CN107039989A - 低压电容器新型投切开关 - Google Patents

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朱国豪
林福
黄晓龙
傅智河
张士钱
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    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
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Abstract

本发明公开了一种低压电容器新型投切开关，由互感器、滤波电路、采样电路、数字信号处理器、控制器、过零检测与触发电路、磁保持继电器驱动电路、投切开关、三相补偿电容、分相补偿电容组成，本发明改进电路结构，不存在可控硅损坏和单触点磁保持烧坏现象，不会产生电弧预燃和重燃，故障率低，长期运行成本低。新型投切开关可实现过零无触点投切，投切过程无过电压、无涌流产生、无电弧、快速补偿等功能，能降低运行成本，延长电容器使用寿命。

Description

低压电容器新型投切开关
技术领域
本发明涉及电学技术领域，尤其涉及一种低压电容器新型投切开关。
背景技术
近年来随着电力电子装置的广泛应用，感性负载和非线性负载的大量增加， 电网中的无功功率大量增加，由于无功功率在电网中传输会造成网络损耗以及 受电端电压下降，严重影响供电质量。因此，在电网中装设无功补偿装置已成 为满足电网无功需求的必要手段。在终端用户中，使用低压电容器进行无功补 偿是最常用的办法。目前国内无功补偿电容器装置所使用的投切开关的性能对 比如下：
(1)接触器。采用接触器作为投切开关，接入电容的瞬间产生很大的涌流， 造成接触器的触头处产生火花，容易烧毁触头，而在分断电容时可投切开关之 后，能粘住触头，造成触头拉不开。
(2)晶闸管开关：继传统机械触点出现无触点的电子开关，可以实现过零 触发，具有导通无涌流，切断无过电压的特点，但开关电路运行时有较大的导 通压降，带来电能损耗和发热问题。
(3)复合开关：由双向晶闸管与接触器并联构成，具有过零触发、动作时 间短、限制电容器合闸涌流、触点无烧结的优点。但耐电压、电流冲击性较差， 容易损坏，安全稳定性较弱，机械触点存在烧坏可能性，正常运行时接触器开 关始终接通，线圈一直通电，增加了电能损耗。
(4)选相开关：虽避免了复合开关的可控硅组件容易出现的故障，但单触 点磁保持结构，仍有产生电弧预燃和重燃的可能性。
从投切开关的性能对比可知，目前普遍选用的电容器投切开关在运行中仍 存在的缺陷，需要在提高开关的可靠性和安全性方面进行改进。投切开关是电 容器的关键部件，因此，研发新型投切开关能实现过零无触点投切，达到精确 补偿，节能降耗的目的，符合国家节能政策要求，具有非常现实的意义。
现有技术方案
根据晶闸管投切电容器(TSC)技术的自动补偿原理，TSC的电路原理如图4 所示，选取投入电容器时刻总的原则是投入电容时刻(晶闸管导通时刻)必须是 电网电压uS与电容器当前端电压uC相等的时刻。因为根据电容器的特性，若投 入电容器时刻的电源电压与电容器当前端电压不等，电容器电压突变，会产生 很大的合闸涌流，可能会损坏晶闸管或给电网带来高频冲击。而在TSC切除电 容器时，由于切除过程中开关触点会产生电弧重燃现象，导致电容器过电压， 但在电流过零时刻切除电容器，可以实现开关接点无电弧分断。因此晶闸管控 制的电容器一定是在电流过零的情况下切除。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种低压电容器新型投切开 关。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明由电流互感器、电压互感器、滤波电路、电流采样电路、电压采样 电路、数字信号处理器、控制器、过零检测与触发电路、磁保持继电器驱动电 路、投切开关、三相补偿电容、分相补偿电容组成，所述电流互感器和所述电 压互感器的输出端分别依次通过所述滤波电路、所述电流采样电路、所述电压 采样电路、所述控制器、所述过零检测与触发电路和所述磁保持继电器驱动电 路与一组连接三相补偿电容的投切开关连接，另一组投切开关连接在分相补偿 电容上，且设置有输出指示灯。
进一步，所述投切开关由双向晶闸管、磁保持继电器和RC阻容吸收电路组 成。
进一步，所述磁保持继电器的驱动电路由四个电阻、四个三极管、两个继 电器线圈和两个二极管组成，两个电阻、两个三极管、一个二极管和一个继电 器线圈组成合闸驱动电路，另外两个电阻、两个三极管、一个二极管和一个继 电器线圈组成分闸驱动电路。
进一步，所述过零检测与触发电路由六个电阻、一个压敏电阻、两个光耦 器、一个电容和一个双向可控硅组成。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种低压电容器新型投切开关，与现有技术相比，本发明研究机 械开关抖动的影响，解决由开关抖动引起的过压、电弧等问题。在复合开关和 选相开关的基础上，采用微电子技术和过零点投切技术，改进电路结构，不存 在可控硅损坏和单触点磁保持烧坏现象，不会产生电弧预燃和重燃，故障率低， 长期运行成本低。新型投切开关可实现过零无触点投切，投切过程无过电压、 无涌流产生、无电弧、快速补偿等功能，能降低运行成本，延长电容器使用寿 命。
