CN206922435U - 一种新型智能无功补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种新型智能无功补偿装置，它包含嵌入式系统控制核心单元，嵌入式系统控制核心单元通过I/O接口和RS485通讯模块连接电能表，且嵌入式系统控制核心单元连接触摸屏；RS485通讯模块包含电能表侧通讯模块及控制核心单元侧通讯模块，嵌入式系统控制核心单元与低压侧电能表的RS485通讯采用布线方式，与高压侧电能表的RS485通讯采用433M或2.4G频段无线透传模块；输出电路包含交流接触器和继电器组，且交流接触器和继电器组均与嵌入式系统控制核心单元连接。本实用新型实时读取用户总电能表的功率因数、有功功率值、电压值，在一个采集周期内计算出无功补偿电容量，自动排序出电容器组别后准确投入，具有快速、精准、实用的特点。

Description

一种新型智能无功补偿装置
技术领域
本实用新型涉及电网无功补偿装置技术领域，具体涉及一种适合公变台区、专变、发电站等电力用户使用的智能无功补偿装置，适用电压等级为 0.4kV-110kV。
背景技术
《供电营业规则》第四十一条规定：100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。功率因数不达标的客户，以电费额的百分比追缴惩罚性的调整电费；电网中的电动机、变压器等属于感性负荷，其产生的感性无功功率引起线路电流增大，损耗增加；为提高供电效率及改善供电环境，在电网中并联投入电容器等方式，提高电网功率因数；若电容值超出了电感值，也会产生容性无功电量(即过补)；无功补偿的作用是令COSΦ时时接近于1。
供电公司变电站经常会发生10kV电压互感器损毁事故，调取故障录波仪历史数据，显示为故障发生时多条10kV线路出现容性无功电流，与电压互感器串联谐振，产生过电压；若对应的线路感性无功增加、功率因数同比有所下降，则电力营销线损报表显示10kV线路线损同比将会有明显的上升；电力客户中心经常会收到专变客户的反映：电费发票中出现了较高的功率因数调整电费，有的甚至超过了电费，厂端变压器都安装了普通的无功补偿装置，怀疑电能表计量有误。
供电公司技术人员针对上述情况到现场检测后确认计量正常的情况下，总会发现问题客户的一些特征：有的一个总表计费，下挂多台变压器；有的白天负荷启停频繁，夜间变压器空载；无功补偿常处于过补(令10kV线路出现容性无功电流)或欠补状态(令10kV线路出现感性无功电流)，以致客户月度功率因数考核不达标，从而发生了较大额度的功率因数调整电费，也同时给电网带来了设备过电压损毁、线路损耗增加、供电质量下降等问题。“无功补偿装置技术缺陷”是导致功率因数不达标的主要原因，如下表：
表1无功补偿装置技术缺陷成因统计表
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种实时读取用户总电能表的功率因数、有功功率值、电压值，在一个采集周期内计算出无功补偿电容量，自动排序出电容器组别后准确投入，具有快速、精准、实用的特点的智能无功补偿装置。
为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型是采用以下技术方案：一种新型智能无功补偿装置，它包含嵌入式系统控制核心单元、RS485通讯模块、输出电路、电容器组和电源模块，其中，
所述的嵌入式系统控制核心单元采用ARM9 iMX287A工业四级核心板，以 DL/T645-2007等通讯协议，通过I/O接口和RS485通讯模块连接电能表，且嵌入式系统控制核心单元连接触摸屏；
所述的RS485通讯模块包含电能表侧通讯模块及控制核心单元侧通讯模块，嵌入式系统控制核心单元与低压侧电能表的RS485通讯采用布线(二芯带屏蔽的485线)方式，与高压侧电能表的RS485通讯采用433M或2.4G频段无线透传模块；
所述的输出电路包含交流接触器和继电器组，且交流接触器和继电器组均与嵌入式系统控制核心单元连接；
所述的电容器组连接输出电路中的交流接触器；
所述的电源模块连接嵌入式系统控制核心单元。
作为本实用新型的进一步改进；所述的嵌入式系统控制核心单元采用ARM9iMX287A工业四级核心板，CPU允许工作温度-40℃-85℃；454MHz主频， 128M内存，128MFlash；23路GPIO端口；TFT4.3寸480*272彩色的触摸屏；具有6路串口，双网口，1个CAN口，2个USB口。
作为本实用新型的进一步改进；所述的RS485通讯模块波特率设定为 2400bps，以DL/T645-2007等通讯协议实时采集电能表的功率因数、有功功率、电压值。
