CN201509085U - 一种快速投切低压智能无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速投切低压智能无功补偿装置。该智能无功补偿装置包括电流互感器、漏电断路器、控制器、晶闸管过零触发单元、共补模块和分补模块，其中共补模块和分补模块中包括晶闸管、阻容耦合电路、电抗器和补偿电容；电流互感器连接控制器，控制器连接晶闸管过零触发单元，晶闸管过零触发单元连接共补模块和分补模块中的晶闸管；共补模块和分补模块分别与漏电断路器连接。该智能无功补偿装置可以实现补偿电容的快速、平稳投入切除，投切速度10ms～20ms，因此特别适合需反复启动负载、功率因数随时变化的场合。对于三相不平衡的负载，该智能无功补偿装置还可以进行分相补偿。

Description

一种快速投切低压智能无功补偿装置

技术领域

本实用新型涉及一种无功补偿装置，尤其涉及一种利用晶闸管实现补偿电容快速智能投切的无功补偿装置，属于电力电子技术领域。

背景技术

电网在运行时，电源供给的无功功率是电能转换为其它形式能量的前提，它为电能的输送、转换创造了条件。由于用电设备中存在大量的阻感性负载，因此电网除了提供“有功功率”外，还必须提供一定比例的“无功功率”，才能使整个电网正常使用和运行。

在电力系统输送电能的过程中，无功功率不足，将使系统中输送的总电流增加、使变压器的出力减少、供电线路及系统设备有功功率损耗增大、线路末端电压下降；而对于电力用户来说，过多地从电网中吸取无功，不仅使电网电能质量下降，也影响自身的用电和生产。因此，为了减少无功的损失和避免其在电网中的不当流动，必须进行无功补偿。

据统计，10kV以下电压等级的网损约占整个电网损耗的50％以上，其中又以配电变压器和用户感性负荷所消耗的无功损耗为重点，所以，将无功补偿的重点放在380V电压等级的配电变压器和低压用户处是行之有效的降损节能措施。

典型的低压无功补偿装置主要由控制器、智能投切开关、低压电容器等元器件组成。目前，市场上已经有多种低压无功补偿装置在销售。但是，传统的低压无功补偿装置大多存在响应速度慢。投切涌流大等缺陷，不能充分满足广大用户对电能质量的要求。例如在地铁、中频冶炼、电焊、点焊、电镀、电解、轧钢等应用环境中，由于负荷变化极为快速，并且随时需要大量的无功功率提供补偿，现有的低压无功补偿装置往往不能及时作出必要的响应，导致在上述应用环境中经常产生较大的电压波动、电压闪变，致使电能质量下降，进而影响设备本身的正常运行。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种快速投切低压智能无功补偿装置(简称为智能无功补偿装置)。该智能无功补偿装置采用晶闸管投切(TSC)的技术手段，能够实现补偿电容的快速投切。

为实现上述的目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种快速投切低压智能无功补偿装置，包括并联在电网上的电流互感器和漏电断路器，其特征在于：

所述快速投切低压智能无功补偿装置还包括控制器、晶闸管过零触发单元、共补模块和分补模块，所述共补模块和所述分补模块中包括晶闸管、阻容耦合电路、电抗器和电容，所述晶闸管与所述阻容耦合电路并联；

所述电流互感器连接所述控制器，所述控制器连接所述晶闸管过零触发单元，所述晶闸管过零触发单元连接所述共补模块和所述分补模块中的晶闸管；

所述共补模块和所述分补模块分别与所述漏电断路器连接。

其中，所述控制器由液晶显示单元、键盘控制和指示灯单元、通信单元、E²PROM及实时时钟、继电器报警单元、电流转换单元、微处理器、串行输出电路、开关电源单元、电压转换单元组成，其中，所述电流转换单元与所述电流互感器连接，所述微处理器分别与液晶显示单元、键盘控制和指示灯单元、通信单元、E²PROM及实时时钟、串行输出电路和电压转换单元进行连接。

