CN205565727U - 一种柱上农网低电压综合提升装置 - Google Patents

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方四安
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Abstract

本实用新型涉及一种柱上农网低电压综合提升装置，串联安装于农网输电线路上，包括采样控制模块、电压补偿模块、无功补偿模块和保护系统；所述电压补偿模块用于提升装置的输出电压；所述无功补偿模块用于实时的根据系统的功率因素补偿系统中的感性无功功率，提高功率因素；所述采样控制模块用于自动采集安装处的电压、电流信号，并控制装置的电压、功率因素调节；所述保护系统用于在法身故障时，给予装置反应时间并发出报警信号。装置安装在台区电线杆柱上，其控制器从采样单元获取实时电压数据，由控制器控制变压器各档位接触器的投切，实现电压提升，确保装置出线端电压稳定在190V～240V之间，实现稳压；晶闸管投切电容器实现无功补偿。

Description

一种柱上农网低电压综合提升装置
技术领域
本发明涉及电力及自动化技术领域，更具体的说，是涉及一种柱上农网低电压综合提升装置。
背景技术
目前，在农网低压单相220V系统中，因修建时考虑不周及发展过快，存在部分台区供电线路线径小，供电半径大等问题，导致当地居民在用电负荷高峰时线路损耗大、线路压降大，而末端电压低于电器可用最低电压，严重影响农村居民生产和生活,也影响我国新农村建设。
现阶段，针对农网台区电压过低问题，通过大面积更换或增加变压器和线缆线径的方式投资规模大、周期长，操作实施困难；通过电容补偿、有载调压等方式补偿能力有限、效果不明显、存在安全隐患等弊端，无法快速有效地解决目前农网普遍存在的低电压问题。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种柱上农网低电压综合提升装置，通过直流接触器控制低功耗特殊变压器的档位快速实现电压有效调节，辅助地通过晶闸管投切电容器控制技术等实现功率因数优化，从而在实际应用中系统解决农网低电压形成的综合问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种柱上农网低电压综合提升装置，串联安装于农网输电线路上，包括采样控制模块、电压补偿模块、无功补偿模块和保护系统；
所述电压补偿模块用于提升装置的输出电压；
所述无功补偿模块用于实时的根据系统的功率因素补偿系统中的感性无功功率，提高功率因素；
所述采样控制模块用于自动采集安装处的电压、电流信号，并控制装置的电压、功率因素调节；
所述保护系统用于在发生故障时，给予装置反应时间并发出报警信号。
作为优选的，所述采样控制模块包括采样单元和控制器；
所述采样单元用于采集线路的电流信号及装置进线侧、出线侧的电压值，并将信号传递给控制器；
所述控制器根据采样到的信号控制电压补偿模块、无功补偿模块和保护系统工作。
作为优选的，所述电压补偿模块采用特殊变压器，其铁芯采用高导磁硅钢片，所述变压器设有若干档，分别用于将装置输出电压按比例进行提升。
作为优选的，所述变压器的若干档位都连接有直流接触器，通过采样信号实时控制直流接触器通断，进而选择变压器的档位。
作为优选的，所述无功补偿模块采用晶闸管投切电容器补偿支路，包括串联的晶闸管串和电容，所述晶闸管串包括并联的两个晶闸管，所述并联的两个晶闸管阳极相反，所述晶闸管采用过零触发。
作为优选的，所述晶闸管投切电容器补偿支路还设有报警切除开关，在发生故障或未检测到电流时，触发所述报警切除开关断开。
作为优选的，所述电流信号通过电流互感器进行采集，所述电流互感器设 于装置进线侧。
作为优选的，所述装置进线侧的电网线上还设有隔离开关，所述电压补偿模块与一原变进线开关并联后与电网线串联。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过控制器从采样电路获取实时电压数据，由控制器控制变压器各档位接触器的投切，实现电压提升，确保装置出线端电压末端电压稳定在190V～240V之间，实现稳压；晶闸管投切电容器实现无功补偿，本发明以末端电压为参考，通过变压器抬升末端电压从而达到抬升负载两端电压的目的，简单经济，确保装置出线端电压即电容两端电压在190V-240V之间，实现稳定电压的作用；还设有保护系统，在装置发生故障时保护系统动作，给予装置反应时间并发出报警信号。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2是本发明安装到电网上的示意图；
图3是本发明的方法流程图；
图4是本发明装置的实施例2中电器原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种柱上农网低电压综合提升装置作进一步说明。
实施例1
