CN1307389A - 全自动无触点投切无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

一种全自动无触点投切无功补偿装置,在温控箱内有空气开关连三相电和两路二相半控阀投切电路,微机无功监控装置连零压差触发器并连A相电,触发器又连方波采样器和投切电路和△型三相电容器,此二电容又与投切电路相连,是用于380V交流配电系统进行就地动态无功补偿,可实时测线路无功功率及无功电流,用闭环控制,输出按2∶1码进行两组三级无功投切控制,可控硅数量比现技术省2/3,具有成本低,防护性好,无冲击电流,无火花,投切速度快,适于户外等优点。

Description

全自动无触点投切无功补偿装置

本发明涉及一种交流配电网络的电路装置，尤其涉及一种网络中调整消除或补偿无功功率的装置。

电力系统中的大量感性负荷使电力系统功率因降低，感性无功电流增大，这可使线路上电能损耗加大，电压降低。输配电设备过载发热，因此对电网和电力用户都有很大危害。传统的无功补偿设备大多用人工投切或用有触点开关自动投切。由于上述投切无法实现三相电源与三相电容间的等电压或称零压差投切，因而在投切过程中存在严重的打火、拉弧及切冲击电流大等现象，再加上有触点机械式投切存在振动、噪声、速度慢、易损坏等缺点，使其无法工作在自动频繁投切运行状态中。近期虽出现了一些无触点无功补偿装置，实现了无冲击、零压差投切，但所用可控硅元件较多，成本高，另外由于其箱体防护性能低，也不适于在广大农村电网推广使用。

本发明的目的在于：解决已有无功补偿设备存在的问题，采用二相半控阀对三相△型电容器进行快速、无触点、无火花、无冲击的投切，大幅度降低了无触点开关的成本，同时使用△型三相电容，成本也较三相Y型电容低许多。本装置采用的带有防雨、防虫和温控装置的户外型箱体，也可使本设备长期可靠地运行在多种环境温度的户外环境中。

本发明是这样实现的：在温控箱体内有微机无功监控装置，空气开关，方波采样电路，零压差触发电路，两个△型三相电容器，两路二相半控阀投切电路，电流互感器；其中空气开关分别连接三相负荷和两路二相半控阀投切电路，其中A相电流通过电流互感器和微机无功监控装置相连，微机无功监控装置连接A相电压，零压差触发器，和通过电流互感器连接负荷A相电流，零压差触发器分别连方波采样电路和两路二相半控阀投切电路和两个△型三相电力电容器；后者电容器又与两路二相半控阀投切电路相连。

本发明的优点是通过单片机(8051)系统对电网某输电线路的无功功率和无功电流进行快速精确的检测，经分析计算按2∶1码方式对两个三相电容器进行组态投切，同时利用二相半控阀实现三相电器的零压差固态投切技术，投切速度快，无冲击、无火花，成本低，电抗器La₁、Lb₁、La₂、Lb₂的精心匹配，可使设备抵御和消除大部分谐波，特殊的温控箱体使本设备在户外运行的可靠性大大提高。并且比现有的补偿装置节省2/3的可控硅元器件。

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。

图1、本发明原理框图。

图2、本发明电路原理图。

图3、本发明二相半控阀零压差触发脉冲的波型图。

图4、本发明箱体结构示意图。

图5、本发明箱体前后门四周的防雨折弯A-A剖面图。

如图1-2所示，在节省2/3可控硅的户外全自动无触点投切无功补偿装置的户外型不锈钢(也可用其它材料)温控箱体XT内，空气开关KK分别连三相电及负荷FH和两路二相半控阀投切电路TQ₁、TQ₂,A相电流通过电流互感器CTL和微机无功监控装置KZ连，KZ装置又连A相电压和零压差触发器CF，CF电路分别连方波采样电路FB和两路二相半控阀投切电路TQ₁、TQ₂和两个△型三相电力电容器C₁、C₂,C₁、C₂又与TQ₁,TQ₂相连。

