智能相控式低壓電力電容器的製作方法
2024-02-13 22:25:15 2
專利名稱：智能相控式低壓電力電容器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電容器，尤其涉及一種作為低壓電力無功功率自動控制補償
的智能相控式低壓電力電容器。
背景技術：
目前國內外市場上的裝置所採用對電力電容器的過零投切方案分為四類無觸點 晶閘管(可控矽)、晶閘管和二極體反並聯的開關、電子複合開關及電子電磁複合式智能電 容器，所採用的受控制器來控制的補償系統，其投切的都是採用高功耗的晶閘管來實現過 零。這些電容器都存在體積大、器件多、結構複雜、且受控制器影響等缺點。可控矽、晶閘管 雖然有很多優點，但是其承受過電壓和過電流的能力較差，很短時間的過電壓和過電流就 會被損壞，並且不可修復，使用於低壓電力電容器零投切控制的晶閘管又工作於低壓電力 網，其因操作、諧波、雷擊等原因工況複雜多變，因此在瞬息萬變的電網條件中易損壞，可控 矽電路本身也是諧波源，大量的應用會對低壓電網的波形不利。 低壓電力電容器的智能化就是將低壓電力電容器設計成一種高度智能化的低壓 無功自動補償的單元裝置，使該裝置可以積木式簡單組裝成滿足各種補償要求的低壓無功 補償系統。 智能式低壓電力電容器主要由低壓電力電容器、智能組件、開關器件、保護組件和 人機聯繫組件等組成。現有的智能電力電容器開關器件採用電磁、電子複合式開關，即將電 磁開關與電子開關的觸點並聯。該方案採用的可控矽、晶閘故障率高，且現有產品結構設計 不夠靈活，產品維護困難。且產品結構不夠靈活，不易標準化、規範化。 現有的低壓無功自動補償控制器結構模式沒有發生任何變化，這種結構模式形成 的產品體積大，內部複雜，可維護性差，容量沒有可調性，故障率高且維護困難，裝置的進一 步智能化困難，很難實現裝置較完全的自診斷功能和電容器的三相不平衡等保護。而且，目 前用於控制電容器投放的繼電器在正常工作時，處於高功耗狀態，能源消耗大，電器損耗嚴重。
發明內容針對已有技術存在的不足，本實用新型的目的在於提供一種結構新穎、具有安全 性、穩定可靠性、經濟性、節能環保性的作為低壓電力無功功率自動控制補償的智能相控式 低壓電力電容器。 實現本實用新發明目的的技術方案如下 —種智能相控式低壓電力電容器，包括CPU控制板，電源板，保護斷路器和電力電 容器，四者採用積木插拔方式連接在一起，所述CPU控制板由DSP控制電路和磁保持繼電器 組成；電源板由模塊電源、電壓互感器和電流互感器組成；電力電容器上設有電容接線孔 及溫度傳感器，CPU控制板和電源板通過一組排針交換弱電模擬信號；磁保持繼電器則通 過螺絲分別穿過相應的電流互感器然後壓入電力電容器上的電容接線孔內；電源板上的引線和磁保持繼電器的另一個輸入分別接入相應的小型斷路器的輸出端。 只有電力電容器的體積隨容量大小而變化，其他裝置大小不變。 本實用新型智能控制電路以DSP控制電路為中心，模擬採樣電路採集數據經模擬
量輸入電路處理，將數據輸入到DSP控制電路加以處理分析，根據計算數據DSP控制器控制
繼電器控制電路進行投切變換與否，並將動作數據存儲在EFR0M電路中，另DSP控制器又可
以通過485通訊電路與其他主從機或液晶進行通信。 所述DSP控制電路(5)設有CPU控制晶片。CPU控制晶片採用Microchip最新技 術的16位DSP晶片33F204，此片以其穩定的16位運算，內置13路模數轉換器模塊輸入通 道。和多個輸出控制管腳等優點使的本裝置高度智能化。DSP控制晶片通過對P25、P26、 P27、 P32、 P33、 P34、 P19、 P20、 P21輸入的模擬量通過內部AD轉換成數字量，計算出有功功 率、無功功率、視在功率、功率因數等；並根據定值計算和模擬量採集通過輸出口 P36、 P37、 P38控制繼電器控制電路進行電壓過零時投入或者電流過零時切出。 