一種歐變無功功率補償裝置的製作方法

2023-08-22 11:50:56 1

專利名稱：一種歐變無功功率補償裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及輸變電設備領域的一種歐變無功功率補償裝置。
背景技術：
隨著國民經濟的高速發展和人民生活水平的提高，城鄉用電負荷與日俱增，配電系統最高負荷逐年刷新，對生產和生活用電對電能質量的要求也越來越嚴格，而隨著負荷的變化對電壓無功的調節需求往往很頻繁，如果進行人為調節幹預，一方面增加調度員的負擔且可能不及時，另一方面在判斷上很難做到周全合理，不能保證良好的供電質量和充分利用電壓無功調節設備的潛力。隨著電力電子技術的發展，逐漸出現了變壓器無功功率自動補償控制裝置。它的使用，可以減輕運行人員的工作量，提高電壓及無功控制的實時響應速度。但是，此類裝置存在著硬體設計重複、增加設備投資及易損壞、控制不靈活等缺點。採用了此類裝置，用戶側的電能質量問題主要包括無功功率問題，即功率因數偏低的問題，原有配電臺區，即箱變缺少就地支撐設備，低壓線路功率因數普遍偏低，大量無功功率在配電系統中流動，造成電能浪費。由於歐變，即歐式箱式變壓器數量較多、安裝地點千差萬別、歐變的容量也不相同，為此研究出適合歐變配電系統的低壓無功功率自補償裝置是非常有必要。

發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種歐變無功功率補償裝置。其能耗低，運行穩定。實現上述目的的一種技術方案是一種歐變無功功率補償裝置，包括控制器、互感器、刀熔開關和補償電路；所述補償電路包括若干組相互並聯的電容器組，所述補償電路上的每組電容器組都通過與所述電容器組依次串聯的複合開關和空氣開關，與所述刀熔開關的輸出端連接；所述複合開關是由相互並聯的可控矽開關和交流接觸器組成的，所述複合開關上設置控制信號輸入端；所述控制器的輸入端通過所述互感器連接配電系統，所述控制器的輸出端連接所述補償電路上的每個所述複合開關的控制信號輸入端；所述刀熔開關的輸入端連接配電系統。進一步的，所述補償電路上的所述電容器組分為共補電容器組和分補電容器組，所述補償電路上的所述分補電容器組通過一根導線與所述配電系統上的N相零線連接。再進一步的，所述補償電路上設有最多十二組共補電容器組和最多四組分補電容器組。進一步的，所述控制器包括設置於所述控制器輸入端的數模轉換電路、設置於所述控制器內的DSP晶片和設置於所述控制器輸出端的信號放大電路。進一步的，所所述控制器的輸出端還連接所述配電系統的N相零線。
進一步的，所述刀熔開關的輸出端還連接避雷器。進一步的，所述控制器上還連接有控制複合開關，所述控制複合開關的結構是與所述補償電路上的所述複合開關的結構是相同的。採用了本發明的一種歐變無功功率補償裝置的技術方案，即在所述歐變無功功率補償裝置的補償電路上設置複合開關，所述複合開關由相互並聯的可控矽開關和交流接觸器組成的技術方案，其技術效果是所述可控矽開關作為無觸點開關，內設過零觸發模塊，可實現所述電容器組的過零電壓投入、過零電流切除，具有投切無衝擊、無暫態過電壓，開關頻率高，使用壽命長和動態響應快等優點。所述電容器組正常運行由交流接觸器執行，減少了所述可控矽開關功率損耗，並消除了所述可控矽開關的發熱及產生的諧波，使所述無功功率補償裝置具有低能耗和運行穩定可靠的特點。


圖I為本發明的一種歐變無功功率補償裝置的電路結構示意圖；圖2為本發明的一種歐式無功功率補償裝置上的複合開關結構示意圖。
