CN203243049U - 无功补偿节能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无功补偿节能装置，与主回路相连，无功补偿节能装置包括电流互感器，电流互感器的一次侧连接主回路，电流互感器的二次侧连接采样电路，无功补偿节能装置还包括：综合测控仪，与采样电路连接；一体化智能电容器，一端与综合测控仪连接，另一端与主回路连接。本实用新型的无功补偿节能装置具有分析计算及实现本地显示和远传的功能。模块化结构，使得增容及维修方便，装置无故障瓶颈。采样周期短、控制物理量为无功功率和功率因数，实现共、分补混合控制。开关动作响应快，可频繁操作，微功耗，使用寿命长。具有过压、欠压、断相、短路、过流、过温度保护功能，可靠性高，故障自诊断并主动上报。

Description

无功补偿节能装置

技术领域

本实用新型涉及电气技术领域，尤其涉及一种无功补偿节能装置。

背景技术

低压无功补偿节能装置，尤其是应用于0.4kV电网的新型无功补偿设备，对于快速补偿无功，同时滤除谐波有着十分显著的作用，能够将谐波源的危害降到最低，可提高电能质量和充分利用系统容量。典型适用对象有以下几种：

（一）交直流传动电机和轧机

电网电压波动，功率因数降低，产生奇次谐波，使电网电压畸变。

（二）电焊机群

电焊机为单相负荷时，3次谐波电流大、波形畸变严重，三相电流极不平衡，电压闪变严重。

（三）智能建筑

商业大楼和高层住宅配电中，现代电力电子设备（可调速马达，空调，在线UPS，开关电源，彩电，激光打印机等）为非线性负荷，虽然负荷冲击性小，但所产生的谐波电流非常严重。

（四）电弧炉

电弧炉作为非线性及冲击负荷接入电网。导致电网严重三相不平衡，产生负序电流；产生高次谐波，普遍存在偶次谐波与奇次谐波共存的状况，使电压畸变更趋复杂化；存在严重的电压闪变；功率因数低。

（五）中频炉

中频炉在工作时所产生的奇次谐波电流严重。

现有的技术中，无功补偿装置由无功控制器、熔丝(或微断)、晶闸管复合开关(或接触器)、热继电器、指示灯、低压电力电容器多种分散器件组装而成。

目前无功补偿装置没有计算、显示和远传节电量的功能。不方便工作人员对无功补偿装置进行调试和使用状态的记录。

现有的无功补偿设备占用空间很大的问题，不方便工作人员在现场安装接线、进行维护方便和增加补偿电容器。

现有的无功补偿控制器故障则会造成整个补偿系统无法工作。

实用新型内容

为解决现有的低压无功补偿装体积大、维修不便且不可靠的技术问题，本实用新型提供一种无功补偿节能装置。

本实用新型提供了一种无功补偿节能装置，与主回路相连，所述无功补偿节能装置包括电流互感器，所述电流互感器的一次侧连接主回路，所述电流互感器的二次侧连接采样电路，所述无功补偿节能装置还包括：

