隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置的製作方法

2023-06-01 16:11:36 1

專利名稱：隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及交流電源無功補償裝置，具體為隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，主要用於煤礦井下大型用電設備供電的無功功率補償。
背景技術：
煤炭工業生產是電力消耗大戶。井下供電設備容量均較大，而功率因數偏低(0.7左右)，並且由於煤炭開採工作面設置特點，掘進機低壓供電距離越來越遠已達到1000米以上，在這樣的供電條件下，掘進機電動機起動時，低功率因數，大的衝擊電流，使電機端電壓降落過大，電機起動力矩按電壓百分比平方關係下降，起動周期變長，繞組發熱加速絕緣老化，甚至使接觸器不能可靠吸合，使掘進機無法正常工作。無功動態補償技術在改善供電電壓質量，降低電能消耗，挖掘發、供電設備潛力，減少用戶電費支出等方面效果明顯，在非隔爆領域已廣泛推廣，收到了顯著的經濟效益和社會效益，為世人所共識。在隔爆場合，目前已部分使用固定式隔爆型電力電容對大型電機進行就地補償，但固定電容式補償無法對變化性負荷進行最佳補償，隔爆型動態補償目前採用有觸點投切，因技術原因滯後時間較長，無法對電機負荷變化時電流變化進行跟蹤補償，其補償效果不佳。目前非隔爆行業已有性能較完備的無觸點動態無功功率補償裝置，如山西萬福電力電器有限公司生產的WF-(II-V)型無觸點動態無功功率補償裝置，該裝置由包含單片機系統的無功功率控制器、含有可控矽元件的電容器固態投切模塊和補償電容器等構成，上述的各構成部分或部件布置、排列於裝置箱體內。該裝置可實施無觸點動態無功補償，會隨起動過程功率因數及電流變化，自動補償其中無功分量，使電流大幅度下降，減小線路壓降及發熱。但該補償裝置只適用於地面使用，其用於煤礦井下存在如下問題1、該補償裝置無隔爆處理，無法用於煤礦井下；2、該補償裝置採用三相四線制供電，使無功電流分量採樣上能很方便地得到相電流及相電壓，而煤礦井下移動變電站二次側為「△」連接，其電流採樣方式無法在煤礦井下實現，因此，無法直接應用於井下；3、該補償裝置用於煤礦井下時，功率器件的散熱傳導問題不能很好地解決，限制了其在井下的應用。

發明內容
本實用新型為解決現有技術、現有產品用於煤礦井下存在的問題，通過對現有產品的改進，提供一種適合於煤礦井下使用的隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置。並只以提供該補償裝置的硬體結構為目的。
本實用新型是採用如下技術方案實現的隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，包含一側帶有接線箱的隔爆殼體和內部電路，內部電路包含含有單片機系統的無功功率控制器、含有可控矽元件的電容器固態投切模塊、補償電容器、電抗器，內部電路增設有由三個單相變壓器構成的信號變壓器組，三個變壓器的初級為「Y」接法且分別與三相輸電線相連，其中一個變壓器的次級與無功功率控制器相連(連接結構與現有產品相同)，該信號變壓器組構置了一個人為中性點，從而可向無功功率控制器提供採樣所需的相電壓，使現有的補償裝置在井下變電站二次側為「△」連接的情況下得以應用。該信號變壓器組也可由一個初級為「Y」連接且分別與三相輸電線相連、次級的其中一相與無功功率控制器連接的三相變壓器替代。內部電路還增設有供電系統對地絕緣檢測電路，該電路包含一個呈「Y」連接、分別與三相輸電線相連且每相分別串接有二極體和電阻的三相電路，該三相電路的中性點與地之間連接有漏電閉鎖繼電器LSJ，該繼電器的常閉觸點LSJ-1串接於裝置的開、閉控制迴路。「煤礦安全規程」要求，井下電氣設備除配備必要的電氣保護外，還必須有供電系統對地絕緣狀況檢測電路，在絕緣值小於標準時，電氣設備不能啟動或自動閉鎖、切斷電源。本裝置增設了該對地絕緣檢測電路，滿足了「煤礦安全規程」，得以安全地用於煤礦井下。
殼體的另一側開有密封、玻璃的功率因數觀察窗口、密封、玻璃的投切狀態觀察窗口，內部電路中的無功功率控制器固定於殼體內功率因數觀察窗口處，並使該無功功率控制器的顯示屏對準功率因數觀察窗口，內部電路中的投切狀態顯示元件固定於殼體內投切狀態觀察窗口處，從而使功率因數及投切狀態在隔爆殼體上得以顯示、觀察。
