CN201466734U - 智能相控式低压电力电容器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种智能相控式低压电力电容器，包括CPU控制板、电源板、保护断路器和电力电容器，四者采用积木插拔方式连接在一起，所述CPU控制板由DSP控制电路和磁保持继电器组成；电源板由模块电源、电压互感器和电流互感器组成；电力电容器上设有电容接线孔及温度传感器，CPU控制板和电源板通过一组排针交换弱电模拟信号；磁保持继电器则通过螺丝分别穿过相应的电流互感器然后压入电力电容器上的电容接线孔内；电源板上的引线和磁保持继电器的另一个输入分别接入相应的小型断路器的输出端。本实用新型产品具有功耗低、节能环保、高稳定性和可靠性等优点。

Description

智能相控式低压电力电容器
技术领域
本实用新型涉及一种电容器，尤其涉及一种作为低压电力无功功率自动控制补偿的智能相控式低压电力电容器。
背景技术
目前国内外市场上的装置所采用对电力电容器的过零投切方案分为四类：无触点晶闸管(可控硅)、晶闸管和二极管反并联的开关、电子复合开关及电子电磁复合式智能电容器，所采用的受控制器来控制的补偿系统，其投切的都是采用高功耗的晶闸管来实现过零。这些电容器都存在体积大、器件多、结构复杂、且受控制器影响等缺点。可控硅、晶闸管虽然有很多优点，但是其承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的过电压和过电流就会被损坏，并且不可修复，使用于低压电力电容器零投切控制的晶闸管又工作于低压电力网，其因操作、谐波、雷击等原因工况复杂多变，因此在瞬息万变的电网条件中易损坏，可控硅电路本身也是谐波源，大量的应用会对低压电网的波形不利。
低压电力电容器的智能化就是将低压电力电容器设计成一种高度智能化的低压无功自动补偿的单元装置，使该装置可以积木式简单组装成满足各种补偿要求的低压无功补偿系统。
智能式低压电力电容器主要由低压电力电容器、智能组件、开关器件、保护组件和人机联系组件等组成。现有的智能电力电容器开关器件采用电磁、电子复合式开关，即将电磁开关与电子开关的触点并联。该方案采用的可控硅、晶闸故障率高，且现有产品结构设计不够灵活，产品维护困难。且产品结构不够灵活，不易标准化、规范化。
现有的低压无功自动补偿控制器结构模式没有发生任何变化，这种结构模式形成的产品体积大，内部复杂，可维护性差，容量没有可调性，故障率高且维护困难，装置的进一步智能化困难，很难实现装置较完全的自诊断功能和电容器的三相不平衡等保护。而且，目前用于控制电容器投放的继电器在正常工作时，处于高功耗状态，能源消耗大，电器损耗严重。
发明内容
针对已有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构新颖、具有安全性、稳定可靠性、经济性、节能环保性的作为低压电力无功功率自动控制补偿的智能相控式低压电力电容器。
实现本实用新发明目的的技术方案如下：
一种智能相控式低压电力电容器，包括CPU控制板，电源板，保护断路器和电力电容器，四者采用积木插拔方式连接在一起，所述CPU控制板由DSP控制电路和磁保持继电器组成；电源板由模块电源、电压互感器和电流互感器组成；电力电容器上设有电容接线孔及温度传感器，CPU控制板和电源板通过一组排针交换弱电模拟信号；磁保持继电器则通过螺丝分别穿过相应的电流互感器然后压入电力电容器上的电容接线孔内；电源板上的引线和磁保持继电器的另一个输入分别接入相应的小型断路器的输出端.
只有电力电容器的体积随容量大小而变化，其他装置大小不变。
本实用新型智能控制电路以DSP控制电路为中心，模拟采样电路采集数据经模拟量输入电路处理，将数据输入到DSP控制电路加以处理分析，根据计算数据DSP控制器控制继电器控制电路进行投切变换与否，并将动作数据存储在EFROM电路中，另DSP控制器又可以通过485通讯电路与其他主从机或液晶进行通信。
所述DSP控制电路(5)设有CPU控制芯片。CPU控制芯片采用Microchip最新技术的16位DSP芯片33F204，此片以其稳定的16位运算，内置13路模数转换器模块输入通道。和多个输出控制管脚等优点使的本装置高度智能化。DSP控制芯片通过对P25、P26、P27、P32、P33、P34、P19、P20、P21输入的模拟量通过内部AD转换成数字量，计算出有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等；并根据定值计算和模拟量采集通过输出口P36、P37、P38控制继电器控制电路进行电压过零时投入或者电流过零时切出。
DSP芯片根据输入的模拟量数据通过AD转换成数字量，然后计算出系统中的功率因数等，根据设定的定值判断是否需要投退操作。当系统功率因数大于设定阈值上限，主机计算出应该投入机子地址，发出投入命令，当机子接到投入命令后，对系统电压进行过零判断，过零时发出继电器投入命令，投入结束；当系统功率因数小于设定阈值下限，主机计算出应该退出机子地址，发出退出命令，当机子接到投入命令后，对系统电压进行过零判断，过零时发出继电器投入命令，切出结束；以此循环动作。