综合测控仪，与所述采样电路连接；

一体化智能电容器，一端与所述综合测控仪连接，另一端与所述主回路连接。

具体来说，所述一体化智能电容器包括：

电容器；

用于过零投切的投切模块，与所述电容器连接，所述投切模块包括：

测控单元，与所述电容器相连；

为所述测控单元提供电压参数的电压采样单元，与所述测控单元连接；

投切开关，连接在所述电容器和所述电压采样单元之间，并与所述测控单元连接。

进一步地，所述一体化智能电容器还包括：

用于各相电流取样、电流测量和过电流及三相不平衡保护的取样电流互感器，与所述测控单元连接；

用于显示和设定电气参数的显示装置，与所述测控单元连接；

用于为所述一体化智能电容器提供电源开关及电源接入端子的微型断路器，与所述电压采样单元连接。

进一步地，所述无功补偿节能装置还包括：

通讯单元，与所述综合测控仪相连。

进一步地，所述电容器连接放电电阻，所述电容器内置连接用于监测电容器温度的温度传感器。

具体来说，所述投切开关包括晶闸管、大功率磁保持继电器、过零触发导通电路和晶闸管保护电路。

具体来说，所述测控单元外接一实现多台所述一体化智能电容器之间组网连接的网络接口。

具体来说，所述综合测控仪为数字式三相电力测控仪。

具体来说，所述电容器为加厚聚丙烯薄膜自愈式低压电容器。

本实用新型的有益效果是：1、无功补偿节能电量的分析计算方法及实现本地显示和远传的功能。2、综合应用多种技术（智能测控、电力电子、网络通讯、自动化控制及GPRS传输技术等）、采样周期短、控制物理量为无功功率和功率因数，实现共、分补混合控制功能，具有通讯接口，测控单元具有系统自检及谐波检测的功能。3、投切开关由晶闸管和大功率磁保持继电器、过零触发导通电路、晶闸管保护电路构成，真正实现电压过零投，电流过零切，开关动作响应速度快，可频繁操作，微功耗，容易实现共、分相补偿控制，故障率低、使用寿命长。4、具有过压、欠压、断相、短路、过流、开关故障、过谐波、过温度保护功能，可靠性高，故障自诊断并主动上报。5、智能型无功补偿节能装置为单元模块化结构，一体化智能电容器增容及维修方便，装置无故障瓶颈。

附图说明

图1表示本实用新型实施例中各部件的连接图；

图2表示本实用新型实施例中一体化智能电容器的组成连接图

其中图中：1-一体化智能电容器，2-变压器，3-电流互感器，4-采样电路，5-综合测控仪，6-通讯模块，101-采样电流互感器，102-显示屏，103-测控单元，104-网络接口，105-电容器，106-温度传感器，107-投切开关，108-电压采样单元，109-微型断路器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种无功补偿节能装置，与主回路相连，所述无功补偿节能装置包括电流互感器，所述电流互感器的一次侧连接主回路，所述电流互感器的二次侧连接采样电路，所述无功补偿节能装置还包括：综合测控仪，与所述采样电路连接；一体化智能电容器，一端与所述综合测控仪连接，另一端与所述主回路连接。

具体来说，本实用新型的无功补偿装置包括电流互感器，电流互感器的一次侧连接主回路，电流互感器对主回路中各相电流进行取样、电流测量和过电流及三相不平衡的保护。电流互感器的二次侧连接采样电路，采样电路直接从主回路中采集采样电压。本实用新型的无功补偿装置还包括综合测控仪和一体化智能电容器，综合测控仪与采样电路连接，通过采样电路得到的采样电压和采样电流，投切一体化智能电容器。一体化智能电容器另一端与主回路相连。本实用新型中的综合测控仪、一体化智能电容器组成一个独立完整的智能补偿系统，替代由无功控制器、熔丝(或微断)、晶闸管复合开关(或接触器)、热继电器、指示灯、低压电力电容器多种分散器件组装而成的自动无功补偿装置。智能型无功补偿节能装置具有补偿方式灵活(共补和分补可任意组合)、补偿效果好、装置体积小、功耗低、价格廉、安装维护方便、使用寿命长、保护功能强、可靠性高等特点，并真正做到过零投切，满足用户对无功补偿要切实达到提高功率因数、改善电压质量、节能降损的实际需求。

参照图1所示，本实用新型实施例中各部件的连接关系如下。

主回路中安装有变压器2，通过变压器2的作用，使得外部线路输入的电压，满足本实用新型无功补偿节能装置的需要。本实用新型无功补偿节能装置包括一电流互感器3，因为主回路电流较大不便测量，所以电流互感器3一次侧与主回路连接。采样电路4通过电流互感器3采集主回路各相电流；电流互感器3的二次侧与采样电路4连接，采样电路4可以从被测回路直接采集电压。本实用新型无功补偿节能装置还包括综合测控仪5和一体化智能电容器1。综合测控仪5与采样电路4连接，记录采样电路4的采样数据。综合测控仪5连接一体化智能电容器1的一端，并根据采样电路4提供的采样电流和采样电压投切一体化智能电容器1。一体化智能电容器1的另一端连接主回路。综合测控仪5外接通讯模块6，使得通讯和组网方式也非常灵活。

