智能集成電力電容器的製作方法
2023-05-29 17:01:56
專利名稱：智能集成電力電容器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力電容器。
背景技術：
電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬於感性負荷， 在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝並聯 電容器等無功補償設備以後，可以提供感性電抗所消耗的無功功率， 減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由於減少 了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功 功率造成的電能損耗，進行無功補償。無功補償可以提高功率因數， 是一項投資少，收效快的降損節能措施。
電網中常用的無功補償方式包括①在變電所母線集中安裝並聯 電容器組；②在高低壓配電線路中分散安裝並聯電容器組；③在配電 變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝並聯補償電容器；④在單臺電動 機處安裝並聯電容器等。
目前0.4KV輸配電線路的無功補償方式通常是用戶車間配電屏 安裝並聯補償電容器，通過無功功率因數控制器來控制電力電容器的 並聯投切數量，從而實現無功功率的補償，使功率因數達到0.95左 右。由無功補償控制器，刀熔開關，無功補償裝置的執行機構，熱繼 電器，電力電容器等幾部分組成。存在的缺點1、投切電容時存在 衝擊電流大，使用壽命短；2、接線複雜，佔用空間大，成本高，現 場檢修不方便。發明內容
為了克服已有的電力電容器在投切時存在較大的衝擊電流、使用 壽命短的不足，本實用新型提供一種電容投切時無衝擊電流、延長使 用壽命的智能集成電力電容器。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是
一種智能集成電力電容器，包括殼體在所述殼體上方安裝測控裝 置、電容器投切開關和保護電路，在所述殼體下方安裝電力電容器； 所述投切開關為複合式開關，其包括可控矽開關和磁保持繼電器，所 述的可控矽開關與所述磁保持繼電器的結點並聯，所述可控矽開關為 兩隻反並聯的晶閘管，所述的晶閘管的觸發端連接用於控制在電壓過 零後觸發晶閘管的觸發晶片，所述的觸發晶片、磁保持繼電器連接用 於檢測三相電路並判斷是否需要投切電容器的單片機。
作為優選的一種方案所述的殼體下方安裝三個電力電容器，三 個電力電容器之間相互角接，其中兩個電容器連接投切開關。
作為優選的再一種方案所述的殼體下方安裝三個電力電容器， 三個電力電容器之間相互星接，每個電容器連接投切開關。
進一步，所述殼體內安裝溫度傳感器，所述的溫度傳感器連接單 片機，所述單片機包括用於當超過設定溫度時切除電力電容器的溫度 保護模塊。
本實用新型的技術構思為採樣三相電源中的一線電流(如A線) 與另外兩線電壓(如BC線)之間的相位差，通過一定的運算，得到 當前電網的實時功率因數。此功率因數與投入門限和切除門限比較， 在整個投切延時時間內，若在投切門限內，則不予動作；若小於投入門限，則投入一組電容；若大於切除門限或發生功率因數為負時，則 切除一組已經投入的電容。再經過投切延時時間，重複比較與投切， 直到當前的功率因數達到投切門限以內。在投切過程中若發現檢測到 的電壓大於設定的過電壓保護門限，則切除所有已投入的電容器，以 起到保護電容的作用。在投切時若發現檢測到的電流小於欠電流封鎖 門限，則停止投切動作，避免出現循環投切的現象。
