CN204481480U - 一种抑制谐波型智能电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种抑制谐波型智能电容器，零投切开关电器连接快速断路器和智能控制组件，电流互感器连接零投切开关电器和智能控制组件，干式串联电抗器连接智能控制组件和电流互感器，电容器连接智能控制组件和干式串联电抗器，人机交互界面模块连接智能控制组件，联机插件、状态指示灯连接智能控制组件。因此本实用新型是一种无源滤波及无功功率补偿控制的组合电气装置，以低压电力电容器，低压电抗器为主体，与控制、测量、通讯联机、信号等电气有机集成形成组合电器性能优异、应用灵活，各种滤波式低压无功控制设备具有可调性、可维性好的优点。此外，本实用新型的结构简单，造价低，综合阻抗对被限制的谐波呈感性。

Description

一种抑制谐波型智能电容器

技术领域

本实用新型属于电气控制技术领域，尤其涉及一种抑制谐波型智能电容器。

背景技术

目前，电力电子设备的应用日趋普遍，电力电子装置在生产过程中是必不可少的，这些非线性用电设备所产生的谐波，它可以导致电能浪费、降低系统容量、加速设备老化、降低生产率、配电系统本身或连接在该系统上的其他设备发生故障，谐波治理任务也日益加重。为改善功率因数，电网中大量使用了由电容器构成的无功补偿装置，但电容器的投入会引起电网参数的变化，可能导致高次谐波电压和电流的放大，甚至产生谐振，危及电力系统的安全运行。

实用新型内容

本实用新型为解决解决在产生谐波的供电系统中，电容器的投入会引起电网参数的变化，可能导致高次谐波电压和电流的放大，甚至产生谐振，危及电力系统的安全运行的技术问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的抑制谐波型智能电容器。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本实用新型的抑制谐波型智能电容器，该抑制谐波型智能电容器包括：快速断路器、智能控制组件、零投切开关电器、电容器、电流互感器、湿度继电器、干式串联电抗器、温度传感器、人机交互界面模块、联机插件、状态指示灯；

零投切开关电器连接快速断路器和智能控制组件，电流互感器连接零投切开关电器和智能控制组件，干式串联电抗器连接智能控制组件和电流互感器，电容器连接智能控制组件和干式串联电抗器，人机交互界面模块连接智能控制组件，联机插件、状态指示灯连接智能控制组件。

本实用新型还可以采用如下技术措施：

在本实用新型中，智能控制组件通过湿度继电器连接干式串联电抗器。

进一步，智能控制组件通过温度传感器连接电容器。

进一步，采用高品质固态式低压电力的电容器。

进一步，采用回路中串接高品质的干式串联电抗器。

进一步，采用电磁式加晶闸管复合式的零投切开关电器。

进一步，人机交互界面模块面板上设置按键和背光式液晶显示器和双式指示灯，

进一步，状态指示灯显示红、绿、黄三色，分别表示投运、退运和自检故障三种状态。

本实用新型具有的优点和积极效果是：由于本实用新型由固态式电压电力电容器、干式串联电抗器、智能控制组件、零投切开关电器和电压、电流传感器组成，是一种无源滤波及无功功率补偿控制的组合电气装置，以低压电力电容器，低压电抗器为主体，与控制、测量、通讯联机、信号等电气有机集成在一起形成一种组合电器其性能优异、应用灵活，由此组成的各种滤波式低压无功控制设备具有可调性、可维性好等优点。

本实用新型抑制谐波型智能电容器是一种集低压无源滤波功能及低压电力电容器所具备的无功补偿功能为一体的组合电器其主要特点如下：

(1)采用高品质固态式低压电力电容器；

(2)回路中串接高品质干式电抗器；

(3)抗谐波能力强，使用于高谐波场合；

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器的分相式产品中的各项电抗器相互独立，安装固定时避免电磁互扰，电抗值和线性度相邻相的工作通电与否而变化，十分稳定；本实用新型采用电磁式加晶闸管复合式零头切开关电器，工作过程中无谐波产生，其零头切偏移度小、涌流小，耐电压、电流冲击能力强，可以再谐波严重的严酷电器环境中可靠运行；设置了电压、电流、温度等齐全的保护功能；本实用新型安装设计为挂装、坐装、半挂半坐装均可方式，在柜内固定安装方便，日后运行维护方便。

此外，本实用新型的结构简单，造价低，综合阻抗对被限制的谐波呈感性，从而避免了突发阻抗对高次谐波的放大现象，同时也能电容器合闸涌流有一定的限制作用。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的抑制谐波型智能电容器结构示意图；

