CN113707457A - 一种距离控制型可调容量高压电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种距离控制型可调容量高压电容器，包括外壳、出线套管、固定板、动板、连接片、出线连接片、底部卡槽、前滑杆、后滑杆、滑杆固定槽、上凸块和侧凸块，本发明通过调节电容器板件距离的变化实现了在安全范围内连续可调，且在电容器运行时可以具有一个较大容量范围的调节，可以适应各种特殊运行方式下的容量需求，使无功电压的调节更灵活效果更好。同时，通过设置多个电容器开关，以及多个此类型的电容器组并联可以实现更大范围的调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压电容器，特别是一种距离控制型可调容量高压电容器。
背景技术
目前变电站和用户内部装设的电容器，均为固定容量的电容器或使用调档方式的电容器，电容器的容量为固定的几个数值(将电容器停电后拉开一组电容器的刀闸来调节容量的)，不具备带电调节功能且调节容量大小不连续很难适应各种电网运行方式的变化。
电容器具有补偿无功和提升母线电压的作用，而电网的运行方式是多变的，所以对电容器的容量的需求也是多变的。目前的电容器容量都是固定的或由其他几个档位的，为了满足正常运行方式时的无功补偿要求容量一般配置较大，但出现特殊运行方式及无功要求较小的时候投入电容器将会造成过电压以及无功倒送，影响无功利率且每次调节都需要停电不利于操作及时调整。
发明内容
本发明旨在设计一种小容量、具有连续电容变化，且操作灵活的可在电容器运行时调节的一种高压电力电容器，以适应无功缺额较小情况下的多种运行方式。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种距离控制型可调容量高压电容器，包括外壳、出线套管、固定板、动板、连接片、出线连接片、底部卡槽、前滑杆、后滑杆、滑杆固定槽、上凸块、侧凸块；
所述外壳底部设置底部卡槽，固定板一端通过底部卡槽固定，另一端设置上凸块，各个固定板上的上凸块通过连接片连接；
外壳两侧分别设置滑杆固定槽，动板的两侧分别设置侧凸块，两侧的侧凸块分别与前滑杆、后滑杆连接在一起保持板件距离的固定，前滑杆和后滑杆分别在外壳两侧的滑杆固定槽中滑动；
所述动板的上端部设置上凸块，各个动板的上凸块通过连接片连接；
连接固定板的连接片经过出线连接片与出线套管实现电气连接，实现外部电源的接入；
连接动板的连接片经过出线连接片与出线套管实现电气连接，实现外部电源的接入。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
设置了动板和固定板通过调节板件距离的方式实现对电容器容量的调节
设置控制电机根据容量的需求值进行电机动作量的控制，进而达到控制板件距离的方式。
(1)本发明设置了动板和固定板通过调节板件距离的方式实现对电容器容量的调节，进而设置了控制电机根据容量的需求值进行电机动作量的控制，进而达到控制板件距离，结构、原理简单。
(2)本发明设计的一种小容量、具有连续电容变化的高压电力电容器，通过调节电容器板件距离的变化实现了在安全范围内连续可调，可以适应各种特殊运行方式下的容量需求，使无功电压的调节更灵活效果更好。
(3)本发明通过设置多个电容器开关，以及多个同类型的电容器组并联可以实现更大范围的调节。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
附图说明
图1为平行板电容器示意图。
图2为并联平行板电容器组示意图。
图3为平行板电容器板件距离变化对电容值的调节曲线示意图。
图4为本发明的距离控制型可调容量高压电容器装置结构示意图。
图5为本发明的外壳底面示意图。
图6为本发明的外壳侧面内侧示意图。
图7为本发明的固定板及其连接示意图。
