CN1433117A - 一种新型低压电力电容器组多组分级循环自动投切控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低压配电网无功补偿用的电力电容组自动投切控制装置。它利用现有的固态继电器无触点开关与交流接触器有触点开关组合连接，再辅以作控制器用的监测器，针对投切及运行的要求，按时序编程实现多组分级循环自动投切控制。本装置可综合地彻底解决传统控制装置的投切涌流、过电压与开关元件发热的问题，提高了电容器组运行中的安全可靠性。同时还具有体积小、成本低和维护运行方便等优点。

Description

一种新型低压电力电容器组多组分级循环自动投切控制装置

技术领域

本发明涉及城乡低压配电网及电力用户侧无功补偿用的电力电容器组，多组分级循环自动投切的控制装置。

背景技术

众所周知，电力电容器在电网中的配置是我国电力系统为实现无功逐级平衡，就地补偿的重大措施，它对提高电网稳定、改善电能质量、挖掘供电设备潜力，提高功率因数、降低线损均具有重要作用。尤以低压电力电容器的合理配置与运行对降低城乡配电网的线损，改善用户供电水平意义更大。

目前，我国电力系统用作无功补偿的电力电容器组的投切方式，归纳起来，按其发展可分四种类型：

1.手投：即采用如空气开关等有触点开关，视需要，人工拉、合闸并入电网运行，无任何自动控制设置。其接线方式参见图1。优点：结构简单、操作简便、开关不发热和成本低。缺点：不能适应电网无功负载变化而相应变化。合闸有涌流、拉闸有过电压，当单台容量较大、台数、组数较多时更严重，拉合闸时常出现严重电弧，烧损开关触头及设备，安全可靠性均差。

2.以功率因数控制器自动投切：开关采用交流接触器等有触点开关，接线方式参见图2。优点：基本能适应电网无功负载而相应变化，作多组分级自动投切，结构尚简，成本较低，开关不发热。缺点：合闸有涌流、拉闸有过电压，当电容器单台容量较大，分级数多时更严重，投切较频时触头易损，交流接触器易坏，可靠性较差。

3.以单片微机型智能化监测器作控制器，仍采用交流接触器有触点开关进行多组分级投切。接线方式参见图3。

优点：由于采用单片机智能化监测，采样迅速，精度较高，功能较多，更能灵敏地适应电网无功负载变化而变化。开关不发热。能适用于电容器单台容量较大及分组数较多，总容量亦较大的电容器组分级投切。

缺点：合闸时涌流、拉闸时过电压的现象无法避免。当电容器随机性合闸时，若恰遇电压峰值将会产生高频涌流 $\mathrm{Iy}=2\·\mathrm{Ie}\·\sqrt{\frac{\mathrm{SK}}{\mathrm{QC}}}$ 其中Ie为电容器额定电流(安，有效值)，S_K为电容器安装点电网短路容量；Qc为电容器组容量。此涌流可达电容器额定电流的6-20多倍。严重威胁电容器组长期安全运行。若电容器分组数多，当投入的分组数愈多，随后投入的分组涌流更大。不少生产厂家为减小涌流的危害，采取串联电抗器予以抑制，又常引起过电压运行和谐波放大，危及运行安全和电容器损坏。

4.以单片微机型智能化监测器作控制器。采用固态继电器SSR即可控硅无触点开关进行多组分级自动投切。接线分式参见图4。优点：由于它是以无触点的半导体器件代替传统的有触点开关作投切，且与逻辑电路兼容，以由监测器作为控制器发出的微弱控制信号在电网电压过零的瞬间直接驱动大负载电流和电容器电流过零瞬间截止负载电流，故它投电容器时无涌流，切时无过电压，反应速度快，能跟踪电网无功负荷的快速度变化而调切，可靠性也高。缺点：固态继电器主要缺点是存在通态压降，热耗高需相应散热措施，其导通后最大发热量按实际通过电流每1A为1，5瓦计算。因此电容器实际运行电流单相或三相合计超过10A就需考虑配置相应的散热器(大且重)，超过30A需再考虑加风扇和足够的通风道强迫风冷，若近100A以上尚应考虑水冷。否则固态继电器极易过热烧毁。由于它的热平衡较难处理，严重制约了它的发展。