本发明用单片机系统(8051及其硬件、软件)构成快速采样并控制投切的微机无功监控装置KZ，它测取A相电压u_A电流iA及已投入的无功电流if经计算得到当前需要补偿的无功功率Q或无功电流IQ，然后按2∶1码的方式对电容投功实现闭环控制，若Q大于最小分组电容所提供的无功△Q，则不断增加电容的投切组数，若当前所测无功Q小于等于△Q，则维持原有投切组数不再增加，若当前所测无切Q小于0.2×△Q时，则减少投切电容器的组数。单片机系统还设置了过压、欠压、过流、过热、反相序、缺相保护，设置了最新半年期无功投切运行状况记录，所存记录可经串行口RS传输给载波机或无线电台或红外收发装置。监控装置KZ还设有2∶1码投切输出信号K₁、K₂,(K₃为4∶2∶1码为7级投切控制时的备用输出口)，脉冲串输出F，投切信号K1、K2，无需延时，具有实时快速投切的优点，由于电容C₂的容量是电容C₁的2倍，所以当K₂、k₁为“00”时C2、C1都不投切，为“01”时只投C₁，为“10”时只投C₂、相当于2C₁，当为“11”时C₂、C₁都投入，相当于3C₁。本设备所用元件少，结构简单，成本低，补偿效果也较满意，例如设未补偿时线路功率因数为0.707，再设有功功率为1，无功功率为1，补偿后线路无功只剩下1/3～0，由 $\mathrm{COS\φ}=\frac{Q}{\sqrt{P^2+Q^2}}$ 计算知，线路功率因数可达0.96～1.0，若还想提高补偿效果，可将投切装置TQ及电容C增至三组实现4∶2∶1码七级投切，则补偿后线路功率因数可达到0.99～1.0微机无功监控装置KZ的K₁端接到零压差触发电路CFa₁、CFb₁的K₁端，KZ的K₂的端接到触电路CFa₂,CFb₂的K₂端，KZ的脉冲串输出端F接到触发电路CFa₁、CFb₁、CFa₂、CFb₂的F端。四个触发电路的输出Cfa₁、Cfb₁、Cfa₂、Cfb₂分别接到可控硅Fa₁、Fb₁、Fa₂、Fb₂的+-端上。A、B、C三相电源经空气开关KK分别接到二相半控阀投切电路TQ₁、TQ₂和三相△型电容器C₁、C₂的一端上。TQ₁输出接C₁的C₁a和C₁b端，TQ₂的输出接C₂的C₂a和C₂b。

1．二相半控阀零压差投切电路TQ₁。

A相电源经空气开关KK接缓冲电抗La1,La1另一端接在可控硅Fa1与二极管Za₁反并联构成的半控阀上，其中并接的R、C串联电路为吸收电路，半控阀另一端接△型三相电容C₁的C₁a端。同理B相电源经空气开关KK，缓冲电抗Lb₁半控阀Fb₁、Zb₁、R、C再接到C₁的C₁b端。而C相电源则经空气开关KK后直接接在C₁的C_1c端。TQ₂电路结构则与TQ₁电路完全相同。

2．方波采样电路FB

由于△型电容C₁、C₂的C_1c、C_2c端总接在电源C上，所以在半控阀关断时电容的C₁a、C₂a端总被二极管Za₁、Za₂钳位在uac的负峰值上，而C₁b、C₂b则被二极管Zb₁、Zb₂钳位。在ubc的负峰值上，而在uac的负峰值处刚好是ub由正到负的过零点，而ubc的负峰值刚好对应ua由负到正的过零点，而方波采样电路FB则通过采样变压器Tb，电阻Ra₁，电容Ca，二极管Da，稳压管Wa，非门Ic₁构成之电路由B相电压得到与其相位相反的方波信号(-u_bF)，而通过采样变压器Ta电阻Rb₁电容Cb₁、二极管Db、稳压管Wb、非门IC₂构成之电路由A相电压得到与其相位相同的方波信号u_aF。

