电容器(5)两端并联三相高压放电线圈(4)的原边线圈；三相高压放电线圈(4)用于检测三相高压电容器(5)的相电压，三相高压放电线圈(4)副边线圈将检测的相电压送至中央处理器(11)的相电压信号输入端；
第二真空接触器(7)常开主触点并联在三相晶闸管阀组(8)两端；
电压互感器(2)用于检测高压电网输出的三相电中的任意两相间的电压信号，电压互感器(2)的电压信号输出端与中央处理器(11)的相间电压信号输入端连接，
三相晶闸管阀组(8)中的每相阀组均由多个反向并联晶闸管串联构成，
三相电流互感器(6)位于三相高压放电线圈(4)和三相晶闸管阀组(8)之间，用于检测线路上的相电流，并将检测到的相电流送至中央处理器(11)的相电流信号输入端；
中央处理器(11)的阀组投切指令输出端与三相高频恒流源(10)的阀组投切指令输入端采用光纤连接，三相高频恒流源(10)的触发脉冲信号输出端与三相触发模块(9)的触发脉冲信号输入端连接，三相触发模块(9)的触发信号输出端与三相晶闸管阀组(8)中的所有晶闸管的控制端连接；
中央处理器(11)的第一控制信号输出端与第一真空接触器(1)的控制端连接，中央处理器(11)的第二控制信号输出端与第二真空接触器(7)的控制信号输入端连接；
所述的中央处理器(11)包括模拟/数字调理板和CPU板，
所述的模拟/数字调理板包括过零信号电路(11-11)、模拟量采样调理电路(11-12)和通信隔离电路(11-13)；
CPU板包括信号末端调理电路(11-21)、数字信号处理器DSP(11-22)、可编程逻辑器件CPLD(11-23)和存储器(11-24)；
所述的过零信号电路(11-11)用于接收三相电中的任意两相间的电压信号，过零信号电路(11-11)的数据信号输出端与信号末端调理电路(11-21)的第一数据信号输入端连接，
模拟量采样调理电路(11-12)用于接收线路上的三相电压信号和三相电流信号，模拟量采样调理电路(11-12)的数据信号输出端与信号末端调理电路(11-21)的第二数据信号输入端连接，信号末端调理电路(11-21)的模拟信号输出端与数字信号处理器DSP(11-22)的模拟信号输入端连接，数字信号处理器DSP(11-22)的数字信号输入输出端与可编程逻辑器件CPLD(11-23)的数字信号输入输出端连接，可编程逻辑器件CPLD(11-23)的数据信号输入输出端与通信隔离电路(11-13)的数据信号输入输出端连接，
通信隔离电路(11-13)的第一控制信号输出端与第一真空接触器(1)的控制端连接，通信隔离电路(11-13)的第二控制信号输出端与第二真空接触器(7)的控制信号输入端连接；
可编程逻辑器件CPLD(11-23)的阀组投切指令输出端作为中央处理器(11)的阀组投切指令输出端；
所述的可编程逻辑器件CPLD(11-23)控制三相晶闸管阀组(8)正常投切的逻辑顺序为：先投入三相晶闸管阀组(8)中的两相，这两相与电压互感器(2)所采集相间电压的两相相对应，延迟5ms投入三相晶闸管阀组(8)中的最后一相，实现对三相电中接入的三相晶闸管阀组(8)的控制；
其特征在于，该投切方法包括投入动作和切除动作；
所述的投入动作的具体过程为：所述的模拟量采样调理电路(11-12)采集A、B、C相电流信号，过零信号电路(11-11)采集任意两相间的电压，当数字信号处理器DSP(11-22)判断投入信号为真时，三相高压放电线圈(4)副边检测电压信号均为正常时，可编程逻辑器件CPLD(11-23)进行逻辑处理，给予第一真空接触器(1)闭合信号，此时当数字信号处理器DSP(11-22)对电流互感器(6)进行检测无异常时，数字信号处理器DSP(11-22)给予可编程逻辑器件CPLD(11-23)命令，使电压互感器(2)所在电路上所连接的晶闸管导通后延迟5ms，然后使最后一相晶闸管阀导通，可编程逻辑器件CPLD(11-23)给予第二真空接触器(7)闭合信号，第二真空接触器(7)闭合后延迟400ms，切除三相晶闸管阀组(8)，完成投入动作；
所述的切除动作的具体过程为：整个供电系统在正常运行中，数字信号处理器DSP(11-22)实时监测三相高压放电线圈(4)采集的三相电压信号和电流互感器(6)采集的三相电流信号，并判断三相高压电容器(5)状况，当上级功率因数控制器送至数字信号处理器DSP(11-22)的切除信号为真时，可编程逻辑器件CPLD(11-23)控制三相晶闸管阀组(8)按正常投切的逻辑顺序进行投入后，延迟100ms切除第二真空接触器(7)，然后再延迟400ms，依据三相电流互感器(6)处理后的电流过零信号切除三相晶闸管阀组(8)后，延迟100ms切除第一真空接触器(1)，完成切除动作。
2.根据权利要求1所述的采用中压TSC阀组智能控制系统实现的晶闸管阀组投切方法，其特征在于，所述的三相高频恒流源(10)输出的频率为20KHz以上。
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