所述串行输出电路一方面连接所述继电器报警单元，另一方面连接所述晶闸管过零触发单元。

所述共补模块中，三相电抗器分别连接在三角形连接的三相自愈式电容的三相引出端，在三相引出端的其中两相上串联有熔断器和所述晶闸管。

所述分补模块中，分相补偿电容采用三角形连接方式，每两相上设有两相自愈式电容与所述晶闸管和两相电抗器串联。

所述快速投切低压智能无功补偿装置封装在GDD型柜体内。

本智能无功补偿装置使用无触点开关，响应速度快，利用过零投切技术实现电容投入切除不产生涌流及过电压，可延长电容器、可控硅模块的使用寿命。在补偿电容回路中串入大功率的电抗器，可以抑制涌流和谐波，防止电路产生谐振，使晶闸管稳定可靠地进行投切。电容采用三角形连接，实现了最高性价比的三相平衡和不平衡的电容补偿。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型所提供的智能无功补偿装置的电路原理图；

图2为本智能无功补偿装置中的控制器的操作面板示意图。

具体实施方式

本实用新型所提供的智能无功补偿装置由电流互感器1、液晶显示单元2、键盘控制和指示灯单元3、通信单元4、E²PROM及实时时钟5、继电器报警单元6、电流转换单元7、微处理器8、串行输出电路9、开关电源单元10、电压转换单元11、晶闸管过零触发单元12、漏电断路器13、熔断器14、晶闸管15、三相电抗器16、三相自愈式电容17、阻容耦合电路18、两相自愈式电容19、两相电抗器20、温度控制器21、散热风扇22、金属氧化避雷器23组成。其中，由液晶显示单元2、键盘控制和指示灯单元3、通信单元4、E2PROM及实时时钟5、继电器报警单元6、电流转换单元7、微处理器8、串行输出电路9、开关电源单元10、电压转换单元11组成控制器24。图2显示了该控制器24所使用的操作面板。

如图1所示，电流互感器1直接并联在380V的厂级交流电网上，用于将电网中的大电流变为0～5A的电流信号。电流转换单元7与该电流互感器1连接，用于将0～5A的电流信号转换为微处理器8能够直接处理的数字信号。微处理器8是本智能无功补偿装置的控制核心。它使用带浮点运算的高性能单片机，如C8051F12x系列单片机等。该微处理器8一方面分别与液晶显示单元2、键盘控制和指示灯单元3、通信单元4、E2PROM及实时时钟5进行连接，另一方面也分别连接串行输出电路9和电压转换单元11。电压转换单元11的一端连接在漏电断路器13的输出端，另一端直接连接微处理器8，以便将电压信号转换为微处理器8能够直接处理的数字信号。漏电断路器13也直接并联在上述的厂级交流电网上，温度控制器21、散热风扇22、金属氧化避雷器23、共补模块25和分补模块26分别与该漏电断路器13的输出端进行连接。另外，开关电源单元10也连接在该漏电断路器13的输出端上。串行输出电路9一方面连接继电器报警单元6，另一方面连接晶闸管过零触发单元12。

上述的共补模块25用于整体控制功率因数，分补模块26用于平衡和精确补偿。如图1所示，共补模块25包括两组补偿电容及其附属电路。每一组补偿电容及其附属电路由熔断器14、晶闸管15、三相电抗器16、三相自愈式电容17、阻容耦合电路18组成。其中三相电抗器16共有三个，分别连接在三角形连接的三相自愈式电容17的三相引出端。在A相和B相的引出端上还串联有熔断器14和晶闸管15。该晶闸管15上并联有阻容耦合电路18。该阻容耦合电路18可以对晶闸管15进行有效保护，延长晶闸管的使用寿命。晶闸管过零触发单元12分别与每个晶闸管15连接，以便直接控制该晶闸管15的通断。在实践中，上述共补模块24可以根据需要扩展为包括三组补偿电容。分补模块26包括两组分相补偿电容及其附属电路。在每一组分相补偿电容及其附属电路中，每一组补偿电容及其附属电路由熔断器14、晶闸管15、两相电抗器20、两相自愈式电容19、阻容耦合电路18组成。分相补偿电容也采用三角形连接方式，晶闸管15、两相电抗器20、两相自愈式电容19串接在电路的每两相上，该晶闸管15上并联有阻容耦合电路18，在三相引出端分别安装有熔断器14。在实践中，上述分补模块26也可以根据需要扩展为包括三组分相补偿电容。