本实用新型电容器改变电容分组方式，由非等容分组改为等容分组，延长了电容的使用寿命。
综上所述，本实用新型产品具有以下优点：
1、改变原有不合理的电容投切方式，由先投后切改为先投先切，改变电容分组方式，由非等容分组改为等容分组，延长了电容的使用寿命。采用机械式磁保持继电器实现电压过零投入，电流过零切除，使得无投切涌流，从而减轻对设备的电压冲击和电流冲击，极大地提高电容器的使用寿命。用脉冲控制电磁式继电器的投切，投切完成后，电磁式继电器控制端加载电压为零，此时继电器功耗为零，实现“动作时低功耗，工作时无功耗”从而达到节能，降低成本的目的。
2、投切低压电力电容器采用机械式磁保持继电器开关，可以在开关触点二端交流电压为零时闭合触点，触点闭合时可以在通过其交流电流为零时断开触点，从而使投、切负载时无涌流。基于机械式式磁保持继电器的触点式“零投切”开关电器具有最好的性价比，特别是其机械寿命、电气寿命达到100万次投切的可靠性，磁保持继电器用脉冲实现投切控制，实现磁保持继电器无功耗工作，这是其它开关电器所不能及的。
3、电容器的各相电流取样采用以玻镆合金为芯的微型互感器，线性度高、频率特性好、相差小，保证电流、功率测量和电流型保护的准确与稳定。
4、将多个电容器以主从方式组成一个星形网络，其中一台电容器控制器为主机其他为从机.改变了传统的级联方式，通过主机根据功率因素等直接控制各个从机的投切状态，并进行记录.若从机出现故障自动退出，不影响其他从机工作；若主机出现故障，在从机中自动产生一主机继续工作，组成一个新的系统；容量相同的电容器按循环投切原则，容量不同的电容器按适补原则投切；RS485通讯接口，可以接入后台计算机，构成配电综合管理系统.
5、扩容方便：产品体积小，接线简单，随着电力用户无功负荷的增加，可以随时增加智能电力电容器的数量，改变了常规模式因接线复杂、产品体积大而安装一成不变的局限性，适应企业发展的需要，可以分期投资。
6、人机接口方便：采用中文显示液晶屏，可显示系统电压UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA，系统电流IA、IB、IC，系统功率P，Q、S，功率因数COS，频率F、电容器电流ICA、ICB、ICC等系统参数，装置告警类型，如过压、欠压、过流、过温、三相不平衡等以及电容器每相投退状态；同时智能式电容器还具备自诊断功能，可以在液晶屏上反应如网络通讯等故障，有利于现场故障查找。通过人机接口还可进行每相电容器的手动投切和各种参数的修改设定。
7、积木结构：产品标准化、模块化、智能化、集成化，创新的产品结构和功能设计取代了传统的控制器、空气开关、交流接触器、可控硅、热继电器、电容器，将其合为一个整体，组屏安装的时候采用积木堆积方式，电容器损坏时只需单体简单快速更换。
8、绿色环保：电容器本体采用干式自愈式电容器，无泄漏、整体阻燃防暴、绿色环保，年衰减率小于1％。
附图说明
图1为本实用新型智能相控式低压电力电容器的结构示意图；
图2为本实用新型智能相控式低压电力电容器产品的结构框图；
图3a为本实用新型智能相控式低压电力电容器的电路原理图；
图3b为本实用新型智能相控式低压电力电容器的电路原理图；
图4为本实用新型智能相控式低压电力电容器的三相共补单台电容器的工作原理图。
图中标号说明
1-CPU控制板      2-电源板          3-保护断路器    4-电力电容器
5-DSP控制电路    6-磁保持继电器    7-模块电源、    8-电压互感器
9-电流互感器     10-电容接线孔
具体实施方式
下面结合附图1-图4进一步说明本实用新型是如何实现的。
实施例
如图1所示，本实用新型产品有四部分模块组成，除模块电力电容4可随容量大小不同体积变换外，CPU控制板1、模块电源板2和保护断路器3组成的控制电路其体积尺寸一定。本结构接线方便，集成度高，如有故障只需更改换相应模块，对其他模块无影响。
模块CPU控制板1，主要由CPU控制电路5和三个磁保持继电器6组成；模块电源板2由模块电源7、电压互感器8和电流互感器9组成；模块保护断路器3；模块电力电容器4上设有电容接线孔10。模块CPU控制板1和模块电源板2通过一组排针交换弱电模拟信号；三个磁保持继电器6则通过三个铜螺丝分别穿过相应的电流互感器9然后压入电容接线孔10内；另外，电源板2上的三条引线和三个磁保持继电器6的另一个输入分别接入相应的保护断路器3的输出端。
如图2所示，产品以DSP处理器为中心，由外接电流互感器、电压互感器、电流互感器、温度传感器、485通信接口、继电器、中文LCD显示、电力电容器零、投切开关等元部件组成。外接电流互感器、电压互感器、电流互感器、温度传感器分别采集的母线电流、电压、电容电流和电容器温度模拟量输入到DSP进行处理；中文LCD显示通过485通信接口和DSP进行参数交换；而继电器则有DSP输出口通过继电器控制电路进行过零投切电力电容器。