具體實施例方式請參閱圖I和圖2，為了能更好地對本發明的技術方案進行理解，下面通過具體地實施例，並結合附圖進行詳細地說明請參閱圖1，本實施例中的一種歐變無功功率補償裝置，是與配電系統連接的，所述配電系統包括A相線，B相線，C相線和N相零線，所述配電系統連接負載。所述無功功率補償裝置包括控制器200、互感器3、刀熔開關5和補償電路100。所述控制器200的輸入端通過互感器3連接配電系統，所述互感器3為電流互感器和電壓互感器，所述互感器3的作用是對配電系統上的三相電路的電流信號和電壓信號進行採集，同時由於配電系統上的三相電路的電流信號和電壓信號是強電信號，因此所述互感器3的另外一個作用是將所述強電信號轉換成為弱電信號。 所述控制器200的輸入端設置數模轉換電路，即A/D轉換電路，所述數模轉換模塊連接內置於所述控制器200的DSP晶片，所述DSP晶片連接設置於所述控制器200的信號放大電路4。所述數模轉換電路的作用是；將所述弱電信號由模擬信號轉變成為數位訊號。所述DSP晶片在根據所述數位訊號，做出響應，發出控制信號。另外，所述控制器200上還設有數字顯示裝置，顯示所述無功功率補償裝置三相電流、電壓、有功功率、無功功率、電壓的3-11次諧波分量和總的諧波量以及接入地點功率因數，起到電能質量分析儀的作用。所述控制器200的輸出端，還通過一根導線連接所述配電系統上的N相零線，以保護所述控制器200不因為短路電流或者過壓而損壞。此外，所述控制器200還帶有RS232、RS485串口、遠紅外接收器，可很方便地實現 與PC或掌上電腦通信，通過PC機採集、查看和列印控制器200記錄數據。所述補償電路100連接在所述刀熔開關5的輸出端，所述刀熔開關5的輸入端連接所述配電系統，這樣所述補償電路100就可以與配電系統連接，對配電系統進行無功功率補償。
所述補償電路100上設置了若干相互並聯的電容器組。所述電容器組可以分為分補電容器組和共補電容器組。所述補償電路100上，所述共補電容器組最多為十二組，所述分補電容器組最多為四組。本實施例中，所述補償電路100上分別設置了第一共補電容器組101、第二共補電容器組102、第一分補電容器組103、第二分補電容器組104。所述第一分補電容器組103和所述第二分補電容器組104通過一路導線連接所述配電系統上的N相零線。所述第一共補電容器組101、所述第二共補電容器組102、所述第一分補電容器組103、所述第二分補電容器組104各自連接一個複合開關。每個所述複合開關都是由相互並聯的可控矽開關23和交流接觸器24組成的，所請參閱圖2。同時所述補償電路100上的每個所述複合開關上都設有控制信號輸入端，這是目前該類複合開關上的常規配置。所述控制器200的輸出端連接所述補償電路100上的每個所述複合開關的控制信號輸入端；這樣所述補償電路100就能接收由所述控制器200的DSP晶片發出，並經所述放大電路5放大的控制信號。所述可控矽開關23作為無觸點開關，內設過零觸發模塊，可實現對所述電容器組的過零電壓投入、過零電流切除，具有投切無衝擊、無暫態過電壓，開關頻率高，使用壽命長和動態響應快等優點。所述電容器組正常運行由所述交流接觸器24執行，減少了所述可控矽開關23功率損耗，並消除了所述可控矽開關23的發熱及產生的諧波，使所述無功功率補償裝置具有低能耗和運行穩定可靠的特點。所述第一共補電容器組101、所述第二共補電容器組102、所述第一分補電容器組103、所述第二分補電容器組104分別連接的所述複合開關分別為第一複合開關211、第二複合開關212、第三複合開關213和第四複合開關214。所述第一複合開關211、所述第二複合開關212、所述第三複合開關213和所述第四複合開關214分別連接第一空氣開關221、第二空氣開關222、第三空氣開關223和第四空氣開關224，所述第一空氣開關221、所述第二空氣開關222、所述第三空氣開關223和所述第四空氣開關224分別連接所述刀熔開關5的輸出端，這樣所述補償電路100就與所述刀熔開關5的輸出端連接。本實施例中，所述補償電路100上的所有所述複合開關中的所述可控矽開關上還設置了散熱器。此外，所述刀熔開關5的輸出端還連接有避雷器6。此外所述控制器200的控制端，還連接有四個控制複合開關，所述控制複合開關的結構所述補償電路上的所述複合開關的結構是相同的。