作为本实用新型的进一步改进；所述的输出电路还包含快速熔断器，快速熔断器为aR保护模式，熔断时间＜20mS，固态继电器为三相过零动作模式，控制电压为DC3-32V。
作为本实用新型的进一步改进；所述的电容器组为三相自愈式并联电力电容器，额定电压450V，聚丙烯边缘加厚、锌铝金属化薄膜电容器组；可以根据用户负荷值选择单组容量为2-30Kvar的组合。
作为本实用新型的进一步改进；所述的电源模块输入电压AC 100-264V， DC5V 2A(控制器电源)一只；输入电压AC 85-264V，输出DC5V 0.6A(电能表侧无线模块电源)与输入电压AC 100-264V，DC12V 2A(隔离继电器及固体继电器驱动电源)各一只，具备打嗝过载保护、可长期短路自恢复、过温保护等功能。电能表侧通讯模块的电源输入范围为AC 85-250V。
采用上述技术方案后，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型采用控制核心单元以DL/T645-2007等通讯协议，通过RS485 无线透传通讯模块，按3.75秒为周期实时获取总电能表的功率因数、有功功率、电压值，根据功率因数设置值计算出需要补偿的无功差值，排序出电容器组队列，并作用于输出电路，在周期内准确补偿；解决了公变台区、专变、发电站等电力客户无功过补、欠补问题，降低了线路损耗，减少了设备串联谐振的事故发生。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中低压采样状态下无功补偿装置的安装图；
图2为本实用新型高压采样状态下无功补偿装置的安装图；
图3为本实用新型所提供的实施例的原理图；
图4为本实用新型所提供的实施例的结构示意图；
图5为本实用新型所提供的实施例中嵌入式系统控制核心单元的侧视图；
图6为本实用新型所提供的实施例中嵌入式系统控制核心单元的后视图；
图7为本实用新型所提供的实施例的工作流程图；
附图标记：
A-RS485通讯模块；B-I/O接口；C-电源模块；D-输出电路；1-电能表；2-嵌入式系统控制核心单元；3-交流接触器；4-电容器组；5-485 线；6-触摸屏；7-嵌入式固定螺丝；8-快速熔断器；9-继电器组；10- AC220V电源输入端；11-USB接口；12-网络接口。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图2-图7，本具体实施方式改变普通补偿装置的电能采样接线方式，由变压器低压侧采样变更为变压器高压总线侧采样，主要是由嵌入式系统控制核心单元2、RS485通讯模块A、输出电路D、电容器组4和电源模块C 五个主要模块组成，其具体结构请参阅图4-图6，一种新型智能无功补偿装置，它包含电能表1、嵌入式系统控制核心单元2、交流接触器3、电容器组 4、485线5、触摸屏6、嵌入式固定螺丝7、快速熔断器8、继电器组9、AC220V 电源输入端10、USB接口11和网络接口12，电能表1通过485线5与嵌入式系统控制核心单元2通讯连接；嵌入式系统控制核心单元2的前侧连接有触摸屏6，嵌入式系统控制核心单元2的下端通过交流接触器3连接电容器组4；嵌入式系统控制核心单元2的两端后侧连接有嵌入式固定螺丝7，且嵌入式系统控制核心单元2的后侧边缘处连接有USB接口11和网络接口12，嵌入式系统控制核心单元2的后侧中部连接有继电器组9，继电器组9的一端设置有与嵌入式系统控制核心单元2连接的AC220V电源输入端10。
工作原理如下：
嵌入式系统控制核心单元2采用ARM9 iMX287A工业四级核心板，CPU允许工作温度-40℃-85℃；454MHz主频，128M内存，128M Flash；23路GPIO 端口；TFT4.3寸480*272彩色触摸屏；具有6路串口，双网口，1个CAN口， 2个USB口；以DL/T645-2007等通讯协议，通过RS485通讯模块A，按3.75 秒为周期实时获取电能表1的功率因数、有功功率、电压值。嵌入式系统控制核心单元2的GPIO端口输出接入8口继电器组(多组)的输入，只要把各组容量、对应接点顺序号、功率因数考核设置值COSφ2输入控制核心单元，应用程序就按以下公式计算出需要补偿的无功差值，排序出电容器组4队列，并作用于输出电路，自动投切电容器：
Qc＝P(tanφ1-tanφ2)＝P〔√(1/COS2φ1-1)-√(1/COS2φ2-1)〕
式中：
Qc-电容器的安装容量，kvar P-系统的有功功率，kW
φ1--补偿前的功率因数角 COSφ1--补偿前的功率因数
φ2--补偿后的功率因数角 COSφ2--补偿后的功率因数
嵌入式系统控制核心单元2主程序采用定时器中断模式，以3.75秒为周期按程序流程运行。