3．零压差触发电路CFa₁

由FB得到-u_bF波形，其方波上升沿刚好对应u_aC的负峰值点，当无功监控装置给出K₁投切指令时，D触发器IC₂的D端为高电平，而其触发端CP接“-u_bF”所以在u_aC的负峰值点，D触发器Q端输出高电平，Q与脉冲串F经与门形成与附图3中的Cfa₁相同的触发信号，此信号经三极管BGa放大再经脉冲变压器MTa₁耦合输出Cfa₁，在接到半控阀Fa₁的“+-”端，即可实现电容器C₁之C₁a点与A相电源的等电位投切。CFb₁与CFa₁同理，它只是在K₁为高电平后在u_aF的上升沿开始输出触发脉冲Cfb₁使电容C₁的C₁b端与B相电源实现等电位投切。CFa₂和CFb₂也与CFa₁和CFa₂相同，只是投切指令信号换成了K₂，而其输出分别控制第二个投切装置TQ₂的可控硅Fa₂、Fb₂使电容器C₂的C₂a、C₂b端与电源A、B实现零压差投切，各可控硅需关断时，不论关断信号何时发到，可控硅都自动地在其所通过电流第一次过零时无冲击关断。

4．户外型温控箱体XT

本发明采用的户外型箱体XT为不锈钢板结构，箱体2设前后两扇门3、4以方便前后元件的安装维护，前后门口四周均有防雨折弯(见A-A剖面图)，前后门内置有隔温层16，门上置有暗锁14，箱体上下封闭但留有上通风口8,且上通风口有向上的防水折弯，还留有电源进线口12及下通风口10，下通风口有细密金属网盖住可保证有良好的通风效果及防止昆虫及小动物进入。箱体上方有防雨帽1，防雨帽与箱体顶部有足够间距以便通风，箱体内有两个立式花铁7，花铁前方装有元件安装板5和接线板17，花铁后方设有2个电容托架6以安放电力电容器，箱体下方设有远红外加热器11，风扇13及热继电器18、19、20安装在投切装置TQ的散热器上，当温度＜0℃时由继电器18接通加热器11加热，当温度＞40℃时由继电器19启动风扇13吹风冷却，当温度＞75℃时，由继电器20向无功监控装置报警，使其进行保护关机，设备下方有4个安装孔15可使设备方便地安装在变压器台架(也可另制台架)上，吊装螺钉9兼做上盖的安装。

Claims (6)

1．一种全自动无触点投切无功补偿装置，其特征在于：在温控箱体内有微机无功监控装置，空气开关，方波采样电路，零压差触发电路，两个△型三相电力电容器，两路二相半控阀投切电路，电流互感器，其中空气开关分别连接三相电负荷和两路二相半控阀投切电路，其中A相电流通过电流互感器和微机无功监控装置相连，微机无功监控装置连A相电压和零压差触发器和通过电流互感器连接负荷A相电流，零压差触发器分别连方波采样电路和两路二相半控阀投切电路和两个△型三相电力电容器，后者电容器又与两路二相半控阀投切电路相连。

2．根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的二相半控阀投切电路是由缓冲电抗(La₁)分别连接一个可控硅正极，一个二极管负极和一个电阻电容串联吸收电路构成A相半控阀，由缓冲电抗(Lb₁)分别连另一个可控硅正极，一个二极管和一个阻容吸收电路构成B相半控阀并由A、B相两半控阀接在△型三相电容器的两端，电容器另一端直接接C相电源，实现对三相电容器投切，第二路二相半控阀投切电路同上结构。

3．根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的方波采样电路一路是采样变压器的次级串连电阻后再并联电容，二极管和稳压管，然后再串非门构成的电路由B相电压得到与其相位相反的方波波形；另一路和上述的一路构成相同，只是采样变压器反相，所得方波波形由A相电压获得与之同相。

4．根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的零压差触发电路由触发器，依次连接与门、电阻和三极管，三极管集电极依次连接电阻后，再并联接脉冲变压器和二极管构成。

5．根据权利要求1、所述的装置，其特征在于：所述的温控箱体为户外型，由防雨帽和箱体构成，箱体有前门、后门，前后门里面有隔温层，箱体内部有元件安装板、电容托架与立式花铁相连，远红外加热器在下面，防雨帽中间有上通风孔并有向上的防水折弯，下通风口有密金属网，前后门四周均有防水折弯、箱内微机无功监控装置在两路二相半控阀投切电路上面，后者下面有风扇，热继电器装在投切装置的散热器上。

6．根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述微机无功监控装置还设有2∶1码投切输出信号K₁、K₂、K₃，其K₃,K₂,K₁为4∶2∶1码输出；投切电路(TQ)及电容(C)可增至三组，实现4∶2∶1码七级投切，补偿后线路功率因素可达0.99-1.0。

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