這四個所述控制複合開關分別是第一控制複合開關211 ;第二控制複合開關212 ;第三控制複合開關213和第四控制複合開關214，分別對所述述第一共補電容器組101、所述第二共補電容器組102、所述第一分補電容器組103、所述第二分補電容器組104進行人工投切。所述無功功率補償裝置是裝在箱體內的，所述無功功率補償裝置的箱體結構充分考慮了高溫、潮溼和雷擊等惡劣環境的適用性，並且採用表面經塗敷處理的不鏽鋼製成，結構牢固、通風散熱性好並且防水。所述箱體上的安裝支架均採用熱鍍鋅等防腐措施處理，並對所述箱體上的所有外露電子元件進行絕緣措施處理。所述箱體分為六個分室控制器室安裝所述控制器200、斷路器室安裝所述補償電路100上的所有所述空氣開關、熔斷器室安裝所述刀熔開關5、 可控矽模塊室安裝所述補償電路100上的所有所述複合開關中的可控矽開關23、交流接觸器室安裝所述補償電路100上的所有所述複合開關中的交流接觸器24、電容器室安裝所述補償電路100上的所有所述電容器組。箱體採用模數化結構設計，可以20mm模數進行擴展。所述控制器200和所述補償電路100上的所有所述電容器組組成控制和電容單元，所述刀熔開關5以及所述補償電路100上的所有所述複合開關和所述空氣開關和組成進線和投切單元，這兩個單元可以靈活地進行修改、功能擴展和填充，有利於將來產品的升級換代。對於DSP晶片的做了如下的改進。所述DSP晶片中內置電壓電流相位判斷程序，可以自動檢測輸入電流和電壓的相位是否反相，如果反相，程序可以自動調整，使得電流和電壓波形同相。電流和電壓反相問題的解決大大方便了裝置的安裝、維修和調試。此外所述DSP晶片內還裝有進行諧波計算的程序，該程序是通過快速傅立葉變換算法，即FFT的算法實現的。為了避免所述補償電路100上的所述電容器組在電壓過低和過高的情況下閉鎖，不能再投入運行。也為了避免在負荷小於單級無功功率補償容量、配電系統功率因數很低的情況下，配電系統可能處於過補狀態，導致配電系統終端電壓會被抬高。本實施例採用了無功電壓聯合井形控制方式來投切所述補償電路100上的所述電容器組。即只有在配電系統的系統電壓處於欠壓電壓值和過壓電壓值之間時，本發明的一種歐變無功功率補償裝置才會按照系統設定的無功值和所述控制器200所設定的投限和切限投切所述補償電路上的電容器組。所述DSP晶片，採用積分算法來計算電壓U (" = ^ )、電流I ( / = M idt)和
有功功率P (P = 力)，然後根據U、I、P來推算出線路的實在功率S = (S = U I)，進而得到功率因數(cos<p = P/S )和無功功率(Q = Ssin(p)o當配電系統出現故障，導致所述配電系統斷電的時候，控制器200能夠迅速檢測到錯誤，發出指令主動切除已投入運行的電容器組組。切除方式是零電流切除，這樣不會對所述補償電路100上的電容器組形成衝擊，起到保護所述補償電路100上的所述電容器組合所述可控矽開關，所述歐變無功功率補償裝置內部其它開關的作用，同時延長所述歐變無功功率補償裝置內部元件使用壽命。此外，此外本實施例中的歐變無功功率補償裝置，能夠通過內置於所述控制器200內的DSP晶片，及時記錄故障前的重要電量參數，並將其保存在控制器200的存儲晶片內，並且能在斷電的情況下長時間保存數據60天，為配電系統故障分析提供了便利。因此，所述控制器200可以進行以下操作線路保護跳閘時防止所述補償電路100上的電容器組誤投的閉鎖迴路；所述補償電路100上的電容器組保護動作時，發出閉鎖的控制指令；所述補償電路100上的電容器組開關故障或檢修時，發出閉鎖的控制指令；當設定時間內，所述補償電路100上的同一電容器組得到相反指令時，發出閉鎖的控制指令；投A電容器組後引起諧波越界時，發出切除指令。本發明的歐變無功功率補償裝置的投入使用可實現無功功率就地補償，明顯減少配電系統功率損耗，並提高相關變壓器的利用率，提高配電系統的功率因數。