嵌入式系统控制核心单元2的继电器组9，可以通过交流接触器3分别控制多组电容器组4的投切；电容器组4至少选用2、3、4kvar三种规格，实现了2、3、4、5、6、7、9kvar的7种小阶梯容量组合，只要把各组容量、对应接点顺序号、功率因数考核设置值COSφ2输入嵌入式系统控制核心单元 2，应用程序计算出需要补偿的无功差值，排序出电容器组队列，并作用于输出电路，自动投切电容器组4；嵌入式系统控制核心单元2的显示设备采用 TFT4.3寸480*272彩色的触摸屏6，通过嵌入式固定螺丝7安装在柜面上；通过AC220V电源输入端10提供电能。
嵌入式系统控制核心单元2运行linux嵌入式操作系统，应用程序自启动运行且可通过USB口11升级；网络接口12能对设备远程维护；触摸屏6 能保存输入的参数设置值，能切换手动、自动补偿模式，能显示电容器组4 的运行状态、无功象限、通讯状态及通讯成功率、电压值、当月功率因数值、当日功率因数值、过限报警提示、电能表表号等信息。
触摸屏6与低压侧电能表1的RS485通讯采用布线方式，与高压侧电能表1的RS485通讯采用433M或2.4G频段无线透传元件；设为波特率2400bps，数据位8，停止位1，偶校验；电能表侧通讯模块的电源输入范围为AC 85-250V。
采集低压台区总表参数，按变压器型号、容量、负荷实时计算出变压器无功，与负荷无功累加后，计算补偿值，再分相补偿。
采集发电站高压侧电能总表参数，按照发电站功率因数设置值实时补偿。
采集专变客户高压侧电能总表参数，按照客户功率因数设置值实时补偿。
各电容器组4可分别设置延迟时间，在其退出后，延时期内屏幕显示对应的电容器组为黄灯(不可投入)，待延时期满，显示为绿灯(方可投入)。
设置的电容器组4自检时间到达，进入自检状态，电容器组逐个动作(与之前的动作反)，程序分别读取动作前、后电能表的参数，根据动作的电容值计算出差值，以判断电容是否偏差过大或该控制支路是否故障。
嵌入式系统控制核心单元2通过应用软件，实现了过压保护、启动log 记录、电容器自检记录、过压记录、继电器动作记录、电量及功率因数日、月报表等功能。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种新型智能无功补偿装置，其特征在于，它包含嵌入式系统控制核心单元、RS485通讯模块、输出电路、电容器组和电源模块，其中，
所述的嵌入式系统控制核心单元采用ARM9 iMX287A工业四级核心板，以DL/T645-2007通讯协议，通过I/O接口和RS485通讯模块连接电能表，且嵌入式系统控制核心单元连接触摸屏；
所述的RS485通讯模块包含电能表侧通讯模块及控制核心单元侧通讯模块，嵌入式系统控制核心单元与低压侧电能表的RS485通讯采用布线方式，与高压侧电能表的RS485通讯采用433M或2.4G频段无线透传模块；
所述的输出电路包含交流接触器和继电器组，且交流接触器和继电器组均与嵌入式系统控制核心单元连接；
所述的电容器组连接输出电路中的交流接触器；
所述的电源模块连接嵌入式系统控制核心单元。
2.根据权利要求1所述的一种新型智能无功补偿装置，其特征在于，所述的输出电路还包含快速熔断器，快速熔断器为aR保护模式。
3.根据权利要求1所述的一种新型智能无功补偿装置，其特征在于，所述的电容器组为三相自愈式并联电力电容器。
4.根据权利要求1所述的一种新型智能无功补偿装置，其特征在于，所述的触摸屏为TFT4.3寸480*272彩色的触摸屏。
5.根据权利要求1所述的一种新型智能无功补偿装置，其特征在于，电能表通过485线与嵌入式系统控制核心单元通讯连接；嵌入式系统控制核心单元的前侧连接有触摸屏，嵌入式系统控制核心单元的下端通过交流接触器连接电容器组；嵌入式系统控制核心单元的两端后侧连接有嵌入式固定螺丝，且嵌入式系统控制核心单元的后侧边缘处连接有USB接口和网络接口，嵌入式系统控制核心单元的后侧中部连接有继电器组，继电器组的一端设置有与嵌入式系统控制核心单元连接的AC220V电源输入端。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108023357A (zh) * 2016-11-20 2018-05-11 国网江西省电力公司赣东北供电分公司 一种新型无功自动补偿装置
CN108418227A (zh) * 2018-05-18 2018-08-17 核工业理化工程研究院 一种基于plc控制的自动补偿装置及其补偿方法
CN109444789A (zh) * 2018-10-09 2019-03-08 国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司 一种用电客户和电能表关系识别装置和方法
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