智能型集成電力電容器的投切開關採用複合式開關，即將可控矽 與磁保持繼電器的結點並聯，在接通和斷開的瞬間既具有可控矽過零 開關的優點，而在正常接通期間又具有接觸器開關無功耗的優點。
參照圖3，電容器投入時，先觸發導通晶閘管，然後再延時接通
磁保持繼電器，由於磁保持繼電器閉合後，使晶閘管兩端承受的電壓 近似為零。根據晶閘管的導通條件，在沒有承受正向壓降的情況下， 即使有觸發脈衝，當流過其的電流小於其自身的擎柱電流時，晶閘管
就會關斷；當切除電容器時，先強行斷開磁保持繼電器(因為此時無 法使晶閘管導通)，同時對兩隻反並聯的晶閘管施加過零觸發脈衝，當 晶閘管兩端的電壓過零後瞬間，晶閘管就會導通。延時導通一段時間 後再撤去觸發脈衝，晶閘管就會自然關斷。至此，完成一次切除動作。 下面說一下為什麼對晶閘管施加過零觸發脈衝？根據電容的特性方 程
formula see original document page 5
式中IC為流過電容的電流，U為電容兩端承受的電壓，從方程 可以看出，要使在電容器投入瞬間流過晶閘管的電流最小，就是要使 電壓變化率最小。因為補償電容器在投入前其初始電壓為零，所以必須在當施加在電容器兩端的電壓接近零時施加觸發脈衝。為了清楚起 見，繪製出了複合式開關的工作時序圖，參照圖4。
假設投切開關的投入命令高電平為有效，則切斷命令為低電平有
效；開關(可控矽、磁保持繼電器)閉合用高電平有效表示；則開關斷 開用低電平有效表示，其各信號動作時序如圖4所示，在圖中
Stl為投切開關接收到投入命令後等待電壓過零所需的時間；
5t2是磁保持繼電器延時閉合設定時間；
Stjo為磁保持繼電器閉合動作時間；
Stjf為磁保持繼電器斷開動作時間；
St3是可控矽延時斷開設定時間；
5t4為可控矽自然關斷所需的時間。
在圖中Uka、 Ukb、 Ukc、 Ukd、 Uke、 ike分別表示投切信號、可 控矽通斷、磁保持繼電器線圈通斷信號、磁保持繼電器通斷、電網電 壓、電容(或觸點)電流。
當投切開關接收到投入命令時，可控矽的觸發信號準備就緒，只 要電壓過零就立刻觸發可控矽，而磁保持繼電器在接到投入命令後，
要延時一段時間，此時間保證只有當可控矽導通後，才能閉合磁保
持繼電器。當開關接收到切斷命令後，磁保持繼電器立即斷開，經過
一段時間可控矽觸發信號消失，據可控矽關斷特性，只有當通過可控
矽陽極電流過零時，才能自然關斷。
本實用新型的有益效果主要表現在1、電容投切過程中無湧流衝
擊、無操作過電壓、無電弧重燃，大大降低了補償設備故障率，延長
了設備的使用壽命；2、結構簡單，佔用空間小，現場檢修方便
圖1是智能集成電力電容器的內部結構示意圖。
圖2是三相電流電壓的相位示意圖。
圖3是投切開關的電路圖。
圖4是投切開關的工作時序圖。
圖5是三相共補投切開關的示意圖。 圖6是三相分補投切開關的示意圖。 圖7是無功補償的智能網絡示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一歩描述。
參照圖1 圖6， 一種智能集成電力電容器，包括殼體在所述殼體 上方安裝測控裝置、電容器投切開關和保護電路，在所述殼體下方安 裝電力電容器;所述投切開關為複合式開關，其包括可控矽開關SCR1 、 SCR2和磁保持繼電器RELAY,所述的可控矽開關SCR1、 SCR2與所 述磁保持繼電器RELAY的結點並聯，所述可控矽開關為兩隻反並聯 的晶閘管，所述的晶閘管的觸發端連接用於控制在電壓過零後觸發晶 閘管的觸發晶片IC1，所述的觸發晶片IC1通過Sl和S2、磁保持繼 電器通過S3和S4連接用於檢測三相電路並判斷是否需要投切電容器 的單片機。