由於隔爆殼體的特殊性，內部電路中功率器件的散熱傳導是補償裝置在井下應用必須很好解決的問題。本實用新型內部電路中的功率器件——電容器固態投切模塊固定於殼體內壁上，以殼體作為投切模塊的散熱器。為增加散熱面積，提高散熱效果，在隔爆殼體外表面設有散熱片。
與隔爆殼體內底部固定設有多層支撐架，內部電路的構成部分或構成部件分置、固定在支撐架的各層上，這樣，一則便於構成部分、部件在隔爆殼體內的布置、排列、固定，二則提起支撐架，可將固定於支撐架上的所有構成部分、部件一同提出，便於裝置的維修。
本實用新型的內部電路除了增設的信號變壓器組和對地絕緣檢測電路，其餘的內部電路結構均採自前述山西萬福電力電器有限公司生產的非隔爆型WF-(II-V)無觸點動態無功功率補償裝置，由於該補償裝置公開銷售，因此，其內部電路屬公知、公用的現有技術，本實用新型的特徵主要在於隔爆殼體的結構和內部電路的構成部分、部件在隔爆殼體內的布置、固定，因此，本實用新型對內部電路的構成部分(如電容器固態投切模塊、無功功率控制器)的內部結構、構造，各構成部件(如補償電容器、電抗器等)間的連接關係、構成部分與構成部件間的連接關係以及其詳細的工作過程未作具體描述，但在附圖中給出了具體的電路原理圖。
本實用新型就是通過對現有產品(WF-(II-V)無觸點動態無功功率補償裝置)在隔爆、殼體結構、供電方式、功率部件散熱傳導、內部電路構成部分、部件在殼體內的布置、固定結構等方面的改進，給出了完全適用於煤礦井下的隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，將無觸點動態無功功率補償技術由非防爆型結構設計改進成隔爆型產品。該裝置能夠快速(100毫秒)動態跟蹤負載無功電流，自動調整投入或退出補償量，使線路功率因數達到0.9以上。在投入和退出時無衝擊電流和諧波。裝置散熱性能良好，整個結構設計便於維修，功率因數、投切狀態顯示方便，裝置適應井下三線三相制供電方式。該裝置除具有一般無功補償之效益外，尤其突出於實現對煤礦井下掘進機遠距離供電、減小起動電流、延長掘進距離的獨特功能。本裝置可廣泛應用於煤礦井下變動負荷之大型設備，也可用於化工、油庫、麵粉加工等需防爆的場合。


圖1為本實用新型外結構示意圖；圖2為圖1的局部左視圖；圖3為圖1的局部右視圖；圖4為本實用新型內部結構示意圖；圖5為圖4的C-C剖視圖；圖6為圖4的D-D剖視圖；圖7為圖1的A-A剖視圖；圖8為圖2的F-F剖視圖；圖9為圖2的G-G剖視圖；圖10為本實用新型內部電路的原理圖；具體實施方式
隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，包含一側帶有接線箱1、符合防爆結構規範的隔爆殼體2和內部電路，內部電路包含含有單片機系統的無功功率控制器3、含有可控矽元件的電容器固態投切模塊4、補償電容器CX(5)、電抗器RATX(6)，內部電路增設有由三個單相變壓器TRAN1-3(10)構成的信號變壓器組，三個變壓器的初級為「Y」接法且分別與三相輸電線相連，其中一個變壓器的次級與無功功率控制器相連，內部電路還增設有供電系統對地絕緣檢測電路，該電路包含一個呈「Y」連接、分別與三相輸電線相連且每相分別串接有二極體D1、D2、D3和電阻R3、R4、R5的三相電路，該三相電路的中性點與地之間連接有漏電閉鎖繼電器LSJ，該繼電器的常閉觸點LSJ-1串接於裝置的開、閉控制迴路。漏電閉鎖繼電器的常開觸點LSJ-2與發光二極體L9串接後並聯於裝置的開、閉控制迴路，漏電閉鎖繼電器選用LSJ-00型號。供電系統對地絕緣良好時，漏電閉鎖繼電器的常閉觸點LSJ-1閉合，裝置的開、閉控制迴路正常工作，裝置可以正常啟動或運行，供電系統對地絕緣小於標準時，漏電閉鎖繼電器的常閉觸點斷開，使裝置不能正常啟動。運行中供電系統如果對地絕緣下降至要求值以下，裝置會自動切斷電源，同時，其常開觸點LSJ-2閉合，發光二極體L9導通，進行非投切顯示。
殼體的另一側開有密封、玻璃的功率因數觀察窗口7、密封、玻璃的投切狀態觀察窗口8。功率因數觀察窗口有由壓板30、壓板壓緊的密封圈31、玻璃32構成窗口的密封結構，該窗口附近與殼體固定設有支撐架33，無功功率控制器3以顯示屏面對觀察窗口的位置固定在該支撐架33上；同樣地，在投切狀態觀察窗口也有由壓板20、壓板壓緊的密封圈21、玻璃22構成的密封結構，該窗口附近與殼體固定有支撐架23，投入狀態顯示元件9(發光二極體LX)固定在該支撐架23上。