DSP晶片根據輸入的模擬量數據通過AD轉換成數字量，然後計算出系統中的功率 因數等，根據設定的定值判斷是否需要投退操作。當系統功率因數大於設定閾值上限，主機 計算出應該投入機子地址，發出投入命令，當機子接到投入命令後，對系統電壓進行過零判 斷，過零時發出繼電器投入命令，投入結束；當系統功率因數小於設定閾值下限，主機計算 出應該退出機子地址，發出退出命令，當機子接到投入命令後，對系統電壓進行過零判斷， 過零時發出繼電器投入命令，切出結束；以此循環動作。 本實用新型電容器改變電容分組方式，由非等容分組改為等容分組，延長了電容 的使用壽命。 綜上所述，本實用新型產品具有以下優點 1、改變原有不合理的電容投切方式，由先投後切改為先投先切，改變電容分組方 式，由非等容分組改為等容分組，延長了電容的使用壽命。採用機械式磁保持繼電器實現電 壓過零投入，電流過零切除，使得無投切湧流，從而減輕對設備的電壓衝擊和電流衝擊，極 大地提高電容器的使用壽命。用脈衝控制電磁式繼電器的投切，投切完成後，電磁式繼電器 控制端加載電壓為零，此時繼電器功耗為零，實現"動作時低功耗，工作時無功耗"從而達到 節能，降低成本的目的。 2、投切低壓電力電容器採用機械式磁保持繼電器開關，可以在開關觸點二端交流 電壓為零時閉合觸點，觸點閉合時可以在通過其交流電流為零時斷開觸點，從而使投、切負 載時無湧流。基於機械式式磁保持繼電器的觸點式"零投切"開關電器具有最好的性價比，
特別是其機械壽命、電氣壽命達到ioo萬次投切的可靠性，磁保持繼電器用脈衝實現投切
控制，實現磁保持繼電器無功耗工作，這是其它開關電器所不能及的。 3、電容器的各相電流取樣採用以玻鏌合金為芯的微型互感器，線性度高、頻率特 性好、相差小，保證電流、功率測量和電流型保護的準確與穩定。 4、將多個電容器以主從方式組成一個星形網絡，其中一臺電容器控制器為主機其 他為從機。改變了傳統的級聯方式，通過主機根據功率因素等直接控制各個從機的投切狀 態，並進行記錄。若從機出現故障自動退出，不影響其他從機工作；若主機出現故障，在從機 中自動產生一主機繼續工作，組成一個新的系統；容量相同的電容器按循環投切原則，容量 不同的電容器按適補原則投切；RS485通訊接口，可以接入後臺計算機，構成配電綜合管理系統。 5、擴容方便產品體積小，接線簡單，隨著電力用戶無功負荷的增加，可以隨時增 加智能電力電容器的數量，改變了常規模式因接線複雜、產品體積大而安裝一成不變的局 限性，適應企業發展的需要，可以分期投資。 6、人機接口方便採用中文顯示液晶屏，可顯示系統電壓UA、 UB、 UC、 UAB、 UBC、
UCA，系統電流IA、 IB、 IC，系統功率P， Q、 S，功率因數C0S，頻率F、電容器電流ICA、 ICB、 ICC
等系統參數，裝置告警類型，如過壓、欠壓、過流、過溫、三相不平衡等以及電容器每相投退
狀態；同時智能式電容器還具備自診斷功能，可以在液晶屏上反應如網絡通訊等故障，有利
於現場故障查找。通過人機接口還可進行每相電容器的手動投切和各種參數的修改設定。 7、積木結構產品標準化、模塊化、智能化、集成化，創新的產品結構和功能設計取
代了傳統的控制器、空氣開關、交流接觸器、可控矽、熱繼電器、電容器，將其合為一個整體，
組屏安裝的時候採用積木堆積方式，電容器損壞時只需單體簡單快速更換。 8、綠色環保電容器本體採用乾式自愈式電容器，無洩漏、整體阻燃防暴、綠色環
保，年衰減率小於1%。