图8为本发明的动板及其连接示意图。
图9为本发明的电机控制部分示意图。
图10为本发明的电机电源电路图。
图11为本发明的位置测量电路图。
图12为本发明的控制电路图。
图13为本发明的距离控制型可调容量高压电容器的控制方法流程图。
具体实施方式
如图1所述，一块平行板电容器的电容值为C＝εS/d,ε为相对介电常数，S为平行板的面积，d为两板间的距离；
对于多组并联的电容器，其电容值为所有电容之和，如图2所示，假设有n对电容器(两个电容为一对)，则总电容为2nC，每对电容器的总电容值为2C；
当保持一对电容器的总间距2d不变,改变其中一个电容器的间距为原来距离的k倍时 (0<k≤1)，此时一对电容器的电容值为2C/(2k-k*k)。因此，可以通过调整k值的大小，来调整电容器组的电容值大小，k在0到1之间任意取值，只需满足板件绝缘的安全距离电容器组就可以由一个很大的电容值调节范围，例如d/8是板间的绝缘安全距离，则电容值的调整范围为2C～2C/(2*0.125-0.125*0.125)＝2C*4.27，因此实现了电容值的宽范围的连续可调。平板电容器的调节曲线示意图如图3所示。
一种距离控制型可调容量高压电容器，包括外壳1、出线套管2、固定板3、动板4、连接片、出线连接片6、底部卡槽7、前滑杆8、后滑杆9、滑杆固定槽16、上凸块17、侧凸块 18；
所述外壳1底部设置底部卡槽7，固定板3一端通过底部卡槽7固定，另一端设置上凸块17，各个固定板3上的上凸块17通过连接片连接；
外壳1两侧分别设置滑杆固定槽16，动板4的两侧分别设置侧凸块18，两侧的侧凸块 18分别与前滑杆8、后滑杆9连接在一起保持板件距离的固定，前滑杆8和后滑杆9分别在外壳1两侧的滑杆固定槽16中滑动；
所述动板4的上端部设置上凸块17，各个动板4的上凸块17通过连接片连接；
连接固定板3的连接片经过出线连接片与出线套管2实现电气连接，实现外部电源的接入；
连接动板4的连接片经过出线连接片与出线套管2实现电气连接，实现外部电源的接入。
进一步的，外壳1上设置电机外壳14，控制电机13固定在电机外壳14上；
所述后滑杆9的一侧末端设置滑杆齿条10，滑杆齿条10与外壳1内部设置的内部齿轮 11齿合，内部齿轮11齿合固定在绝缘转轴12上，绝缘转轴12由同轴的控制电机13驱动，通过内部齿轮11的转动实现滑杆的移动，进而实现板间距离的调节。
所述电机外壳14上设置电机控制模块，用于实现对控制电机13的控制，为保证安全，要求动板4在三相运行时接在中性点N相上，此时动板的电位理论上为0。；
电机控制模块包括齿条固定槽20、齿条21、控制齿轮15、限位开关19、滑动变阻器22 和控制电路23；
控制电机13是低速转动的电机，为保证电机转动达到板间的安全距离后，电机应能可靠不动作，必须将到达板间的安全距离情况下的电机电源切断，因此所述齿条固定槽20设置在电机外壳14上，齿条固定槽20两端分别设置限位开关19，限位开关19串入电机电源回路中，当齿条21触及两端任一限位开关19后打开连接触点，实现切断电路的功能，将其串入电机电源回路实现切断电源的功能；
齿条21与控制齿轮15齿合，并在齿条固定槽20中滑动；
齿条21中设置金属片，随着齿条的滑动在滑动变阻器22上滑动；
控制电路23内设置数字电流表和控制芯片，用于读取电流数据及实现电机控制，其中电流表串入位置测量电路中，将采集到的电流值发送给控制芯片，控制芯片通过电流数值判断齿条上金属片的位置，实现位置的测量。
所述外壳1内侧敷设绝缘材料，且内部充满绝缘介质。
所述连接固定板3的连接片与出线连接片的连接为硬连接；
连接动板4的连接片与出线连接片的连接为软连接，保证动板4在移动期间仍具有可靠电气连接。