发明内容

本发明能够解决上述传统设备的问题，可以准确快捷地响应电网无功负载变化之需要，迅速跟踪分级自动投切相应的电容器组，做到投切时无涌流、无过电压，运行时开关不发热；而且结构简单、占用空间小，成本低。

本发明所述一种新型低电压电力电容组多组分级循环自动投切控制装置，它包括起控制器作用的监测器，受所述监测器控制的投切装置和分组电容器，其特征在于：所述投切装置包括一个双向可控硅无触点开关W、对应于N个分组电容的2N个交流接触器有触点开关；所述2N个交流接触器有触点开关中，N个为有触点旁路开关B1-B2，N个为有触点主开关K1-Kn；所述N个有触点旁路开关B1-Bn一端均与所述双向可控硅无触点开关N的一端相连接，另一端分别与对应的分组电容C1-Cn相连接；所述双向可控硅无触点开关W的另一端与电网端相连接；所述N个有触点主开关K1-Kn的一端均与电网端相连接，另一端分别与对应的分组电容C1-Cn相连接；所述投切装置的无触点开关W、2N个有触点开关的控制端均与所述监测器相连接。

所述监测器针对投切及运行要求，按时序编程实现多组分级循环自动投切控制，在分级投入时，监测器捕捉电网电压过零点瞬间，发出自动投入指令信号，按先投Bn，再投W，使Cn运行后，再投Kn后切Bn，最后切W的顺序；在分级切断时，监测器按下述步骤发出自动切除的指令信号：先投Bn，再投W，然后切Kn，在电流过零瞬间切W，使Cn退出后，最后切Bn。

在双向可控硅无触点开关W与电网连接线中，串接有熔断器R；在有触点主开关K1-Kn与电网的连接线中，分别串接有熔断器R1-Rn；在电网与本装置的连接线上，串接有总开关K。

本发明与传统的装置相比，具有如下效果：运用微机控制快速跟踪电网电压，无功负载之需求，自动分级投切时，综合性地彻底解决了长期困扰供电部门的涌流，过电压与发热的重大难题，大大提高了电容器组运行中的安全可靠性。

并且由于本装置可作到无涌流，所以电容器组可取消作抑制涌流用的串联电抗器和内置电抗；它还可取消分散热用的(强迫风冷)风扇及通风通道等；还由于全部分级主开关和旁路开关均采用价廉的体积又小的有触点开关交流接触器，所以它比新近流行的无触点开关投切装置突显其总体结构紧凑，占用空间小，成本还要低，维护运行方便。

本装置之使用还可以使原有无功补偿用电容器组的单台容量、总体容量及分组数大大放宽限制，更利于供电部门及用户的配置使用，特别是箱式变、配电室，户外变台综合箱(柜)等内的电容器组将得到最佳应用。

附图说明：

图1是传统的有触点开关手动分级投切单线示意图；

图2是传统的有触点开关功率因数控制分级投切单线示意图；

图3是传统的有触点开关分级投切单线示意图；

图4是传统的无触点分级投切单线示意图；

图5是本发明所述一种新型低压电力电容器组多组分级循环自动投切控制装置的电路实施例。

具体实施方式

本发明充分利用现有的固态继电器无触点开关与交流接触器有触点开关，采用1+2N合理方案，使之有机地组合在一起，再辅以作控制器用的监测器针对前述的投切及运行的要求，按时序编程来予以实现。1+2N式中：“1”指一台套固态继电器无触点开关，“N”指电容器分组数，N＝2、3、4……，“2N”指2N台交流接触器有触点开关，接线方式参见图5。投切原理：总开关K在正常状态下处于合闸状态。此时控制器对电容器安装点处的电网电压、无功负载、功率因数……等参数进行长期在线实测监测。