圖1為本實用新型智能相控式低壓電力電容器的結構示意圖； 圖2為本實用新型智能相控式低壓電力電容器產品的結構框圖； 圖3a為本實用新型智能相控式低壓電力電容器的電路原理圖； 圖3b為本實用新型智能相控式低壓電力電容器的電路原理圖； 圖4為本實用新型智能相控式低壓電力電容器的三相共補單臺電容器的工作原理圖。 圖中標號說明 l-CPU控制板 2-電源板 3-保護斷路器 4-電力電容器 5-DSP控制電路 6-磁保持繼電器 7-模塊電源、 8_電壓互感器 9-電流互感器 10-電容接線孔
具體實施方式
以下結合附圖1-圖4進一步說明本實用新型是如何實現的。 實施例 如圖1所示，本實用新型產品有四部分模塊組成，除模塊電力電容4可隨容量大小 不同體積變換外，CPU控制板1、模塊電源板2和保護斷路器3組成的控制電路其體積尺寸 一定。本結構接線方便，集成度高，如有故障只需更改換相應模塊，對其他模塊無影響。 模塊CPU控制板1 ，主要由CPU控制電路5和三個磁保持繼電器6組成；模塊電源 板2由模塊電源7、電壓互感器8和電流互感器9組成；模塊保護斷路器3 ;模塊電力電容器 4上設有電容接線孔10。模塊CPU控制板1和模塊電源板2通過一組排針交換弱電模擬信 號；三個磁保持繼電器6則通過三個銅螺絲分別穿過相應的電流互感器9然後壓入電容接 線孔10內；另外，電源板2上的三條引線和三個磁保持繼電器6的另一個輸入分別接入相 應的保護斷路器3的輸出端。
5[0036] 如圖2所示，產品以DSP處理器為中心，由外接電流互感器、電壓互感器、電流互感 器、溫度傳感器、485通信接口 、繼電器、中文LCD顯示、電力電容器零、投切開關等元部件組 成。外接電流互感器、電壓互感器、電流互感器、溫度傳感器分別採集的母線電流、電壓、電 容電流和電容器溫度模擬量輸入到DSP進行處理；中文LCD顯示通過485通信接口和DSP 進行參數交換；而繼電器則有DSP輸出口通過繼電器控制電路進行過零投切電力電容器。 如圖3a， 3b所示，附圖為本實用新型電路原理圖。電源電路交流電380V經交流變 壓器T0分別輸出5V、4V、18V交流電壓，整流濾波後分別由U10、U1和U2穩壓後輸出，+5V、 +3. 3V和+12V直流電壓；此電路為後面所有電路提供穩定可靠電源。 模擬採樣電路中電壓互感器T4、 T5和T6分別採樣UA、 UB、 UC電壓，電流互感器 TIA、TIB和TIC則分別採樣電容工作電流，溫度傳感器IC和IM為電容器工作溫度取樣；模 擬採樣電路採集的模擬信號，經過模擬量輸入電路處理直接輸入到DSP控制電路。外置母 線電流互感器採集的母線電流也通過模擬量輸入電路PHA-0、PHB-0和PHC-0把信號輸入到 DSP控制電路。 CPU控制晶片採用Microchip最新技術的16位DSP晶片33F204,此片以其穩定的 16位運算，內置13路模數轉換器模塊輸入通道。和多個輸出控制管腳等優點使的本裝置高 度智能化。DSP控制晶片通過對P25、 P26、 P27、 P32、 P33、 P34、 P19、 P20、 P21輸入的模擬量 通過內部AD轉換成數字量，計算出有功功率、無功功率、視在功率、功率因數等；並根據定 值計算和模擬量採集通過輸出口 P36、 P37、 P38控制繼電器控制電路進行電壓過零時投入 或者電流過零時切出。 光耦晶片U3、功放控制晶片U5、 U6、 U36組成繼電器控制電路，根據DSP輸出口 P36、 P37、 P38變換進行三相繼電器動作控制。 在組網控制或者定值設定時，則通過通訊晶片U485組成的485通訊電路實現主從 機之間或者液晶和控制器間的數據交流。液晶設定定值則存儲在EFROM電路的存儲晶片U2 中。 如圖4所示，為三相共補單臺電容器的工作原理圖，其中UA，UC是母線電壓測量和 配電功率因素測量的電壓取樣，以及過壓、欠壓取樣，每個智能電容器都內置三個電壓互感 器對母線三相電壓UA， UB， UC進行測量。 IA， IC是母線三相電流的電流取樣信號和功率因素測量的電流取樣信號，母線三 相電流測量採用外部電流互感器，一個智能電容器無功補償網絡系統共用一組外部電流互 感器採母線電流信號。 ICA， ICC是微型CT電容器電流測量取樣、電容器過流取樣及電容器切時的過零點