具体来说，综合测控仪5是微机型数字式三相电力测控仪，它将仪表、控制、RTU等功能集中到一个简便、经济的装置中，实现综合监测控制任务，它具备在线数据记录和自动投/切电容器组的功能，对于实现配网负荷合理分配、经济运行、分析不同条件下的电力系统运行状态都有重要作用。同时通讯和组网方式也非常灵活，借助RS-232C/RS-485通信接口与微机相连，也可以通过中继器组网方式组成一个规模更大、功能更强的电力监控系统。另外，还可借助于电话线、无线电、载波、微波和光纤等通道，实现更远距离的通信。实现遥测、遥信、遥控等三遥功能，利用通信功能还可以获得所有记录数据并进行参数整定和统计分析。

101-采样电流互感器，102-显示屏，103-测控单元，104-网络接口，105-电容器，106-温度传感器，107-投切开关，108-电压采样单元，109-微型断路器。

参照图2所示，一体化智能电容器包括：电容器105和用于过零投切的投切模块，投切模块与电容器105连接。投切模块包括：测控单元103，与电容器105相连；为测控单元提供电压参数的电压采样单元108，与测控单元103连接；投切开关107，连接在电容器105和电压采样单元108之间，并与测控单元103连接。

具体来说，电压采样单元108，为测控单元103投切控制提供电压参数，实现过压、欠压及缺相保护测量。

投切开关107，受控于测控单元103，实现电压过零导通和电流过零切断电容器及过压、欠压、缺相、短路、过流、过温、过谐波保护功能。投切开关107由晶闸管和大功率磁保持继电器、过零触发导通电路、晶闸管保护电路构成，真正实现电压过零投，电流过零切，开关动作响应速度快，可频繁操作，微功耗，容易实现共、分相补偿控制，故障率低、使用寿命长。

测控单元103，主要由采样芯片、DSP和嵌入式软件构成，完成测量、控制、保护、组网、故障诊断及信息输入输出等功能。

电容器105，采用加厚聚丙烯薄膜自愈式低压电容器。电容器105连接放电电阻。电容器105内置连接用于监测电容器温度的温度传感器106。电容器105内置温度传感器106，用于监测电容器105的温度，为温度保护提供判断依据。

一体化智能电容器还包括：采样电流互感器101，对各相电流取样，电流测量和过电流及三相不平衡的保护。电流互感器101与测控单元连接。

显示装置与测控单元103连接，显示装置包括一显示屏102，实现人机对话，显示电压、电流、有功、无功、功率因数、电容器工作状态等信息，设置定值参数。

微型断路器109，与电压采样单元108连接。作为一体化智能电容器的电源开关及电源接入端子，同时起短路和过流保护的作用。

测控单,103外接一实现多台所述一体化智能电容器之间组网连接的网络接口104。

通过测控单元和显示装置，本实用新型实施例中的智能型无功补偿节能装置精确计算的节电量，并能在本地显示和实现远传。综合应用多种技术（智能测控、电力电子、网络通讯、自动化控制及GPRS传输技术等）、采样周期短、控制物理量为无功功率和功率因数，实现共、分补混合控制功能，具有通讯接口，测控单元具有系统自检及谐波检测的功能。具有过压、欠压、断相、短路、过流、开关故障、过谐波、过温度保护功能，可靠性高，故障自诊断并主动上报。智能型无功补偿节能装置为单元模块化结构，一体化智能电容器增容及维修方便，装置无故障瓶颈。解决了传统无功补偿设备占用空间大的问题，并使得现场安装接线、维护方便，可以根据实际需要随时增加补偿电容器。