1.分级投入：设若需投入一组(例：C₁电容器时，作控制器用的监测器将按下述步骤发出自动投入的指令信号：投B₁→投W→C₁运行→投K₁→切B₁→切W

若监测到尚需再增投一组(例：(2)时，监测器作适当延时后，发出如下投入指令信号：

投B₂→投W→C₂运行→投K₂→切B₂→切W以此类推，……。若需再增投n组电容器时，同上理，监测器依次分级发出指令信号。

从中可见：

(1)由于监测器捕促电网电压过“零”点瞬间指令，W固态继电器导通使C₁电容器组投入运行，故无涌流产生。

(2)在C₁电容器组并网已运行后才合K₁交流接触器，此时K₁触头二端等电位，故无冲击。

(3)K₁投入后，才断开B₁旁路交流接触器及在电容电流过“零”瞬间断开W固态继电器，故对B₁及W均不致产生过电压。

(4)此时只用K₁起长期运行之作用。故电容器组在运行中K₁开关不发热。

2.分级切断：设若监测到需退出一组(例C₁)电容器时，作控制器用的监测器将按下述步骤发出自动切除的指令信号：

投B₁→投W→切K₁→切W→C₁退出→切B₁

设若尚需退出其他若干组电容器(例：C₂、C₃……)，监测器可按上述步骤，逐一作出适当延时后分级发出类同的指令信号。

从中可以看出：(1)在欲切K₁前，由于已先将B₁及W平稳投入，故切K₁时，电容器C₁仍正常运行。随后方由固态继电器在电流过“零”瞬间断开电容回路，故无过电压发生。

(2)交流接触器K₁仅作长期运行用，不可切断电容回路之责。故其触头不会有损。

本装置是用于分有二小组及以上的多小组结构，每小组的电力电容器可以是单台，也可是多台并联。电力电容器可以是单相，也可以是三相的。

Claims (3)

1.一种新型低电压电力电容组多组分级循环自动投切控制装置，它包括起控制器作用的监测器，受所述监测器控制的投切装置和分组电容器，其特征在于：所述投切装置包括一个双向可控硅无触点开关W、对应于N个分组电容的2N个交流接触器有触点开关；所述2N个交流接触器有触点开关中，N个为有触点旁路开关B1-B2，N个为有触点主开关K1-Kn；所述N个有触点旁路开关B1-Bn一端均与所述双向可控硅无触点开关N的一端相连接，另一端分别与对应的分组电容C1-Cn相连接；所述双向可控硅无触点开关W的另一端与电网端相连接；所述N个有触点主开关K1-Kn的一端均与电网端相连接，另一端分别与对应的分组电容C1-Cn相连接；所述投切装置的无触点开关W、2N个有触点开关的控制端均与所述监测器相连接。

2.如权利要求1所述的一种新型低电压电力电容组多分级循环自动投切控制装置，其特征在于：所述监测器针对投切及运行要求，按时序编程实现多组分级循环自动投切控制，在分级投入时，监测器捕捉电网电压过零点瞬间，发出自动投入指令信号，按先投Bn，再投W，使Cn运行后，再投Kn后切Bn，最后切W的顺序；在分级切断时，监测器按下述步骤发出自动切除的指令信号：先投Bn，再投W，然后切Kn，在电流过零瞬间切W，使Cn退出后，最后切Bn。

3.如权利要求1所述的一种新型低电压电力电容组多分级循环自动投切控制装置，其特征在于：在双向可控硅无触点开关W与电网连接线中，串接有熔断器R；在有触点主开关K1-Kn与电网的连接线中，分别串接有熔断器R1-Rn；在电网与本装置的连接线上，串接有总开关K。

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