在單片機中，採樣三相電源中的一相電流(如A相)與另外兩相 電壓(如BC相)之間的相位差，通過一定的運算，得到當前電網的 實時功率因數。此功率因數與投入門限和切除門限比較，在整個投切 延時時間內，若在投切門限內，則不予動作；若小於投入門限，則投入一組電容；若大於切除門限或發生功率因數為負時，則切除一組已 經投入的電容。再經過投切延時時間，重複比較與投切，直到當前的 功率因數達到投切門限以內。在投切過程中若發現檢測到的電壓大於 設定的過電壓保護門限，則切除所有已投入的電容器，以起到保護電 容的作用。在投切時若發現檢測到的電流小於欠電流封鎖門限，則停 止投切動作，避免出現循環投切的現象。
參照圖2，假設三相電壓分別為Ua、 Ub、 Uc,A線的電流為Ia。
則有Ua二Usinwt， Ub=Usin (wt+120。)， Uc=Usin (wt+240°)， 從而得到BC見的線電壓為若A線負載為純電阻性，則A線電流Ia 與A線電壓Ua同相，則la超前Ubc的角度為90。；
若A線負載為感性，則A線電流la滯後A線電壓Ua角度# (0。￡ # S90°)，則la超前Ubc的角度為90。- # ;
若A線負載為容性，則A線電流la超前A線電壓Ua角度# (0^#S90°)，則1&超前111^的角度為90°+# ;
在該控制器中為了計算方便，我們電流相位的採樣為電壓採樣的 的第二個周期，即若沒有相位差la之後Ua的角度為360°。實際檢測 中，假設我們檢測到Ia滯後Ubc的角度為a，根據以上的分析得知
若180°^^270°，則電路為容性負載，cos# = cos(270°-a)。
若a二270。，則電路為阻性負載，cos# = cos(270°-a)。
若270°^^360°，電路為容性負載，cos# = cos(a-270°)。 投切開關採用複合式開關，即將可控矽SCR1、 SCR2與磁保持繼 電器RELAY的結點並聯，在接通和斷開的瞬間既具有可控矽過零開 關的優點，而在正常接通期間又具有接觸器開關無功耗的優點。電容器投入時，先觸發導通晶閘管SCR1、 SCR2，然後再延時接 通磁保持繼電器RELAY,由於磁保持繼電器RELAY閉合後，使晶閘 管SCR1、 SCR2兩端承受的電壓近似為零。根據晶閘管的導通條件， 在沒有承受正向壓降的情況下，即使有觸發脈衝，當流過其的電流小 於其自身的擎柱電流時，晶閘管就會關斷；當切除電容器時，先強行 斷開磁保持繼電器RELAY (因為此時無法使晶閘管導通SCR1、 SCR2)，同時對兩隻反並聯的晶閘管SCR1、 SCR2施加過零觸發脈衝， 當晶閘管SCR1、 SCR2兩端的電壓過零後瞬間，晶閘管SCR1、 SCR2 就會導通。延時導通一段時間後再撤去觸發脈衝，晶閘管就會自然關 斷。至此，完成一次切除動作。
假設投切開關的投入命令高電平為有效，則切斷命令為低電平有 效；開關(可控矽、磁保持繼電器)閉合用高電平有效表示，則開關斷 開用低電平有效表示，其各信號動作時序如圖所示，在圖中
Stl為投切開關接收到投入命令後等待電壓過零所需的時間；
St2是磁保持繼電器延時閉合設定時間；
5tjo為磁保持繼電器閉合動作時間；
Stjf為磁保持繼電器斷開動作時間；
St3是可控矽延時斷開設定時間；
St4為可控矽自然關斷所需的時間。
在圖中Uka、 Ukb、 Ukc、 Ukd、 Uke、 ike分別表示投切信號、可 控矽通斷、磁保持繼電器線圈通斷信號、磁保持繼電器通斷、電網電 壓、電容(或觸點)電流。