的取樣，每個智能電容器都內置三個電流互感器對ICA， ICC進行測量。 另外智能電容器還有電壓過零檢測電路，DSP根據過零檢測電路輸出波形的上升
沿或下降沿可以方便地控制電容器過零退出；在電容器內部有微型溫度傳感器，對電容器
溫度測量及保護取樣。
權利要求一種智能相控式低壓電力電容器，包括CPU控制板(1)，電源板(2)，保護斷路器(3)和電力電容器(4)，其特徵在於所述電源板(2)，CPU控制板(1)和電力電容器(4)、保護斷路器(3)採用積木插拔方式連接在一起，所述CPU控制板(1)由DSP控制電路(5)和磁保持繼電器(6)組成；電源板(2)由模塊電源(7)、電壓互感器(8)和電流互感器(9)組成；電力電容器(4)上設有電容接線孔(10)及溫度傳感器，CPU控制板(1)和電源板(2)通過一組排針交換弱電模擬信號；磁保持繼電器(6)則通過螺絲分別穿過相應的電流互感器(9)然後壓入電力電容器(4)上的電容接線孔(10)內；電源板(2)上的引線和磁保持繼電器(6)的另一個輸入分別接入相應的小型斷路器(3)的輸出端。
2. 根據權利要求1所述的一種智能相控式低壓電力電容器，其特徵在於電力電容器 (4)的體積隨容量大小而變化。
3. 根據權利要求1所述的一種智能相控式低壓電力電容器，其特徵在於所述DSP控 制電路(5)對模擬採樣電路採集的數據加以處理分析，根據計算數據控制磁保持繼電器 (6)控制電路進行投切變換與否，並將動作數據存儲在EFROM電路中。
4. 根據權利要求3所述的一種智能相控式低壓電力電容器，其特徵在於所述DSP控 制電路(5)通過通訊電路與其他主從機或液晶進行通信。
5. 根據權利要求1所述的的一種智能相控式低壓電力電容器，其特徵在於所述DSP 控制電路(5)設有CPU控制晶片，DSP晶片根據輸入的模擬量數據通過AD轉換成數字量， 然後通過計算出系統中的各參數，根據設定的定值判斷是否需要投入或退出操作。
6. 根據權利要求1所述的的一種智能相控式低壓電力電容器，其特徵在於所述電力 電容器(4)的電容分組採取等容分組。
7. 根據權利要求1所述的的一種智能相控式低壓電力電容器，其特徵在於所述電力 電容器(4)的各相電流取樣採用以玻鏌合金為芯的微型互感器。
8. 根據權利要求1所述的的一種智能相控式低壓電力電容器，其特徵在於所述電力電容器(4)是將多個電容器以主從方式組成一個星形網絡，其中一臺電容器為主機，其他 電容器為從機。
9. 根據權利要求1所述的的一種智能相控式低壓電力電容器，其特徵在於電容器本體採用乾式自愈式電容器。
專利摘要本實用新型公開了一種智能相控式低壓電力電容器，包括CPU控制板、電源板、保護斷路器和電力電容器，四者採用積木插拔方式連接在一起，所述CPU控制板由DSP控制電路和磁保持繼電器組成；電源板由模塊電源、電壓互感器和電流互感器組成；電力電容器上設有電容接線孔及溫度傳感器，CPU控制板和電源板通過一組排針交換弱電模擬信號；磁保持繼電器則通過螺絲分別穿過相應的電流互感器然後壓入電力電容器上的電容接線孔內；電源板上的引線和磁保持繼電器的另一個輸入分別接入相應的小型斷路器的輸出端。本實用新型產品具有功耗低、節能環保、高穩定性和可靠性等優點。
文檔編號H02J3/18GK201466734SQ20092007778
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月2日 優先權日2009年7月2日
發明者黃仁強 申請人:上海繼鐵電力自動化科技有限公司