图1和图2示出了一种柱上农网低电压综合提升装置，包括采样控制模块、电压补偿模块、无功补偿模块和保护系统；
所述电压补偿模块用于提升装置的输出电压；
所述无功补偿模块用于实时的根据系统的功率因素补偿系统中的感性无功功率，提高功率因素；
所述采样控制模块用于自动采集安装处的电压、电流信号，并控制装置的电压、功率因素调节；
所述保护系统用于在发生故障时，给予装置反应时间并发出报警信号。
作为优选的，所述采样控制模块包括采样单元和控制器；
所述采样单元用于采集线路的电流信号及装置进线侧、出线侧的电压值，并将信号传递给控制器；
所述控制器根据采样到的信号控制电压补偿模块、无功补偿模块和保护系统工作；控制器获取采样信号并与参考值比较，控制接触器投切与否，进而控制变压器档位的切换，通过根据检测实际信号控制变压器投入档位的大小或旁路变压器，来确保装置出线端电压即电容两端电压有效值在190V～240V之间，实现稳定电压的作用。
作为优选的，所述无功补偿模块采用晶闸管投切电容器补偿支路，包括串联的晶闸管串和电容，所述晶闸管串包括并联的两个晶闸管，所述并联的两个晶闸管阳极相反；所述晶闸管采用过零触发，投切电容过程中无涌流，不会对电网和电容器造成冲击影响。装置电容器不需要等待放电完成再投入使用，在从电网切除后可根据需要再马上投入电网，提高了设备的利用效率，同时也加快了装置的响应速度。投切开关晶闸管属于电力电子器件，没有机械触点，不会像接触器开关那样在分断电容的过程中产生拉弧现象，烧毁接触器触点及电 容器，因此设备可靠性和寿命有保证。
作为优选的，所述变压器设有若干档，分别用于将装置输出电压按比例进行提升；在本实施例中，装置中变压器原边有三档(可手动或自动调节，具体可根据产品需要设定)：100％Un、115％Un、120％Un(Un为系统电源侧实时电压)；其中100％Un档是保持末端电压不变；115％Un档是把原有末端电压提升15％，120％Un档是把末端电压提升30％。电压补偿模块的特殊变压器，其铁芯采用的是高导磁硅钢片，磁通密度低，铁损小，温度特性稳定；线圈采用优质导线制作，电流密度低，铜损小。100％档位一般2～3匝即可，线圈线径粗且短；装置可长期挂网运行，电能损耗低、电压调压范围大，调节档位一般设计为115％及120％两档，可根据现场工况进行定制，操作方便，维护简单，使用寿命长，与无功补偿模块配合使用，具有明显改善电压的作用；实际应用通过采样信号实时控制直流接触器通断，来选择变压器原边的档位，从而确保自动控制后的末端电压稳定在电器可用电压范围内。当装置检测到用户电压过低时，电压补偿模块开始工作，提升装置的输出电压，使用户电压达到设备正常工作的范围之内。
作为优选的，所述变压器的若干档位都连接有直流接触器，通过采样信号实时控制直流接触器通断，进而选择变压器的档位。
作为优选的，所述晶闸管投切电容器补偿支路还设有报警切除开关K2，在发生故障或未检测到电流时，触发所述报警切除开关K2断开。
作为优选的，所述电流信号通过电流互感器进行采集，所述电流互感器设于装置进线侧。
作为优选的，所述装置进线侧的电网线上还设有隔离开关QS，所述电压补偿模块与一开关K1并联后与电网线L串联。
装置串联安装于农网输电线路上，可实时地自动采集安装点处的电压、电流信号，控制目标以电压控制为主、功率因数调节为辅。当装置检测到用户电压过低时，电压补偿模块开始工作，提升装置的输出电压，使用户电压达到设备正常工作的范围之内；同时装置的无功补偿模块实时地根据系统的功率因数投切电容补偿支路，补偿系统中的感性无功功率，提高功率因数，降低无功功率在线路上造成的损耗及压降，进一步提升用户电压。
综上所述，本实施例的装置的控制方法如图3所述，具体如下：
S1、稳压，装置安装在线路上后，合上隔离开关，若无过流或短路现象，则原边进线开关断开，否则保持原边进线开关关闭；
S2、变压器档位控制，控制器通过装置采集的进线侧和出线侧实际电压大小，并判断投切到哪一档位的直流接触器；
S3、线路无功补偿，控制器通过电流互感器检测过流故障，若出现过流故障，则控制原边进线开关闭合，并计算线路无功功率，当线路无功功率高于1Kvar时，触发晶闸管和电容对线路进行无功补偿；
S4、故障信号检测，检测进线侧的电压，若进线侧电压过低时则闭合原边进线开关；实时检测变压器温度，若温度高于变压器额定温度时，控制器控制原边进线开关闭合。
实施例2
图4是本发明的装置的电器原理图的一种实施例，其中，所述采样电路包括装置进线侧的第一采样电路和出线侧第二采样电路，所述第一采样电路采集电网侧的输入电压高低，所述第二采样电路用于采集装置输出的电压高低，所述第一采样电路第一通过断路器QF1连接变压器原边进线侧N2，第一采样电路 和第二采样电路的间接有原边进线开关JC01，所述变压器副边出线侧N1设有将进线侧N2电压提升30％的第一接触器JC1、将进线侧N2电压提升15％的第二接触器JC2，所述第二采样电路连接到第一接触器JC1和第二接触器JC2；本发明中所述电容及晶闸管模块包括第一电容C1第二电容C2及晶闸管SCR，所述第二电容C2与晶闸管SCR串联后组成一电容及晶闸管串，所述电容及晶闸管串与第一电容C1并联后连接到变压器两端，所述第一电容C1连接有第二断路器QF2，所述电容及晶闸管串连接有第三断路器QF3；所述电容及晶闸管模块还串联有一避雷器FA。