當投切開關接收到投入命令時，可控矽的觸發信號準備就緒，只要 電壓過零就立刻觸發可控矽SCR1 、 SCR2,而磁保持繼電器RELAY在接到投入命令後，要延時一段時間，此時間保證只有當可控矽SCR1、
SCR2導通後,才能閉合磁保持繼電器RELAY。當開關接收到切斷命令 後，磁保持繼電器RELAY立即斷開，經過一段時間可控矽SCR1、 SCR2觸發信號消失,據可控矽關斷特性，只有當通過可控矽陽極電流 過零時,才能自然關斷。
在執行投入或切除補償電容器的功能的時候，有兩種方式即圖 5所示的三相共補投切開關和圖6所示的三相分補投切開關。它們分 別應用在不同的應用場合。傳統的低壓無功補償都是採用三相共補的 方式，適用於三相負載平衡、各相負載的功率因數相近的網絡。三相 分補的方式適用於各相負載相差較大，其功率因數值也有較大差別的 場合。但從經濟的角度出發，多採用電容器三相共補與單相分補相結 合的接線方案。
無功補償的智能網絡參照圖7，多臺智能集成電力電容器聯網 使用時，可以自動生成一個網絡，對系統進行無功補償。如下圖，將 其中一臺電容模塊設為主機，對無功功率因數進行計算，其他幾臺設 為從機，主機通過485通訊的方式對從機進行控制，從而構成低壓無 功自動控制系統。如果個別從機出現故障，則自動退出，不影響其餘 工作。如果主機故障，也要退出，在其餘從機中產生一個新的主機， 組成一個新的系統；容量相同的電容按循環投切原則，容量不同的電 容按適補原則進行投切。
溫度保護內置溫度傳感器，能夠反映電容器過電流，過諧波， 漏電流過大和環境溫度過高等情況下導致電容器內部發熱，實現過溫 度保護，超過設定溫度以後自動切除電容器，並退出運行，達到保護 設備的目的。
權利要求1、一種智能集成電力電容器，包括殼體，其特徵在於在所述殼體上方安裝測控裝置、電容器投切開關和保護電路，在所述殼體下方安裝電力電容器；所述投切開關為複合式開關，其包括可控矽開關和磁保持繼電器，所述的可控矽開關與所述磁保持繼電器的結點並聯，所述可控矽開關為兩隻反並聯的晶閘管，所述的晶閘管的觸發端連接用於控制在電壓過零後觸發晶閘管的觸發晶片，所述的觸發晶片、磁保持繼電器連接用於檢測三相電路並判斷是否需要投切電容器的單片機。
2、 如權利要求l所述的智能集成電力電容器，其特徵在於所述的殼 體下方安裝三個電力電容器，三個電力電容器之間相互角接，其中兩 個電容器連接投切開關。
3、 如權利要求l所述的智能集成電力電容器，其特徵在於所述的殼 體下方安裝三個電力電容器，三個電力電容器之間相互星接，每個電 容器連接投切開關。
4、 如權利要求1一3之一所述的智能集成電力電容器，其特徵在於 所述殼體內安裝溫度傳感器，所述的溫度傳感器連接單片機，所述單 片機包括用於當超過設定溫度時切除電力電容器的溫度保護模塊。
專利摘要一種智能集成電力電容器，包括殼體在所述殼體上方安裝測控裝置、電容器投切開關和保護電路，在所述殼體下方安裝電力電容器；所述投切開關為複合式開關，其包括可控矽開關和磁保持繼電器，所述的可控矽開關與所述磁保持繼電器的結點並聯，所述可控矽開關為兩隻反並聯的晶閘管，所述的晶閘管的觸發端連接用於控制在電壓過零後觸發晶閘管的觸發晶片，所述的觸發晶片、磁保持繼電器連接用於檢測三相電路並判斷是否需要投切電容器的單片機。本實用新型提供一種電容投切時無衝擊電流、延長使用壽命的智能集成電力電容器。
文檔編號H02J3/18GK201130861SQ20072019278
公開日2008年10月8日 申請日期2007年11月30日 優先權日2007年11月30日
發明者東 劉, 季小龍, 陳勝勇 申請人:季小龍