CN203574382U - 控制补偿电容器投切的智能控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种控制补偿电容器投切的智能控制电路，其结构包括磁保持继电器、电压采样电路、计算机控制电路、驱动电路和放电电路；磁保持继电器的触点串联连接在电容投切电路中，通过电压采样电路检测继电器触点两端的电压，根据检测的电力系统的电压情况，由计算机控制电路适时发出通断指令，使驱动电路驱动磁保持继电器动作，完成电容器的投切，从而有效消除或抑制了电容器投切过程中的浪涌电流，保护了电容器。本实用新型结构简单，成本低廉，运行可靠，在投切开关接通和断开瞬间无浪涌电流产生，并且对电力电容器三相容量的误差不敏感，对三相电源电压严重畸变及严重不平衡有极强的忍受能力。

Description

控制补偿电容器投切的智能控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种电力系统补偿装置的投切控制电路，具体地说是一种控制补偿电容器投切的智能控制电路。

背景技术

现有电力系统补偿装置一般使用电容接触器和可控硅复合开关进行电容器的投切，这两种投切开关都存在有一定的技术问题。电容接触器依靠串联有电阻丝的辅助触点在接通瞬间对电容器进行预充电，然后主触点再闭合。但由于不能控制主触点和辅助触点的相对动作时间和投切点，因此必然会产生浪涌电流，对电容器产生不利影响，缩短电容器的使用寿命，为此不得不在回路中串接电抗器，但这又会增加成本。可控硅复合开关采用可控硅与磁保持继电器触点并联连接的电路结构，在接通和断开的瞬间，可控硅发挥作用，在稳态时，则由磁保持继电器保持接通。这样的电路结构同样会增加成本，并且电路的可靠性降低。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种控制补偿电容器投切的智能控制电路，以解决现有投切开关成本高和可靠性低的问题。

本实用新型是这样实现的：一种控制补偿电容器投切的智能控制电路，包括有：

磁保持继电器，所述磁保持继电器中的一个触点串联连接在单相电容投切电路中；

电压采样电路，其检测输入端分别连接在单相电容投切电路中所串接的所述触点两端的线路上，其检测输出端接计算机控制电路，其接地端连接在单相电容投切电路的零线上；

计算机控制电路，其输入端接所述电压采样电路的输出端，其输出端接驱动电路，用以根据所述电压采样电路的检测结果，发出驱动所述磁保持继电器动作的指令；

驱动电路，与所述计算机控制电路相接，用以根据所述计算机控制电路发出的指令，驱动所述磁保持继电器动作，使连接在单相电容投切电路中的所述触点闭合或断开；以及

放电电路，由放电电阻构成，并联连接在投切的电容器两端，用以对电容器进行放电。

以上是针对单相电力系统中电容投切电路所使用的智能控制电路。

本实用新型还可这样实现：一种控制补偿电容器投切的智能控制电路，包括有：

三个磁保持继电器，每个所述磁保持继电器中的一个触点串联连接在三相电容投切电路中的一条相线上；

电压采样电路，其检测输入端分别连接在三相电容投切电路中所串接的每个的所述触点两端的线路上，其检测输出端接计算机控制电路，其接地端连接在三相电容投切电路的零线上；

计算机控制电路，其输入端接所述电压采样电路的输出端，其输出端接驱动电路，用以根据所述电压采样电路的检测结果，发出驱动所述磁保持继电器动作的指令；

驱动电路，与所述计算机控制电路相接，用以根据所述计算机控制电路发出的指令，分别驱动三个所述磁保持继电器动作，使连接在三相电容投切电路中的所述触点闭合或断开；以及

放电电路，由放电开关和放电电阻构成串联支路，所述串联支路有三条，每一条连接在三相电容投切电路中的零线与一条相线之间，用以对三相电容投切电路中投切的电容器进行放电。