还包括一控制器和保护系统(图中未示出)，控制器随采样信号对装置实时控制，确保抬升后电压稳定在电器可用电压范围内；保护系统用于发生故障时，保护系统动作，给予装置反应时间并发出报警信号，或电流互感器处未检测到电流，发出报警信号。
在本实施例中，所述第一采样电路还连接有一电流互感器TA，所述变压器副边出线测还连接输电线路N相线路，所述装置进线侧及N相线路间设有一隔离开关QS。
装置在线路安装完成后，合上隔离开关QS，先控制原边进线开关JC01，若无过流或者短路现象，则切入稳压模块，即JC01在变压器N2端被断开，否则保持JC01常闭状态；
接着通过采样进线、出线侧的线路电压实际大小进行变压器档位控制:若电压较低，如160V～190V，则选择闭合第一断路器QF1，即实现100％Un档控制；此时根据进线侧的电压高低，再来决定是否需要投切第一接触器JC1、第二接触器JC2，从而实现更高档位升压。其中，第一接触器JC1闭合则将进线侧电压提升30％Un档位，第二接触器JC2闭合则将进线侧电压提升15％Un档位；若 电压低于30％Un，则先投入第一接触器JC1快速提升电压，然后根据实际决定是否切换到15％Un档即第二接触器JC2，实现更准确的稳压。
装置采样进线侧电流信号，主要是检测过流故障，如果出现过电流故障，原边进线开关JC01断开旁路变压器；还有就是计算线路无功功率，当线路无功功率高于1kvar时，触发晶闸管SCR投入第二电容器C2，对线路无功进行补偿；另外，可以手动投切固定第一电容C1对变压器感性无功进行补偿。
故障保护中除了过流保护，还有电压和温度保护等。当进线侧的电压过低时，即对进线侧电压提升30％,但依然不能满足用户正常工作时，为了实际效益，必须断开原边进线开关JC01以旁路变压器；温度保护主要针对变压器的温度，实时检测变压器温度，当实际温度高于变压器额定温度时，就断开原边进线开关JC01旁路变压器；避雷器FA是对线路过电压进行保护的。
综上所述，装置安装在台区电线杆柱上，其控制器从采样电路获取实时电压数据，由控制器控制变压器各档位接触器的投切，实现电压提升，确保装置出线端电压末端电压稳定在190V～240V之间，实现稳压；晶闸管投切电容器实现无功补偿。
以下是本发明所述的的最佳实例，并不因此限定本发明的保护范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种柱上农网低电压综合提升装置，串联安装于农网输电线路上，其特征在于，包括采样控制模块、电压补偿模块、无功补偿模块和保护系统；
所述电压补偿模块用于提升装置的输出电压；
所述无功补偿模块用于实时的根据系统的功率因素补偿系统中的感性无功功率，提高功率因素；
所述采样控制模块用于自动采集安装处的电压、电流信号，并控制装置的电压、功率因素调节；
所述保护系统用于在发生故障时，给予装置反应时间并发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的柱上农网低电压综合提升装置，其特征在于，所述采样控制模块包括采样单元和控制器；
所述采样单元用于采集线路的电流信号及装置进线侧、出线侧的电压值，并将信号传递给控制器；
所述控制器根据采样到的信号控制电压补偿模块、无功补偿模块和保护系统工作。
3.根据权利要求1所述的柱上农网低电压综合提升装置，其特征在于，所述电压补偿模块采用特殊变压器，其铁芯采用高导磁硅钢片，所述变压器设有若干档，分别用于将装置输出电压按比例进行提升。
4.根据权利要求3所述的柱上农网低电压综合提升装置，其特征在于，所述变压器的若干档位都连接有直流接触器，通过采样信号实时控制直流接触器通断，进而选择变压器的档位。
5.根据权利要求1所述的柱上农网低电压综合提升装置，其特征在于，所述无功补偿模块采用晶闸管投切电容器补偿支路，包括串联的晶闸管串和电容，所述晶闸管串包括并联的两个晶闸管，所述并联的两个晶闸管阳极相反，所述 晶闸管采用过零触发。
6.根据权利要求5所述的柱上农网低电压综合提升装置，其特征在于，所述晶闸管投切电容器补偿支路还设有报警切除开关，在发生故障或未检测到电流时，触发所述报警切除开关断开。
7.根据权利要求1所述的柱上农网低电压综合提升装置，其特征在于，所述电流信号通过电流互感器进行采集，所述电流互感器设于装置进线侧。
8.根据权利要求1所述的柱上农网低电压综合提升装置，其特征在于，所述装置进线侧的电网线上还设有隔离开关，所述电压补偿模块与一原变进线开关并联后与电网线串联。
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