控制器23以微处理器8为基础，在每一个周期都对电网进行分析，根据检测到的无功功率以及功率因数输出控制信号，控制投切电容的开关，以提高电网功率因数，降低线路损耗，改善电能质量，消除无功匮乏给整个电网带来的负面影响。所采用的无功补偿方式包括三相共补和两相分补，可以对三相无功不对称的情况进行合理补偿。例如当三相功率因数均为正(感性负载)，且某相功率因数小于投入门限时，控制器将重新根据检测的每相无功功率投入电容；当某相功率因数大于切除门限时，控制器将重新根据检测的每相的无功功率切除电容。当每相无功功率都大于共补电容容量1/3时，共补电容将被投入，当三相中任何一相的无功功率小于共补电容容量的1/3时，共补电容将被切除。当三相无功功率不平衡时，分相补偿用来补偿无功功率较大的两相，提高补偿效力。同时控制器能将三个分相补偿电容可以组成一组共补电容使用。

由于使用带浮点运算的高性能单片机和晶闸管快速投切电路，本智能无功补偿装置可以实现补偿电容的快速、平稳投入切除，投切速度10ms～20ms，因此特别适合需反复启动负载、功率因数随时变化的场合，如400V低压配电网使用电焊机、切割机的工厂等，也可广泛用于户外台式变压器、室内配电室、箱式变电站以及冶金、机械、矿山、铁路、化工等企业或低压用户进行自动跟踪补偿、配电监测和谐波检测。

为了满足电厂、变电站、工矿企业等用户的需要，本智能无功补偿装置可以采用GDD型柜体进行封装，柜体的大小根据需要定制。为了充分考虑散热和防护电磁干扰的需要，控制器24设置在柜体的最上方，自愈电容和电感则放置在柜体的下部。在柜体上开有通风口，通风口上安装有散热风扇22，散热风扇由温度控制器21进行控制。

上面对本快速投切低压智能无功补偿装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (6)

1.一种快速投切低压智能无功补偿装置，包括并联在电网上的电流互感器和漏电断路器，其特征在于：

所述快速投切低压智能无功补偿装置还包括控制器、晶闸管过零触发单元、共补模块和分补模块，所述共补模块和所述分补模块中包括晶闸管、阻容耦合电路、电抗器和电容，所述晶闸管与所述阻容耦合电路并联；

所述电流互感器连接所述控制器，所述控制器连接所述晶闸管过零触发单元，所述晶闸管过零触发单元连接所述共补模块和所述分补模块中的晶闸管；

所述共补模块和所述分补模块分别与所述漏电断路器连接。

2.如权利要求1所述的快速投切低压智能无功补偿装置，其特征在于：

所述控制器由液晶显示单元、键盘控制和指示灯单元、通信单元、E²PROM及实时时钟、继电器报警单元、电流转换单元、微处理器、串行输出电路、开关电源单元、电压转换单元组成，其中，所述电流转换单元与所述电流互感器连接，所述微处理器分别与液晶显示单元、键盘控制和指示灯单元、通信单元、E²PROM及实时时钟、串行输出电路和电压转换单元进行连接。

3.如权利要求2所述的快速投切低压智能无功补偿装置，其特征在于：

所述串行输出电路一方面连接所述继电器报警单元，另一方面连接所述晶闸管过零触发单元。

4.如权利要求1所述的快速投切低压智能无功补偿装置，其特征在于：

所述共补模块中，三相电抗器分别连接在三角形连接的三相自愈式电容的三相引出端，在三相引出端的其中两相上串联有熔断器和所述晶闸管。

5.如权利要求1所述的快速投切低压智能无功补偿装置，其特征在于：

所述分补模块中，分相补偿电容采用三角形连接方式，每两相上设有两相自愈式电容与所述晶闸管和两相电抗器串联。

6.如权利要求1所述的快速投切低压智能无功补偿装置，其特征在于：

所述快速投切低压智能无功补偿装置封装在GDD型柜体内。

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