以上是针对三相电力系统中电容投切电路所使用的智能控制电路。

电容性器件在通过开关接点接入电力系统时，在投切开关接点闭合瞬间所产生的浪涌电流，其大小与电容容量、线路阻抗以及投切开关触点两端的电位差有关。如果能够使投切开关在其触点两端的电位相等的时刻闭合接入，就不会产生浪涌电流了。在投切开关断开时，应保证在流过电容器的电流为零时断开。由于电容电流的相位超前电容电压的相位有90度角，所以在电容器两端的电压达到最大值时的电容电流为零，此刻即可断开投切开关。因此，投切开关断开的时刻选择，只需要检测电容器两端的电压变化即可。

接通和断开电容器的投切开关，最好使用有触点的磁保持继电器完成，由于磁保持继电器只在动作时才需要驱动数十毫秒，而稳态时不需要驱动，所以比较节能，因此选择磁保持继电器作为投切开关器件。

本实用新型通过电压采样电路检测接入电力系统的继电器触点两端的电压，根据检测的电力系统的电压情况，由计算机控制电路适时发出通断指令，使驱动电路驱动磁保持继电器动作，完成电容器的投切，从而有效消除或抑制了电容器投切过程中的浪涌电流，保护了电容器。本实用新型结构简单，成本低廉，运行可靠，在投切开关接通和断开瞬间无浪涌电流产生，并且对电力电容器三相容量的误差不敏感，对三相电源电压严重畸变及严重不平衡有极强的忍受能力。

附图说明

图1是用于单相电容器投切电路的本实用新型的电路结构框图。

图2是用于三相电容器投切电路的本实用新型的电路结构框图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，在AC220V的单相交流电力系统的电容投切电路中设置有补偿电容器C，在电容器C的两端并联有作为放电电路的放电电阻R，磁保持继电器的触点S串联连接在该电容投切电路中。电压检测电路的两个检测输入端分别连接在单相电容投切电路中的触点S两端的线路A、B点上，以A、B点作为电压检测点，电压检测电路的检测输出端接计算机控制电路，电压检测电路的接地端连接在单相电容投切电路的零线上，以零线N点为基准，采集电压信号。计算机控制电路的输出端接驱动电路，磁保持继电器设置在驱动电路中。

本实用新型在工作前应先测量继电器触点S的接通所需时间Ton和断开所需时间Toff。其方法是不连接电容器C，通过检测A点和B点电压来测量继电器触点S的接通时间和断开时间的长短。在继电器触点S呈断开状态时，先检测A点电压是否刚刚大于零，这时B点电压为零，驱动电路动作，使磁保持继电器的继电器线圈得电，触点S接通，并开始测量时间；然后检测B点电压，在其电压也大于零后停止计时。这样，所计时间段即为继电器触点S的接通所需时间Ton。将Ton输入计算机控制电路中保存，以备工作时使用。同理测量出继电器触点S的断开所需时间Toff，并输入计算机控制电路中保存。

在系统正常工作时，要将补偿电容器C接入。投入电容器时，不管B点相对于零线为正电位还是负电位，也即不管电容器C是否还储存有电荷，只要电压检测电路检测到A点和B点电压相等时即开始计算延时驱动接通磁保持继电器线圈的时间T1，其值为20ms减去Ton。在延时时间到达后，计算机控制电路向驱动电路发出指令，驱动磁保持继电器线圈将触点S接通，此时就不会产生浪涌电流。要将补偿电容器C与电源断开时，只要电压检测电路检测A点或B点电压达到最大值时，即开始计算延时断开继电器线圈的时间T2，其值为20ms减去Toff。当延时时间到达后，计算机控制电路向驱动电路发出指令，驱动磁保持继电器线圈断开触点S，电容器C中的电荷通过放电回路泄放。

本实用新型还具有检测继电器触点故障的功能，即在触点S闭合后，通过检测A点和B点的电压是否基本一致来判断继电器触点S是否可靠闭合。如果不一致，说明继电器触点不能可靠闭合，则继电器触点有故障；在触点S断开后，通过检测A点和B点的电位是否一致，即可判断继电器触点S是否可靠断开，如果检测的电位一致，说明继电器触点不能可靠断开，则继电器触点有故障。