图中：1、快速断路器；2、智能控制组件；3、零投切开关电器；4、电容器；5、电流互感器；6、湿度继电器；7、干式串联电抗器；8、温度传感器；9、人机交互界面模块；10、联机插件；11、状态指示灯；

图2是本实用新型实施例提供的电容串电抗器的等效电路示意图；

图3是本实用新型实施例提供的抑制谐波型电容器接线端原理示意图；

图中(a)三相式；(b)分相式；

图4是本实用新型实施例提供的三相式补偿电气原理接线示意图；

图5是本实用新型实施例提供的三相混合式补偿电气原理示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：本实用新型所用到的软件模块都属于已知模块，在购买硬件模块时，已经安装有软件。本实用新型不存在软件或方法的创新。

请参阅图1：

如图1所示，本实用新型实施例的抑制谐波型智能电容器主要包括：快速断路器1、智能控制组件2、零投切开关电器3、电容器4、电流互感器5、湿度继电器6、干式串联电抗器7、温度传感器8、人机交互界面模块9、联机插件10、状态指示灯11；

零投切开关电器3连接快速断路器1和智能控制组件2，电流互感器5连接零投切开关电器3和智能控制组件2，干式串联电抗器7连接智能控制组件2和电流互感器5，电容器4连接智能控制组件2和干式串联电抗器7，人机交互界面模块9连接智能控制组件2，联机插件10、状态指示灯11连接智能控制组件2；

智能控制组件2通过湿度继电器6连接干式串联电抗器7；

智能控制组件2通过温度传感器8连接电容器4。

在本实用新型中：

采用高品质固态式低压电力电容器4；

回路中串接高品质干式串联电抗器7；

采用电磁式加晶闸管复合式零投切开关电器3；

采用温度继电器6对干式串联电抗器7进行温度保护，采用温度传感器8嘴低压电力电容器进行温度分段和反时限保护，

人机交互界面模块9，面板上设置按键和背光式液晶显示器和双式指示灯，

状态指示灯11，可显示红、绿、黄三色，分别表示投运、退运和自检故障三种状态。

在本实用新型中：快速断路器1是总电源的输入端，用于实现总开关电流速切保护；

智能控制组件2，是模块化的载体；

零投切开关电器3，用于投退电容器4的开关及电容器4过压，欠压失压保护信号的取样；

电流互感器5，用于电容器4电流测量取样及电容器4的过流保护，缺相，三相不平衡保护取样；还有电容器4的湿度测样保护；

湿度继电器6和干式串联电抗器7，用于过滤信号检测，干式串联电抗器7是滤波器件；

低压电力的电容器4容性负载，用于补偿电线路中的感性负载；

人机交互界面模块9，用于实现人机的对话；

联机插件10，相互之间或与外设之间联机用；

状态指示灯11，实现外接电容器的投退状态指示。

本实用新型所涉及的抑制谐波型智能电容器主要应用于电网含有11次以下谐波场合的无功控制，能够可靠运行，不会产生谐波，对谐波无放大作用，并在一定程度上有吸收消除谐波的功能。其中串接7％电抗器的产品使用于主要谐波为5次的电气环境，串接13％电抗器的产品使用于主要谐波为3次的电气环境。

本实用新型的工作原理

1、所用电气原理简述

在电容器回路是串联电抗器是抑制高次谐波对并联电容器的危害U_n，等效原理图事下所示U_n为母线的N次谐波电压，E_n为N次谐波源电动势，X_C是电容器组的各相等效基波容抗，X_S为系统的基波电抗，X_L为电抗器的基波电抗，一般来说X_S《X_L，R_S为各相等值内阻。因此：

$I_n=E_n/\sqrt{R_s^2+{[n(X_S-X_L)-\frac{X_c}{n}]}^2}=E_n/\sqrt{R_S^2+{({\mathrm{nX}}_L-\frac{X_c}{n})}^2}$

$U_n=I_n({\mathrm{nX}}_L-\frac{X_c}{n})$

由上式可知，X_L越大，谐波电流I_n越小，同时为避免n次谐波发生串联振荡，应使即当即时，母线上n次谐波电压为零，因此取X_L略大于电容串电抗器的等效电路，如图2所示：

本实用新型是一种无源滤波器，优点是结构简单，造价低，缺点是较有源滤波性能略差，它的综合阻抗对被限制的谐波呈感性，从而避免了突发阻抗对高次谐波的放大现象，同时也能电容器合闸涌流有一定的限制作用。