附图说明
图1是本发明的电力电容器投切框图；
图2是本发明的磁保驱动持继电器驱动电路图；
图3是本发明的过零检测与触发电路电路图；
图4是现有技术中TSC电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：本发明由电流互感器、电压互感器、滤波电路、电流采样电 路、电压采样电路、数字信号处理器、控制器、过零检测与触发电路、磁保持 继电器驱动电路、投切开关、三相补偿电容、分相补偿电容组成，所述电流互 感器和所述电压互感器的输出端分别依次通过所述滤波电路、所述电流采样电 路、所述电压采样电路、所述控制器、所述过零检测与触发电路和所述磁保持 继电器驱动电路与一组连接三相补偿电容的投切开关连接，另一组投切开关连 接在分相补偿电容上，且设置有输出指示灯。所述投切开关由双向晶闸管、磁 保持继电器和RC阻容吸收电路组成。投入时：由控制器发出指令，在检测到双 向晶闸管两端电压为零的瞬间发出触发脉冲，使双向晶闸管导通，主控芯片监 控到开关导通后，发出闭合磁保持继电器的指令，磁保持继电器后，在检测到 双向晶闸管电流过零时的瞬间发出触发脉冲，再由控制器发出断开可控硅的指 令。切除时：由控制器发出指令，使双向晶闸管导通，发出断开磁保持继电器 的指令，再由控制器发出断开可控硅的指令。开关在投、切瞬间双向晶闸管导 通工作，完成投切后转入正常运行状态时，开关由磁保持继电器维持通断状态。 这样极大限制了投入过程中产生的涌流以及切除过程中产生的过电压冲击现 象。
如图2所示：所述磁保持继电器的驱动电路由四个电阻、四个三极管、两 个继电器线圈和两个二极管组成，两个电阻、两个三极管、一个二极管和一个 继电器线圈组成合闸驱动电路，另外两个电阻、两个三极管、一个二极管和一 个继电器线圈组成分闸驱动电路。
投切开关正常运行时，由磁保持继电器维持开关的通断状态。磁保持继电 器是一种运行无功耗的新型继电器，其内部装有线圈和永久磁钢，触点的状态 切换通过控制器发出一定量的正负脉冲电信号控制。触点状态切换完成后，线 圈无需继续通电，由永久磁钢的磁力维持继电器的状态。选用HFE9磁保持继电 器，双线圈且驱动电压为12v。合(分)闸过程：控制器(单片机)输出高电平， Q1、Q2(Q3、Q4)饱和导通，12v电压加在合(分)闸线圈上，持续时间大于 50毫秒后，控制器输出低电平，磁保持继电器处于闭合(断开)状态，完成合(分)闸过程。图中，续流二管D1、D2，用以保护Q2、Q4不被过电压击穿。
如图3所示：所述过零检测与触发电路由六个电阻、一个压敏电阻、两个 光耦器、一个电容和一个双向可控硅组成。
投切开关在接通和断开的瞬间，双向晶闸管先触发导通，如果电网电压和 电容器电压的差值较大，电容器电压突变，会产生很大的合闸涌流。这一冲击 很可能损坏晶闸管或给电网带来高频冲击，为了防止这种现象，必须在双向晶 闸管两端电压为零时进行投切，因此，要求选择具有过零触发能力的芯片驱动 双向晶闸管。驱动芯片采用MOC3083，它内置过零检测电路的新型光电耦合器 件，具有直流低电压、小电流控制交流高电压、大电流的特点。当检测到电网 电压和电容器存储的电压相等时，MOC3083会发出触发脉冲给晶闸管。图中， 压敏电阻RV1能承受较大冲击能量，可抑制电路中出现的异常过电压；R6C1阻容吸收电路，能防止过电压对电路的冲击。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种低压电容器新型投切开关，其特征在于：由电流互感器、电压互感器、滤波电路、电流采样电路、电压采样电路、数字信号处理器、控制器、过零检测与触发电路、磁保持继电器驱动电路、投切开关、三相补偿电容、分相补偿电容组成，所述电流互感器和所述电压互感器的输出端分别依次通过所述滤波电路、所述电流采样电路、所述电压采样电路、所述控制器、所述过零检测与触发电路和所述磁保持继电器驱动电路与一组连接三相补偿电容的投切开关连接，另一组投切开关连接在分相补偿电容上，且设置有输出指示灯。
2.根据权利要求1所述的低压电容器新型投切开关，其特征在于：所述投切开关由双向晶闸管、磁保持继电器和RC阻容吸收电路组成。
3.根据权利要求2所述的低压电容器新型投切开关，其特征在于：所述磁保持继电器的驱动电路由四个电阻、四个三极管、两个继电器线圈和两个二极管组成，两个电阻、两个三极管、一个二极管和一个继电器线圈组成合闸驱动电路，另外两个电阻、两个三极管、一个二极管和一个继电器线圈组成分闸驱动电路。
4.根据权利要求1所述的低压电容器新型投切开关，其特征在于：所述过零检测与触发电路由六个电阻、一个压敏电阻、两个光耦器、一个电容和一个双向可控硅组成。
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