为了减少继电器触点动作时间的离散性波动，同时也为了减少在继电器触点上产生的电弧，应提高继电器触点的动作速度。由于继电器线圈等效于一只电感L和一只电阻R′的串联回路，其回路时间常数为R/L，可见，通过在外部串联一只电阻以增大等效电阻R′的阻值，就可减小回路的时间常数，使继电器线圈在接通电源的瞬间，电流增加速度加快，其建立磁动势的速度也相应加快，继电器触点的动作速度就会加快，一般会小于8毫秒。为了保证继电器线圈的额定电流不变，在串联外部电阻后应适当提升供电电压。

实施例2：

如图2所示，在三相交流电力系统的电容投切电路中设置有三角形连接的三个补偿电容器C1、C2、C3，三个磁保持继电器各有一个触点S1、S2、S3分别串联连接在三相电容投切电路的A、B、C三相线路中。在三个继电器触点S1、S2、S3的两端分别设有电压检测点，A相线路为U1和U2点，B相线路为V1和V2点，C相线路为W1和W2点。三条线路六个检测点分别接线到电压检测电路的六个检测输入端，电压检测电路的检测输出端接计算机控制电路，电压检测电路的接地端连接在三相电容投切电路的零线N上，以零线N为基准点，采集各点的电压信号。计算机控制电路的输出端接驱动电路，三个磁保持继电器均设置在驱动电路中，由驱动电路驱动工作。

在三相交流电力系统的电容投切电路中还设置有放电电路。放电电路是由放电开关和放电电阻构成串联支路，所述串联支路有三条，三个放电电阻分别为R1、R2、R3，每一条串联支路连接在三相电容投切电路中的零线N与其中一条相线之间，用以在每次三相投切电容断开后，接通放电开关，将补偿电容器上的电荷加速放掉。放电开关选择具有双向导通能力的光隔器件。

系统工作前，应先测量每一相继电器触点接通时间Tonx和断开时间Toffx（其中，x为相序号a、b、c，下同）。由于是三相系统，可以连接上电容器。其测量方法是，通过检测U1、V1、W1点和U2、V2、W2点电压来测量三个继电器触点S1、S2、S3所需的接通时间和断开时间。比如以A相为例，在继电器触点S1断开时，先检测U1点电压是否刚刚大于零，这时U2点电压为零，驱动A相磁保持继电器，使继电器线圈得电，触点S1闭合，并开始测量时间，然后检测U2点电压，在其电压也大于零后停止计时，所计时间段即为A相线路的继电器触点S1的接通时间Tona。将Tona存储的计算机控制电路中，以备工作时使用。新系统只测量一次即可。依同理也可测量出A相线路的继电器触点S1的断开时间Toffa。重复以上步骤，即可分别测量出B相和C相继电器触点S2、S3的时间参数Tonb、Toffb、Tonc、Toffc，测量数据均保存到计算机控制电路中。

在系统进入正常工作时，不管三相相序是否为正还是为负，在接到投入补偿电容器的指令后，第一步，计算机控制电路先通过电压采样电路测量U1点和U2点的电压，在两点电压相等时，开始计算延时驱动接通继电器线圈的时间T1，其值为20ms减去Tona。延时时间到后，驱动电路动作，继电器线圈得电，继电器触点S1闭合，由于此时A相继电器触点S1两端的电压相等，所以不会产生浪涌电流。在此过程中，即便是A相电压的波形发生畸变，也会得到同样的结果，而不会出现控制误差。第二步，计算机控制电路通过电压采样电路测量V1点和V2点的电压，在两点电压相等时，开始计算延时驱动接通继电器线圈的时间T2，其值为20ms减去Tonb。延时时间到后，驱动电路动作，继电器线圈得电，继电器触点S2闭合，由于此时B相继电器触点S2两端电压相等，所以不会产生浪涌电流。并且，即便是A，B相电压相对零线N是不相等的，或者A、B两相的电压波形发生畸变，也会得到同样的结果，而不会出现控制误差。第三步，计算机控制电路通过电压采样电路测量W1点和W2点的电压，在两点电压相等时，开始计算延时驱动接通继电器线圈的时间T3，其值为20ms减去Tonc。延时时间到后，驱动电路动作，继电器线圈得电，继电器触点S3闭合，由于此时C相继电器触点S3两端电压相等，所以也不会产生浪涌电流。并且，即便是A，B，C三相电压不相等的或者A、B、C三相的电压波形发生畸变，甚至是电容器C2、C3的容量有偏差，也会得到同样的结果，而不会出现控制误差。在这个完整的控制过程，也可以先接通C相的继电器触点S3，再接通B相的继电器触点S2，最后接通C相的继电器触点S3，其效果等同。