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器的滤波特性有低压电力电容器(C)和与其串联的电抗器(L)决定，针对各次谐波，电抗器的感抗与电容器的容抗之间的比值不一样。

电抗器感抗值的数值若以抑制3次谐波考虑时，及j3wL-j/3wC>0,则wL>0.11/wC,电抗值应大于电抗的11％；若以抑制5次谐波考虑时，即j5wL-j/5wC>0,则wL>0.04/wC,点抗值应大于容抗的4％；若以抑制7次谐波考虑时，即j7wL-j/7wC>0,则wL>0.02wC，电抗值应大于容抗的2％。考虑到电容器组在运行中会有容量衰减(容抗值要增大)等因素，电抗器的电抗值应考虑一个可靠系数(一般取1.2～1.5)。因此，电抗率一般需要取2.75％左右，以抑制7次谐波；取6.5％左右，以抑制5次谐波；去13.25％左右，以抑制3次谐波。

2.型号与分类

2.1产品额定电压与电力电容器额定电压

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器为了能在各种场合下可靠运行，气额定电压与其工作电源额定电压略高，如0.4kV电源去0.45kV，0.22kV电源取0.25kV。TDS抑制谐波型智能电容器由于其中电抗的作用，低压电力电容器所受实际电压高于外电源电压，如下1式：

U_C＝(1+a)×U_d；

式中：U_C——低压电力电容器上所受电压，V；

U_d——加于串接电抗器、电容器上的外电源电压(即产品电源电压)，V；

α——电抗器感抗与电容器容抗的比值。

因此，本实用新型所述抑制谐波型智能电容器中低压电力电容器的额定电压高于高于产品的额定电压，如抑制5次谐波的产品电源额定电压0.4kV，产品额定电压0.45kV，而低压电力电容器的额定电压一般取0.480。产品中的低压电力电容器、产品和电源(电网)额定电压成如下关系：

低压电力电容器额定电压>产品额定电压>电源额定电压；

2.2产品的额定容量与低压电力电容器的额定容量

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器由于其中电抗器的作用，使产品的额定容量与低压电力电容器的额定容量不相同，二者的关系如下：

$Q_d=\frac{U_d^2{Q}_c}{(1-a)U_c^2};$

式中Q_d——产品的额定电容量，K_var；

U_d——产品的额定电压，V；

Q_c——低压电力电容器的额定容量，K_var；

U_c——低压电力电容器的额定电压，V；

α——电抗器感抗与电容器容抗的比值。

本实用新型所涉及抑制谐波型智能电容器常规产品的额定容量见下表1所示。

常规产品额定容量表1：

2.3电抗器的电抗率

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器考虑到滤波的可靠系数(1.2～1.5)，其电抗率(电抗器的感抗与电容器的容抗比)如下表2所示。

电抗率(电抗器感抗与电容器容抗的比值)表2：

谐波次数(次)	3	5	7
				比值(％)	12.5～14.0	6.0～7.0	2.5～3.0

3.主要特点

3.1电抗器的高线性度

电抗器是滤波器起滤波功能的关键部件，用于对谐波的消除。电网的谐波是由于电网负载的非线性而产生的，滤波器中的电抗器与电容器才串接后接于电网，也是一种电网负载，因此如果电抗器线性度差，呈现一定的非线性，不仅会降低其滤波性能，而且会产生新的谐波，成为一种新的谐波源，本实用新型所述抑制谐波型智能电容器中电抗器的线性度在从0到超载20％的范围内优于0.1％，因此在工作时无谐波产生。

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器的分相式产品中的各项电抗器相互独立，安装固定时避免电磁互扰，电抗值和线性度相邻相的工作通电与否而变化，十分稳定。

3.2电磁式零头切开关电器

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器中投切开关采用电磁式加晶闸管复合式零头切开关电器，工作过程中无谐波产生，其零头切偏移度小、涌流小，耐电压、电流冲击能力强，可以再谐波严重的严酷电器环境中可靠运行。

3.3保护功能齐全

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器一般工作的自然环境和电气环境均十分恶劣，为保证其能够长期可靠运行，除了采用高耐压、高耐温等高品质的元器件和进行高可靠设计、制造之外，同时设置了电压、电流、温度等齐全的保护功能：