所述控制电路23采用ATMEGA328单片机芯片，调节命令和8位串行调节数值由外部控制机器给出，输入单片机的对应端口，数字电流表将采集数值通过四位数字量反馈给单片机，单片机通过控制引脚PB4与引脚PB3之间的输出值来实现正转与反转。
一种距离控制型可调容量高压电容器的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、控制芯片接收调节命令，接收调节数值，确定需要调节的数值后，确定距离控制型可调容量高压电容器内活动板件需要到达的位置；
步骤2、控制芯片读取板件当前位置，确定板件需要运动的方向和距离，确定电机需要得电的时间以及电压方向，输出动作；
步骤3、判断活动板件是否到达位置，若已到位，则结束控制，否则继续运动。
步骤4、结束控制程序。
进一步的，所述步骤1中的根据调节数值确定距离控制型可调容量高压电容器内活动板件需要到达的位置，具体为：
则该距离控制型可调容量高压电容器内的总电容值S与调整系数k的关系为：
其中，n为距离控制型可调容量高压电容器内的电容器组数量，其中两个电容为1组，k 表示距离调整系数，即保持一组电容器之间的总间距不变的情况下，其中一个电容器的间距变为原来距离的k倍，d<k≤1，其中d表示电容器板件的绝缘安全距离系数；
通过调整k值的大小，调整电容器组的电容值大小。
进一步的，所述步骤2和步骤3中的控制芯片测量活动板件位置，具体为：
当控制模块中的齿条21在齿条固定槽20的中间位置时，将位置记录为0，即原点，其对应的电流表测得的电流值为IM，则当前测量位置与当前测量电流的关系为：
其中，K表示滑动变阻器总阻值与总长度之比，U表示控制电路电压。
下面通过实施例对本发明做进一步的说明。
实施例
如图4至图9所示，一种距离控制型可调容量高压电容器，包括外壳1、出线套管2、固定板3、动板4、连接片、出线连接片6、底部卡槽7、前滑杆8、后滑杆9、滑杆固定槽16、上凸块17、侧凸块18；
所述外壳1底部设置底部卡槽7，固定板3一端通过底部卡槽7固定，另一端设置上凸块17，各个固定板3上的上凸块17通过连接片连接；
外壳1两侧分别设置滑杆固定槽16，动板4的两侧分别设置侧凸块18，两侧的侧凸块 18分别与前滑杆8、后滑杆9连接在一起保持板件距离的固定，前滑杆8和后滑杆9分别在外壳1两侧的滑杆固定槽16中滑动；
所述动板4的上端部设置上凸块17，各个动板4的上凸块17通过连接片连接；
连接固定板3的连接片经过出线连接片与出线套管2实现电气连接，实现外部电源的接入；
连接动板4的连接片经过出线连接片与出线套管2实现电气连接，实现外部电源的接入。
进一步的，外壳1上设置电机外壳14，控制电机13固定在电机外壳14上；
所述后滑杆9的一侧末端设置滑杆齿条10，滑杆齿条10与外壳1内部设置的内部齿轮 11齿合，内部齿轮11齿合固定在绝缘转轴12上，绝缘转轴12由同轴的控制电机13驱动，通过内部齿轮11的转动实现滑杆的移动，进而实现板间距离的调节。
所述电机外壳14上设置电机控制模块，用于实现对控制电机13的控制，为保证安全，要求动板4在三相运行时接在中性点N相上，此时动板的电位理论上为0。；
电机控制模块包括齿条固定槽20、齿条21、控制齿轮15、限位开关19、滑动变阻器22 和控制电路23；
控制电机13是低速转动的电机，为保证电机转动达到板间的安全距离后，电机应能可靠不动作，必须将到达板间的安全距离情况下的电机电源切断，因此所述齿条固定槽20设置在电机外壳14上，齿条固定槽20两端分别设置限位开关19，限位开关19串入电机电源回路中，当齿条21触及两端任一限位开关19后打开连接触点，实现切断电路的功能，将其串入电机电源回路实现切断电源的功能；
如图10所示，两个限位开关19串联在电机电源回路中，可以保证任一限位开关19被触及后切断电机电源，保证电机不在转动，从而保证板间的安全距离。
齿条21与控制齿轮15齿合，并在齿条固定槽20中滑动；