電容器投切模塊4固定於殼體內壁上，在隔爆殼體外表面設有散熱片11。隔爆殼體內固定有多層支撐架12，本實施方式中隔爆殼體內有三個多層支撐架，補償電容器CX(5)、電抗器RATX(6)及內部電路中的其它電器元件(如熔斷器、保護器、小型變壓器等)分別布置、固定於支撐架的各層上，雖然，內部電路的構成部分、部件的分布、固定位置較現有產品有所改變，其內部電路的電路連接結構除增設部分與現有產品是相同的。
按照井下防爆電器設備的結構安全規程，該裝置在隔爆殼體上固定有包含轉動手柄16、隔離開關K1(15)的殼體開閉連鎖機構，只有轉動手柄使隔離開關開啟，從而切斷整個裝置的供電時才能打開殼體的殼蓋。殼體的殼蓋關閉後，只有轉動手柄使隔離開關閉合，裝置才能正常運行。
通過殼體一側接線箱上的進、出線口，將該裝置接入井下輸電線路。無功功率控制器對線路的無功電流進行跟蹤監測，當電機起動需要進行補償時，通過控制電容器固態投切模塊，投入最大的補償量，然後再根據負載的變化逐漸退出一定的補償量，使線路保持合適的功率因數，從而實現電網的無功功率自動、動態補償。
權利要求1.隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，包含一側帶有接線箱(1)的隔爆殼體(2)和內部電路，內部電路包含含有單片機系統的無功功率控制器(3)、含有可控矽元件的電容器固態投切模塊(4)、補償電容器CX(5)、電抗器RATX(6)，其特徵為內部電路增設有由三個單相變壓器TRAN1-3(10)構成的信號變壓器組，三個變壓器的初級為「Y」接法且分別與三相輸電線相連，其中一個變壓器的次級與無功功率控制器相連，內部電路還增設有供電系統對地絕緣檢測電路，該電路包含一個呈「Y」連接、分別與三相輸電線相連且每相分別串接有二極體D1、D2、D3和電阻R3、R4、R5的三相電路，該三相電路的中性點與地之間連接有漏電閉鎖繼電器LSJ，該繼電器的常閉觸點LSJ-1串接於裝置的開、閉控制迴路。
2.如權利要求1所述的隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，其特徵為殼體的另一側開有密封、玻璃的功率因數顯示窗口(7)、密封玻璃的投入狀態顯示窗口(8)。
3.如權利要求1、2所述的隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，其特徵為電容器投切模塊(4)固定於殼體內壁上，在隔爆殼體外表面設有散熱片(11)。
4.如權利要求1、2所述的隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，其特徵為與隔爆殼體內底部固定設有多層支撐架(12)，內部電路的構成部分或構成部件分置固定在支撐架的各層上。
5.如權利要求3所述的隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，其特徵為與隔爆殼體內底部固定設有多層支撐架(12)，內部電路的構成部分或構成部件分置固定在支撐架的各層上。
專利摘要本實用新型為隔爆型無觸點動態無功功率補償裝置，包含隔爆殼體和內部電路，內部電路無功功率控制器、電容器固態投切模塊、補償電容器，內部電路增設有與三相輸電線相連的信號變壓器組，，構置一個人為中性點，殼體的另一側開有功率因數觀察窗口和投切狀態觀察窗口。電容器投切模塊4固定於殼體內壁上，在隔爆殼體外表面設有散熱片，隔爆殼體內固定有多層支撐架12，內部電路的構成部分或構成部件分置固定在支撐架的各層上。本實用新型通過對現有產品的改進，將無觸點動態無功功率補償技術由非防爆型結構設計改進成隔爆型產品。本裝置可廣泛應用於煤礦井下變動負荷之大型設備，也可用於化工、油庫、麵粉加工等需防爆的場合。
文檔編號H02J3/18GK2559156SQ02267768
公開日2003年7月2日 申請日期2002年6月18日 優先權日2002年6月18日
發明者李建勝, 陳君誠, 呂光明, 韓樸, 李彧榮, 王維虎, 張燕, 羅滬生, 邢建華, 田曉平, 房良, 趙淑梅, 李萍 申請人:山西焦煤集團有限責任公司