本實施例中的歐變無功功率補償裝置是按相補償，有利於改善三相電壓的不平衡度，使得每相的補償得到最佳效果。同時，本實施例中的歐變無功功率補償裝置，還具有保護功能，可針對缺相、短路、過載、過壓、欠壓、諧波越界燈異常狀況對所述歐變無功補償裝置進行保護。過壓保護在DSP晶片內設定過壓報警值和過壓閉鎖值，當配電系統電壓高於過壓報警值時，過壓報警燈亮；當配電系統電壓高於過壓閉鎖值時，所述控制器200閉鎖輸出信號。欠壓在DSP晶片內設定欠壓報警值和欠壓閉鎖值當配電系統電壓低於欠壓報警值時，欠壓報警燈亮；當配電系統電壓低於欠壓閉鎖值時，所述控制器200閉鎖輸出信號。諧波保護在DSP晶片內設定諧波越界報警值和諧波越界閉鎖值，當配電系統諧 波高於諧波越界報警值時，諧波報警燈亮；當配電系統諧波高於諧波越界閉鎖值時，所述控制器200閉鎖輸出信號。本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求書範圍內。
權利要求
1.一種歐變無功功率補償裝置，包括控制器(200)、互感器(3)、刀熔開關(5)和補償電路(100);其特徵在於 所述補償電路(100)包括若干組相互並聯的電容器組，所述補償電路(100)上的每組電容器組都通過與所述電容器組依次串聯的複合開關和空氣開關，與所述刀熔開關(5)的輸出端連接；所述複合開關是由相互並聯的可控矽開關(23)和交流接觸器(24)組成的，所述複合開關上設置控制信號輸入端； 所述控制器(200)的輸入端通過所述互感器連接配電系統，所述控制器(200)的輸出端連接所述補償電路(100)上的每個所述複合開關的控制信號輸入端； 所述刀熔開關(5)的輸入端連接配電系統。
2.根據權利要求I所述的一種歐變無功功率補償裝置，其特徵在於所述補償電路(100)上的所述電容器組分為共補電容器組和分補電容器組，所述補償電路(100)上的所述分補電容器組通過一根導線與所述配電系統上的N相零線連接。
3.根據權利要求2所述的一種歐變無功功率補償裝置，其特徵在於所述補償電路(100)上設有最多十二組共補電容器組和最多四組分補電容器組。
4.根據權利要求I至3中任意一項所述的一種歐變無功功率補償裝置，其特徵在於所述控制器(200)包括設置於所述控制器(200)輸入端的數模轉換電路、設置於所述控制器(200)內的DSP晶片和設置於所述控制器(200)輸出端的信號放大電路(4)。
5.根據權利要求I至3中任意一項所述的一種歐變無功功率補償裝置，其特徵在於所述控制器(200)的輸出端還連接所述配電系統的N相零線。
6.根據權利要求I或2或3所述的一種歐變無功功率補償裝置，其特徵在於所述刀熔開關(5)的輸出端還連接避雷器(6)。
7.根據權利要求I或2或3所述的一種歐變無功功率補償裝置，其特徵在於；所述控制器(200)上還連接有控制複合開關，所述控制複合開關的結構是與所述補償電路上的所述複合開關的結構是相同的。
全文摘要
本發明公開了一種用於輸配電領域的歐變無功功率補償裝置，包括控制器、互感器、刀熔開關和補償電路；所述補償電路包括若干組相互並聯的電容器組，所述補償電路上的每組電容器組都通過與所述電容器組依次串聯的複合開關和空氣開關，與所述刀熔開關的輸出端連接；所述複合開關是由相互並聯的可控矽開關和交流接觸器組成的，所述複合開關上設置控制信號輸入端；所述控制器的輸入端通過互感器連接配電系統，所述控制器的輸出端連接所述補償電路上的每個所述複合開關的控制信號輸入端；所述刀熔開關的輸入端連接配電系統。其技術效果是其具有低能耗和運行穩定可靠的特點。
文檔編號H02J3/18GK102624008SQ20121010126
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者張建興, 殷振達, 王鵬, 陳建友, 黃聽華, 黃維華 申請人:上海市電力公司, 江蘇方程電力科技有限公司