(1)采用电压分段和反时限保护避免发生破坏力极大的谐振；

(2)采用电流互感器检测各项电流，实现各项电流分段和反时限保护，作为谐波的主保护和谐振的后备保护；

(3)采用温度继电器对电抗器进行温度保护，采用温度传感器嘴低压电力电容器进行温度分段和反时限保护，作为过电压和过谐波的后备保护。

3.4各项电流的监测

滤波器的各项工作电流是反映滤波器运行工况的重要参数，本实用新型所述抑制谐波型智能电容器具有各项电流的监测功能，可以了解滤波的工作状态和吸收(抑制)谐波情况。

3.5安装、维护方便

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器安装设计为挂装、坐装、半挂半坐装均可方式，在柜内固定安装方便，日后运行维护方便。

4.主要功能

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器用于电网无功控制，不仅低压电力电容器的投运对谐波放大作用教小，而且能够减小和抑制电网谐波和闪变，提高电网的电能质量。

4.1控制功能

(1)有三项控制、分相控制；

(2)投运、退运的“零投切”、“无涌流”控制；

(3)投运、退运的手动、远动控制，手动控制优先。

4.2测量功能

(1)配电电压测量、显示；

(2)电容器各项电流测量、显示；

(3)电容器体内温度测量、显示；

4.3信号功能

(1)投运、退运、故障状态指示灯信号；

(2)保护动作类型中文提示信号；

(3)自诊断故障类型编码提示信号。

4.4保护功能

(1)配电过电压、欠电压、失电压、三项不平衡电压分段、反时限保护；

(2)电流速切总保护；

(3)电源引入端过温度保护；

(4)各项过电流分段、反时限保护；

(5)电容器体内过温度分段、反时限保护；

(6)电抗器过温度保护。

4.5联机功能

(1)总线式(RS485)联机；

(2)无线路由式联机。

4.6人机对话功能

(1)背光式液晶显示中文、数字显示；

(2)三色发光二极管显示信号；

(3)拨键、按键方式手动操作。

5.主要技术指标

5.1环境条件

(1)环境温度：-25～45℃(-45～55℃)；

(2)相对湿度：40℃，20～90％；

(3)海拔高度：≤2000m。

5.2电源条件

(1)工作电压：电源额定电压±20％；

(2)工作频率：48.5～51.5Hz；

(3)功率消耗：<2.0W(退运时)。

5.3电气安全

电气间隙与爬电距离、绝缘强度、安全防护、短路强度、采样与控制电路防护均符合中华人民共和国标准GB/T22582—2008《电力电容器低压功率因数补偿装置》中对应条款要求。

5.4测量误差

(1)电压：≤0.5％(在80～120％额定电压范围内)；

(2)电流：≤1％(在5％～20％额定电流范围内)，≤5％(在20％～120％额定电流范围内)；

(3)温度：。

5.5保护误差

(1)电压：≤0.5％；

(2)电流：≤1.0％；

(3)温度：±1℃(电容器)，±5℃(电抗器)；

(4)时间：±0.01s。

5.6无功控制参数

(1)投切时隔：>10s；

(2)无功容量：≤40Kvar(三相)、30Kvar(分相)；

(3)联机≤32台(64台)。

5.7零头切开关参数

(1)：偏移度：≤2.5°；

(2)：涌流：≤2.5倍额定电流；

(3)：耐电压冲击：≥AC3500V(DC5000V)；

(4)：耐电流冲击：≥100倍额定电流。

5.8可靠性参数

(1)控制准确率：100％；

(2)投切允许次数：100万次；

(3)电容器容量运行时间衰减率：≤1％/年；

(4)电容器容量投切衰减率：0.1％/万次；

(5)年故障率：≤0.1％。

5.9机械参数

(1)本实用新型所涉及抑制谐波型智能电容器内有电抗器，因此体积和重量较大，分两种型号其L型抑制谐波型智能电容器和H型抑制谐波型智能电容器。

6.电气符号与接线端子

6.1文字符号

根据中华人民共和国国家标准GB7159-87《电气技术中的文字符号制定通则》确定本实用新型所述抑制谐波型智能电容器的文字符号为“GA(GL)”，CA表明电容型组合电器，GL表示抑制谐波型智能电容器这种低压电力电容组合器，其中三相式为GL(GLS)、分相式为CA(GLF)。

6.2图形符号

根据中华人民共和国国家标准GB/T4728.1-1985《电气图用图形符号总则》和GB/T4728.2-1998《电气简图用图形符号》确定本实用新型撰述抑制谐波型智能电容器的图形符号。

该符号非常简洁的反映了产品的主要特点，有利于低压电力无功控制设备制造企业产品中电容型组合电器的选型；

6.3接线端子在产品上的位置

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器接线端子分电源端子、接地端子和二次端子三种。电源接入端子即是空气开关的接入端子，在产品上部，面板上有相序指示和紧固导线用的工具孔。接地端子在产品上部固定安装角铁板上，有指示标记。二次端子有联机通信(RS485)线端子和反映投、退运状态的外接指示灯线端子，位于产品上部的控制器盒上，使用拔插式的凤凰端子，有指示标记。