加装本实用新型的智能型无功补偿节能装置后的节电力Δ(ΔP)计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}\left(\mathrm{\ΔP}\right)=\frac{Q^2-Q^{\′2}}{U^2}\×R-Q_c\×\mathrm{tg\δ}$

式中：

Q—补偿前最大有功负荷时的无功，单位千乏（kvar）；

Q′—补偿校正后最大有功负荷时的无功，单位千乏（kvar）；

U—从补偿点至上级无功电源点所有串接的元器件电阻值的基准额定电压,单位千伏（kV）；

R—从补偿点至上级无功电源点所有串接的元器件归算至基准电压下的等效电阻值,单位欧姆（Ω）；

Q_c—并联无功补偿装置最大容量，单位千乏（kvar）；

tgδ—电容器的介质损耗角正切值，以出厂值为准。

加装本实用新型的智能型无功补偿节能装置后的节电量Δ(ΔE)计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}\left(\mathrm{\ΔE}\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\left(\mathrm{\Δ}{P}_i\right)\·T_i$

式中：

Δ(ΔP_i)—项目第i种工况下的节电力，单位千瓦（kW），具体计算公式可参考公式1；

Ti—项目第i种工况下的补偿装置运行时间，单位时（h）。

采用GPRS传输技术，将无功补偿系统的数据实时上传，减少人工巡察成本，提高工作效率。

避免了传统无功补偿系统中控制器故障则整个补偿系统无法工作的情况，因一体化智能电容器自身也具有控制和保护的功能，若主控制器故障后，则电容器自身的控制单元会自动竞争产生一台智能电容器来完成补偿系统的正常工作。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无功补偿节能装置，与主回路相连，所述无功补偿节能装置包括电流互感器，所述电流互感器的一次侧连接主回路，所述电流互感器的二次侧连接采样电路，其特征在于，所述无功补偿节能装置还包括：

综合测控仪，与所述采样电路连接；

一体化智能电容器，一端与所述综合测控仪连接，另一端与所述主回路连接。

2.如权利要求1所述的无功补偿节能装置，其特征在于，所述一体化智能电容器包括：

电容器；

用于过零投切的投切模块，与所述电容器连接，所述投切模块包括：

测控单元，与所述电容器相连；

为所述测控单元提供电压参数的电压采样单元，与所述测控单元连接；

投切开关，连接在所述电容器和所述电压采样单元之间，并与所述测控单元连接。

3.如权利要求2所述的无功补偿节能装置，其特征在于，所述一体化智能电容器还包括：

用于各相电流取样、电流测量和过电流及三相不平衡保护的取样电流互感器，与所述测控单元连接；

用于显示和设定电气参数的显示装置，与所述测控单元连接；

用于为所述一体化智能电容器提供电源开关及电源接入端子的微型断路器，与所述电压采样单元连接。

4.如权利要求1所述的无功补偿节能装置，其特征在于，所述无功补偿节能装置还包括：

通讯单元，与所述综合测控仪相连。

5.如权利要求2所述的无功补偿节能装置，其特征在于，所述电容器连接放电电阻，所述电容器内置连接用于监测电容器温度的温度传感器。

6.如权利要求2所述的无功补偿节能装置，其特征在于，所述投切开关包括晶闸管、大功率磁保持继电器、过零触发导通电路和晶闸管保护电路。

7.如权利要求2所述的无功补偿节能装置，其特征在于，所述测控单元外接一实现多台所述一体化智能电容器之间组网连接的网络接口。

8.如权利要求1所述的无功补偿节能装置，其特征在于，所述综合测控仪为数字式三相电力测控仪。

9.如权利要求2所述的无功补偿节能装置，其特征在于，所述电容器为加厚聚丙烯薄膜自愈式低压电容器。

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