齿条21中设置金属片，随着齿条的滑动在滑动变阻器22上滑动；
控制电路23内设置数字电流表和控制芯片，用于读取电流数据及实现电机控制，其中电流表串入位置测量电路中，将采集到的电流值发送给控制芯片，控制芯片通过电流数值判断齿条上金属片的位置，实现位置的测量，如图11所示。
所述外壳1内侧敷设绝缘材料，且内部充满绝缘介质。
所述连接固定板3的连接片与出线连接片的连接为硬连接；
连接动板4的连接片与出线连接片的连接为软连接，保证动板4在移动期间仍具有可靠电气连接。
如图12所示，所述控制电路23采用ATMEGA328单片机芯片，调节命令和8位串行调节数值由外部控制机器给出，输入单片机的对应端口，数字电流表将采集数值通过四位数字量反馈给单片机，单片机通过控制引脚PB4与引脚PB3之间的输出值来实现正转与反转。
如图13所示，一种距离控制型可调容量高压电容器的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、控制芯片接收调节命令，接收调节数值，确定需要调节的数值后，确定距离控制型可调容量高压电容器内活动板件需要到达的位置；
步骤2、控制芯片读取板件当前位置，确定板件需要运动的方向和距离，确定电机需要得电的时间以及电压方向，输出动作；
步骤3、判断活动板件是否到达位置，若已到位，则结束控制，否则继续运动。
步骤4、结束控制程序。
进一步的，所述步骤1中的根据调节数值确定距离控制型可调容量高压电容器内活动板件需要到达的位置，具体为：
则该距离控制型可调容量高压电容器内的总电容值S与调整系数k的关系为：
其中，n为距离控制型可调容量高压电容器内的电容器组数量，其中两个电容为1组，k 表示距离调整系数，即保持一组电容器之间的总间距不变的情况下，其中一个电容器的间距变为原来距离的k倍，d<k≤1，其中d表示电容器板件的绝缘安全距离系数；
通过调整k值的大小，调整电容器组的电容值大小。
进一步的，所述步骤2和步骤3中的控制芯片测量活动板件位置，具体为：
当控制模块中的齿条21在齿条固定槽20的中间位置时，将位置记录为0，即原点，其对应的电流表测得的电流值为IM，则当前测量位置与当前测量电流的关系为：
其中，K表示滑动变阻器总阻值与总长度之比，U表示控制电路电压。
本发明设计的一种小容量、具有连续电容变化的高压电力电容器，通过调节电容器板件距离的变化实现了在安全范围内连续可调，可以适应各种特殊运行方式下的容量需求，使无功电压的调节更灵活效果更好。
Claims (9)
1.一种距离控制型可调容量高压电容器，其特征在于，包括外壳(1)、出线套管(2)、固定板(3)、动板(4)、连接片、出线连接片(6)、底部卡槽(7)、前滑杆(8)、后滑杆(9)、滑杆固定槽(16)、上凸块(17)、侧凸块(18)；
所述外壳(1)底部设置底部卡槽(7)，固定板(3)一端通过底部卡槽(7)固定，另一端设置上凸块(17)，各个固定板(3)上的上凸块(17)通过连接片连接；
外壳(1)两侧分别设置滑杆固定槽(16)，动板(4)的两侧分别设置侧凸块(18)，两侧的侧凸块(18)分别与前滑杆(8)、后滑杆(9)连接在一起保持板件距离的固定，前滑杆(8)和后滑杆(9)分别在外壳(1)两侧的滑杆固定槽(16)中滑动；
所述动板(4)的上端部设置上凸块(17)，各个动板(4)的上凸块(17)通过连接片连接；
连接固定板(3)的连接片经过出线连接片与出线套管(2)实现电气连接，实现外部电源的接入；
连接动板(4)的连接片经过出线连接片与出线套管(2)实现电气连接，实现外部电源的接入。
2.根据权利要求1所述的距离控制型可调容量高压电容器，其特征在于，包括外壳(1)上设置电机外壳(14)，控制电机(13)固定在电机外壳(14)上；