如图3a，3b所示，附图为本实用新型电路原理图。电源电路交流电380V经交流变压器T0分别输出5V、4V、18V交流电压，整流滤波后分别由U10、U1和U2稳压后输出，+5V、+3.3V和+12V直流电压；此电路为后面所有电路提供稳定可靠电源。
模拟采样电路中电压互感器T4、T5和T6分别采样UA、UB、UC电压，电流互感器TIA、TIB和TIC则分别采样电容工作电流，温度传感器IC和IM为电容器工作温度取样；模拟采样电路采集的模拟信号，经过模拟量输入电路处理直接输入到DSP控制电路。外置母线电流互感器采集的母线电流也通过模拟量输入电路PHA-0、PHB-0和PHC-0把信号输入到DSP控制电路。
CPU控制芯片采用Microchip最新技术的16位DSP芯片33F204，此片以其稳定的16位运算，内置13路模数转换器模块输入通道。和多个输出控制管脚等优点使的本装置高度智能化。DSP控制芯片通过对P25、P26、P27、P32、P33、P34、P19、P20、P21输入的模拟量通过内部AD转换成数字量，计算出有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等；并根据定值计算和模拟量采集通过输出口P36、P37、P38控制继电器控制电路进行电压过零时投入或者电流过零时切出。
光耦芯片U3、功放控制芯片U5、U6、U36组成继电器控制电路，根据DSP输出口P36、P37、P38变换进行三相继电器动作控制。
在组网控制或者定值设定时，则通过通讯芯片U485组成的485通讯电路实现主从机之间或者液晶和控制器间的数据交流。液晶设定定值则存储在EFROM电路的存储芯片U2中。
如图4所示，为三相共补单台电容器的工作原理图，其中UA，UC是母线电压测量和配电功率因素测量的电压取样，以及过压、欠压取样，每个智能电容器都内置三个电压互感器对母线三相电压UA，UB，UC进行测量。
IA，IC是母线三相电流的电流取样信号和功率因素测量的电流取样信号，母线三相电流测量采用外部电流互感器，一个智能电容器无功补偿网络系统共用一组外部电流互感器采母线电流信号。
ICA，ICC是微型CT电容器电流测量取样、电容器过流取样及电容器切时的过零点的取样，每个智能电容器都内置三个电流互感器对ICA，ICC进行测量。
另外智能电容器还有电压过零检测电路，DSP根据过零检测电路输出波形的上升沿或下降沿可以方便地控制电容器过零退出；在电容器内部有微型温度传感器，对电容器温度测量及保护取样。

Claims (9)

1.一种智能相控式低压电力电容器，包括CPU控制板(1)，电源板(2)，保护断路器(3)和电力电容器(4)，其特征在于：所述电源板(2)，CPU控制板(1)和电力电容器(4)、保护断路器(3)采用积木插拔方式连接在一起，所述CPU控制板(1)由DSP控制电路(5)和磁保持继电器(6)组成；电源板(2)由模块电源(7)、电压互感器(8)和电流互感器(9)组成；电力电容器(4)上设有电容接线孔(10)及温度传感器，CPU控制板(1)和电源板(2)通过一组排针交换弱电模拟信号；磁保持继电器(6)则通过螺丝分别穿过相应的电流互感器(9)然后压入电力电容器(4)上的电容接线孔(10)内；电源板(2)上的引线和磁保持继电器(6)的另一个输入分别接入相应的小型断路器(3)的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种智能相控式低压电力电容器，其特征在于：电力电容器(4)的体积随容量大小而变化。
3.根据权利要求1所述的一种智能相控式低压电力电容器，其特征在于：所述DSP控制电路(5)对模拟采样电路采集的数据加以处理分析，根据计算数据控制磁保持继电器(6)控制电路进行投切变换与否，并将动作数据存储在EFROM电路中。
4.根据权利要求3所述的一种智能相控式低压电力电容器，其特征在于：所述DSP控制电路(5)通过通讯电路与其他主从机或液晶进行通信。
5.根据权利要求1所述的的一种智能相控式低压电力电容器，其特征在于：所述DSP控制电路(5)设有CPU控制芯片，DSP芯片根据输入的模拟量数据通过AD转换成数字量，然后通过计算出系统中的各参数，根据设定的定值判断是否需要投入或退出操作。
6.根据权利要求1所述的的一种智能相控式低压电力电容器，其特征在于：所述电力电容器(4)的电容分组采取等容分组。
7.根据权利要求1所述的的一种智能相控式低压电力电容器，其特征在于：所述电力电容器(4)的各相电流取样采用以玻镆合金为芯的微型互感器。
8.根据权利要求1所述的的一种智能相控式低压电力电容器，其特征在于：所述电力电容器(4)是将多个电容器以主从方式组成一个星形网络，其中一台电容器为主机，其他电容器为从机。
9.根据权利要求1所述的的一种智能相控式低压电力电容器，其特征在于：电容器本体采用干式自愈式电容器。
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