在接到将补偿电容器断开的命令后，以先断开C相继电器触点S3为例，计算机控制电路通过电压采样电路开始检测U2、V2、W2点的电压最大值，计算公式为：W2- (U1 + U2)/ 2。在此假设电容器C2、C3的容量相等。达到电压最大值时，开始计算延时断开继电器线圈的时间T3′，其值为20ms减去Toffc。延时时间到后，驱动电路动作，继电器线圈断电，继电器触点S3断开。然后计算机控制电路通过电压采样电路开始测量U2、V2点的电压最大值。达到电压最大值时，开始计算延时断开继电器线圈的时间T2′，其值为20ms减去Toffb。延时时间到后，，驱动电路动作，继电器线圈断电，继电器触点S2断开。最后依同理断开继电器触点S1。随后接通放电开关，对电容器C1、C2、C3进行放电。可见，这样的方法可以补偿因为A、B、C三相电压不相等所造成的控制误差，也可补偿电压波形畸变造成的控制误差。

在所有继电器触点都断开且放电结束后，通过检测U1点和U2点的电压是否一致，即可判断继电器触点S1是否可靠断开，如果一致，则触点S1有故障。触点S2、S3的检测及故障判断同理。

在这个完整的切断控制过程中，也可以先断开B相或A相的继电器触点，其效果等同。

为了减少继电器触点动作时间的离散性波动，同时也为了减少触点上电弧的产生，应提高继电器触点的动作速度，并且，为了保证线圈额定电流不变，在串联外部电阻后应适当提升供电电压。

本实用新型中的电压采样电路可有多种方案，如采用分压电路测压，再通过A/D转换电路进行模数转换的方式，向计算机控制电路输入电压检测的数字信号。

Claims (2)

1.一种控制补偿电容器投切的智能控制电路，其特征是，包括有：

磁保持继电器，所述磁保持继电器中的一个触点串联连接在单相电容投切电路中；

电压采样电路，其检测输入端分别连接在单相电容投切电路中所串接的所述触点两端的线路上，其检测输出端接计算机控制电路，其接地端连接在单相电容投切电路的零线上；

计算机控制电路，其输入端接所述电压采样电路的输出端，其输出端接驱动电路，用以根据所述电压采样电路的检测结果，发出驱动所述磁保持继电器动作的指令；

驱动电路，与所述计算机控制电路相接，用以根据所述计算机控制电路发出的指令，驱动所述磁保持继电器动作，使连接在单相电容投切电路中的所述触点闭合或断开；以及

放电电路，由放电电阻构成，并联连接在投切的电容器两端，用以对电容器进行放电。

2.一种控制补偿电容器投切的智能控制电路，其特征是，包括有：

三个磁保持继电器，每个所述磁保持继电器中的一个触点串联连接在三相电容投切电路中的一条相线上；

电压采样电路，其检测输入端分别连接在三相电容投切电路中所串接的每个的所述触点两端的线路上，其检测输出端接计算机控制电路，其接地端连接在三相电容投切电路的零线上；

计算机控制电路，其输入端接所述电压采样电路的输出端，其输出端接驱动电路，用以根据所述电压采样电路的检测结果，发出驱动所述磁保持继电器动作的指令；

驱动电路，与所述计算机控制电路相接，用以根据所述计算机控制电路发出的指令，分别驱动三个所述磁保持继电器动作，使连接在三相电容投切电路中的所述触点闭合或断开；以及

放电电路，由放电开关和放电电阻构成串联支路，所述串联支路有三条，每一条连接在三相电容投切电路中的零线与一条相线之间，用以对三相电容投切电路中投切的电容器进行放电。

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