本实用新型的具体实施例：

1电气接线

U_a、U_b、U_c(三项控制式)或U_a、U_b、U_c、U_n(分相式控制)——分别接电源母线，根据容量大小选用线径足够的导线，一般采用多芯铜线。

HL_a、HL_b(三相式)、HL_a、HL_b、HL_c(分相式)——外接指示灯的一端，指示灯的另一端并联，三相式产品应接U_b，分相式产品应接U_n。

A、B——RS485通信接点，所有产品的RS485采用广西睿奕研制的无极性485通讯芯片RY485D的A、B端与控制器的RY485D的并联，A、B端(不用按常规检察A、B端是否接错)。

2人机联系

人机联系使用产品面板上的按键和背光式液晶显示器和双式指示灯，如下图。

指示灯可显示红、绿、黄三色，分别表示投运、退运和自检故障三种状态。液晶显示内容如下表所示。

3应用

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器一般与其相配的控制器结合，在电器柜内组装使用，在GGD柜中应用一般可以安装6台(分两层、每层3台)，GGD柜正面上方嵌入以台控制器，每台抑制谐波型智能电容器的投退电容指示灯都接至GGD面板上以供专业人员检察。

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器运行时，其中的电抗器有很大的热量产生，因此在组柜使用时要充分考虑热量的发散问题，是柜内温升不能过高，否则严重影响产品的使用。

4.应用设计

4.1通用机柜内台数与容量配置

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器产品一般采用在电气柜内安装使用方式，根据产品固定安装孔尺寸，在电器柜内配置相应的支架和固定孔，然后使用紧固件将产品自爱电气柜内采用合适方式安装。高度2200mm电器柜可安装上下两层，深度600mm电器柜前后方向装1台，深度800～1000mm电气柜前后方向背靠背装2台，并装台数则由电器柜的宽度和产品宽度决定。在通用GGD机柜内产品(电抗率7％)台数与容量最大配置如表3所示。

表3：

产品内有电抗器，工作时发热量较大，因此电气柜内不能过于拥挤，并安装有排气量大的通风电扇。

4.2电气原理图

本实用新型所述抑制谐波型智能电容器如与IKMA低压无功综合测控仪配套使用，由于后者功能齐全，将会是由此组成的滤波式低压无功控制设备结构为简洁，带来诸多好处，其电气原理如图3所示。

如果仅需要三项控制方式或者分相控制方式，则可把图中左边分相控制部分删除或者把图中右边三项控制控制删除。

4.3电气接线图

图4和图5是本实用新型所述抑制谐波型智能电容器与TDS低压无功综合测控装置配合使用的电气接线图。

本实用新型采用高品质固态式低压电力电容器；回路中串接高品质干式电抗器；抗谐波能力强，使用于高谐波场合。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种抑制谐波型智能电容器，其特征在于，该抑制谐波型智能电容器包括：快速断路器、智能控制组件、零投切开关电器、电容器、电流互感器、湿度继电器、干式串联电抗器、温度传感器、人机交互界面模块、联机插件、状态指示灯；

零投切开关电器连接快速断路器和智能控制组件，电流互感器连接零投切开关电器和智能控制组件，干式串联电抗器连接智能控制组件和电流互感器，电容器连接智能控制组件和干式串联电抗器，人机交互界面模块连接智能控制组件，联机插件、状态指示灯连接智能控制组件。

2.如权利要求1所述的抑制谐波型智能电容器，其特征在于，智能控制组件通过湿度继电器连接干式串联电抗器。

3.如权利要求1所述的抑制谐波型智能电容器，其特征在于，智能控制组件通过温度传感器连接电容器。

4.如权利要求1所述的抑制谐波型智能电容器，其特征在于，采用固态式低压电力的电容器。

5.如权利要求1所述的抑制谐波型智能电容器，其特征在于，采用回路中串接的干式串联电抗器。

6.如权利要求1所述的抑制谐波型智能电容器，其特征在于，采用电磁式加晶闸管复合式的零投切开关电器。

7.如权利要求1所述的抑制谐波型智能电容器，其特征在于，人机交互界面模块面板上设置按键和背光式液晶显示器和双式指示灯。

8.如权利要求1所述的抑制谐波型智能电容器，其特征在于，状态指示灯显示红、绿、黄三色，分别表示投运、退运和自检故障三种状态。