所述后滑杆(9)的一侧末端设置滑杆齿条(10)，滑杆齿条(10)与外壳(1)内部设置的内部齿轮(11)齿合，内部齿轮(11)齿合固定在绝缘转轴(12)上，绝缘转轴(12)由同轴的控制电机(13)驱动，通过内部齿轮(11)的转动实现滑杆的移动，进而实现板间距离的调节。
3.根据权利要求2所述的距离控制型可调容量高压电容器，其特征在于，所述电机外壳(14)上设置电机控制模块，用于实现对控制电机(13)的控制；
电机控制模块包括齿条固定槽(20)、齿条(21)、控制齿轮(15)、限位开关(19)、滑动变阻器(22)和控制电路(23)；
所述齿条固定槽(20)设置在电机外壳(14)上，齿条固定槽(20)两端分别设置限位开关(19)，限位开关(19)串入电机电源回路中，当齿条(21)触及两端任一限位开关(19)后打开连接触点，实现切断电路的功能；
齿条(21)与控制齿轮(15)齿合，并在齿条固定槽(20)中滑动；
齿条(21)中设置金属片，随着齿条的滑动在滑动变阻器(22)上滑动；
控制电路(23)内设置数字电流表和控制芯片，用于读取电流数据及实现电机控制，其中电流表串入位置测量电路中，将采集到的电流值发送给控制芯片，控制芯片通过电流数值判断齿条上金属片的位置，实现位置的测量。
4.根据权利要求1所述的距离控制型可调容量高压电容器，其特征在于，所述外壳(1)内侧敷设绝缘材料，且内部充满绝缘介质。
5.根据权利要求1所述的距离控制型可调容量高压电容器，其特征在于，所述连接固定板(3)的连接片与出线连接片的连接为硬连接；
连接动板(4)的连接片与出线连接片的连接为软连接，保证动板(4)在移动期间仍具有可靠电气连接。
6.根据权利要求3所述的距离控制型可调容量高压电容器，其特征在于，所述控制电路(23)采用ATMEGA328单片机芯片，调节命令和8位串行调节数值由外部控制机器给出，输入单片机的对应端口，数字电流表将采集数值通过四位数字量反馈给单片机，单片机通过控制引脚PB4与引脚PB3之间的输出值实现正转与反转。
7.根据权利要求1-6所述的距离控制型可调容量高压电容器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、控制芯片接收调节命令，接收调节数值，确定需要调节的数值后，确定距离控制型可调容量高压电容器内活动板件需要到达的位置；
步骤2、控制芯片读取板件当前位置，确定板件需要运动的方向和距离，确定电机需要得电的时间以及电压方向，输出动作；
步骤3、判断活动板件是否到达位置，若已到位，则结束控制，否则继续运动；
步骤4、结束控制程序。
8.根据权利要求7所述的距离控制型可调容量高压电容器的控制方法，其特征在于，所述步骤1中的根据调节数值确定距离控制型可调容量高压电容器内活动板件需要到达的位置，具体为：
距离控制型可调容量高压电容器内的总电容值S与调整系数k的关系为：
其中，n为距离控制型可调容量高压电容器内的电容器组数量，其中两个电容为1组，k表示距离调整系数，即保持一组电容器之间的总间距不变的情况下，其中一个电容器的间距变为原来距离的k倍，d<k≤1，其中d表示电容器板件的绝缘安全距离系数；
通过调整k值的大小，调整电容器组的电容值大小。
9.根据权利要求7所述的距离控制型可调容量高压电容器的控制方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中的控制芯片测量活动板件位置，具体为：
当控制模块中的齿条(21)在齿条固定槽(20)的中间位置时，将位置记录为0，即原点，其对应的电流表测得的电流值为IM，则当前测量位置与当前测量电流的关系为：
其中，K表示滑动变阻器总阻值与总长度之比，U表示控制电路电压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211126 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |