專利名稱：全自動無觸點(diǎn)投切無功補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種交流配電網(wǎng)絡(luò)的電路裝置，尤其涉及一種網(wǎng)絡(luò)中調(diào)整消除或補(bǔ)償無功功率的裝置。
電力系統(tǒng)中的大量感性負(fù)荷使電力系統(tǒng)功率因降低，感性無功電流增大，這可使線路上電能損耗加大，電壓降低。輸配電設(shè)備過載發(fā)熱，因此對電網(wǎng)和電力用戶都有很大危害。傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備大多用人工投切或用有觸點(diǎn)開關(guān)自動投切。由于上述投切無法實現(xiàn)三相電源與三相電容間的等電壓或稱零壓差投切，因而在投切過程中存在嚴(yán)重的打火、拉弧及切沖擊電流大等現(xiàn)象，再加上有觸點(diǎn)機(jī)械式投切存在振動、噪聲、速度慢、易損壞等缺點(diǎn)，使其無法工作在自動頻繁投切運(yùn)行狀態(tài)中。近期雖出現(xiàn)了一些無觸點(diǎn)無功補(bǔ)償裝置，實現(xiàn)了無沖擊、零壓差投切，但所用可控硅元件較多，成本高，另外由于其箱體防護(hù)性能低，也不適于在廣大農(nóng)村電網(wǎng)推廣使用。
本實用新型的目的在于解決已有無功補(bǔ)償設(shè)備存在的問題，采用二相半控閥對三相△型電容器進(jìn)行快速、無觸點(diǎn)、無火花、無沖擊的投切，大幅度降低了無觸點(diǎn)開關(guān)的成本，同時使用△型三相電容，成本也較三相Y型電容低許多.。本裝置采用的帶有防雨、防蟲和溫控裝置的戶外型箱體，也可使本設(shè)備長期可靠地運(yùn)行在多種環(huán)境溫度的戶外環(huán)境中。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的在溫控箱體內(nèi)有微機(jī)無功監(jiān)控裝置，空氣開關(guān)，方波采樣電路，零壓差觸發(fā)電路，兩個△型三相電容器，兩路二相半控閥投切電路，電流互感器；其中空氣開關(guān)分別連接三相負(fù)荷和兩路二相半控閥投切電路，其中A相電流通過電流互感器和微機(jī)無功監(jiān)控裝置相連，微機(jī)無功監(jiān)控裝置連接A相電壓，零壓差觸發(fā)器，和通過電流互感器連接負(fù)荷A相電流，零壓差觸發(fā)器分別連方波采樣電路和兩路二相半控閥投切電路和兩個△型三相電力電容器；后者電容器又與兩路二相半控閥投切電路相連。
本實用新型的優(yōu)點(diǎn)是通過單片機(jī)(8051)系統(tǒng)對電網(wǎng)某輸電線路的無功功率和無功電流進(jìn)行快速精確的檢測，經(jīng)分析計算按2∶1碼方式對兩個三相電容器進(jìn)行組態(tài)投切，同時利用二相半控閥實現(xiàn)三相電器的零壓差固態(tài)投切技術(shù)，投切速度快，無沖擊、無火花，成本低，電抗器La1、Lb1、La2、Lb2的精心匹配，可使設(shè)備抵御和消除大部分諧波，特殊的溫控箱體使本設(shè)備在戶外運(yùn)行的可靠性大大提高。并且比現(xiàn)有的補(bǔ)償裝置節(jié)省2/3的可控硅元器件。
以下結(jié)合附圖對本實用新型實施例作進(jìn)一步說明。


圖1、本實用新型原理框圖。
圖2、本實用新型電路原理圖。
圖3、本實用新型二相半控閥零壓差觸發(fā)脈沖的波型圖。
圖4、本實用新型箱體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5、本實用新型箱體前后門四周的防雨折彎A-A剖面圖。
如圖1-2所示，在節(jié)省2/3可控硅的戶外全自動無觸點(diǎn)投切無功補(bǔ)償裝置的戶外型不銹鋼(也可用其它材料)溫控箱體XT內(nèi)，空氣開關(guān)KK分別連三相電及負(fù)荷FH和兩路二相半控閥投切電路TQ1、TQ2，A相電流通過電流互感器CTL和微機(jī)無功監(jiān)控裝置KZ連，KZ裝置又連A相電壓和零壓差觸發(fā)器CF，CF電路分別連方波采樣電路FB和兩路二相半控閥投切電路TQ1、TQ2和兩個△型三相電力電容器C1、C2，C1、C2又與TQ1，TQ2相連。
本實用新型用單片機(jī)系統(tǒng)(8051及其硬件、軟件)構(gòu)成快速采樣并控制投切的微機(jī)無功監(jiān)控裝置KZ，它測取A相電壓uA電流iA及已投入的無功電流if經(jīng)計算得到當(dāng)前需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率Q或無功電流IQ，然后按2∶1碼的方式對電容投功實現(xiàn)閉環(huán)控制，若Q大于最小分組電容所提供的無功ΔQ，則不斷增加電容的投切組數(shù)，若當(dāng)前所測無功Q小于等于ΔQ，則維持原有投切組數(shù)不再增加，若當(dāng)前所測無切Q小于0.2×ΔQ時，則減少投切電容器的組數(shù)。單片機(jī)系統(tǒng)還設(shè)置了過壓、欠壓、過流、過熱、反相序、缺相保護(hù)，設(shè)置了最新半年期無功投切運(yùn)行狀況記錄，所存記錄可經(jīng)串行口RS傳輸給載波機(jī)或無線電臺或紅外收發(fā)裝置。監(jiān)控裝置KZ還設(shè)有2∶1碼投切輸出信號K1、K2，(K3為4∶2∶1碼為7級投切控制時的備用輸出口)，脈沖串輸出F，投切信號K1、K2，無需延時，具有實時快速投切的優(yōu)點(diǎn)，由于電容C2的容量是電容C1的2倍，所以當(dāng)K，K1為“00”時C2、C1都不投切，為“01”時只投C1，為“10”時只投C2、相當(dāng)于2C1，當(dāng)為“11”時C2、C1都投入，相當(dāng)于3C1。本設(shè)備所用元件少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，補(bǔ)償效果也較滿意，例如設(shè)未補(bǔ)償時線路功率因數(shù)為0.707，再設(shè)有功功率為1，無功功率為1，補(bǔ)償后線路無功只剩下1/3～0，由
計算知，線路功率因數(shù)可達(dá)0.96～1.0，若還想提高補(bǔ)償效果，可將投切裝置TQ及電容C增至三組實現(xiàn)4∶2∶1碼七級投切，則補(bǔ)償后線路功率因數(shù)可達(dá)到0.99～1.0微機(jī)無功監(jiān)控裝置KZ的K1端接到零壓差觸發(fā)電路CFa1、CFb1的K1端，KZ的K2的端接到觸電路CFa2，CFb2的K2端，KZ的脈沖串輸出端F接到觸發(fā)電路CFa1、CFb1、CFa2、CFb2的F端。四個觸發(fā)電路的輸出Cfa1、Cfb1、Cfa2、Cfb2分別接到可控硅Fa1、Fb1、Fa2、Fb2的+-端上。A、B、C三相電源經(jīng)空氣開關(guān)KK分別接到二相半控閥投切電路TQ1、TQ2和三相△型電容器C1、C2的一端上。TQ1輸出接C1的C1a和C1b端，TQ2的輸出接C2的C2a和C2b。
1.二相半控閥零壓差投切電路TQ1。
A相電源經(jīng)空氣開關(guān)KK接緩沖電抗La1，La1另一端接在可控硅Fa1與二極管Za1反并聯(lián)構(gòu)成的半控閥上，其中并接的R、C串聯(lián)電路為吸收電路，半控閥另一端接△型三相電容C1的C1a端.。同理B相電源經(jīng)空氣開關(guān)KK，緩沖電抗Lb1半控閥Fb1、Zb1、R、C再接到C1的C1b端。而C相電源則經(jīng)空氣開關(guān)KK后直接接在C1的C1c端。TQ2電路結(jié)構(gòu)則與TQ1電路完全相同.
2.方波采樣電路FB由于△型電容C1、C2的C1c、C2c端總接在電源C上，所以在半控閥關(guān)斷時電容的C1a、C2a端總被二極管Za1、Za2鉗位在uac的負(fù)峰值上，而C1b、C2b則被二極管Zb1、Zb2鉗位。在ubc的負(fù)峰值上，而在uac的負(fù)峰值處剛好是ub由正到負(fù)的過零點(diǎn)，而ubc的負(fù)峰值剛好對應(yīng)ua由負(fù)到正的過零點(diǎn)，而方波采樣電路FB則通過采樣變壓器Tb，電阻Ra1，電容Ca，二極管Da，穩(wěn)壓管Wa，非門Ic1構(gòu)成之電路由B相電壓得到與其相位相反的方波信號(-ubF)，而通過采樣變壓器Ta電阻Rb1電容Cb1、二極管Db、穩(wěn)壓管Wb、非門IC2構(gòu)成之電路由A相電壓得到與其相位相同的方波信號uaF。
3.零壓差觸發(fā)電路CFa1由FB得到-ubF波形，其方波上升沿剛好對應(yīng)uaC的負(fù)峰值點(diǎn)，當(dāng)無功監(jiān)控裝置給出K1投切指令時，D觸發(fā)器IC2的D端為高電平，而其觸發(fā)端CP接“-ubF”所以在uaC的負(fù)峰值點(diǎn)，D觸發(fā)器Q端輸出高電平，Q與脈沖串F經(jīng)與門形成與附圖3中的Cfa1相同的觸發(fā)信號，此信號經(jīng)三極管BGa放大再經(jīng)脈沖變壓器MTa1耦合輸出Cfa1，在接到半控閥Fa1的“+-”端，即可實現(xiàn)電容器C1之C1a點(diǎn)與A相電源的等電位投切。CFb1與CFa1同理，它只是在K1為高電平后在uaF的上升沿開始輸出觸發(fā)脈沖Cfb1使電容C1的C1b端與B相電源實現(xiàn)等電位投切。CFa2和CFb2也與CFa1和CFa2相同，只是投切指令信號換成了K2，而其輸出分別控制第二個投切裝置TQ2的可控硅Fa2、Fb2使電容器C2的C2a、C2b端與電源A、B實現(xiàn)零壓差投切，各可控硅需關(guān)斷時，不論關(guān)斷信號何時發(fā)到，可控硅都自動地在其所通過電流第一次過零時無沖擊關(guān)斷。
4.戶外型溫控箱體XT本實用新型采用的戶外型箱體XT為不銹鋼板結(jié)構(gòu)，箱體2設(shè)前后兩扇門3、4以方便前后元件的安裝維護(hù)，前后門口四周均有防雨折彎(見A-A剖面圖)，前后門內(nèi)置有隔溫層16，門上置有暗鎖14，箱體上下封閉但留有上通風(fēng)口8，且上通風(fēng)口有向上的防水折彎，還留有電源進(jìn)線口12及下通風(fēng)口10，下通風(fēng)口有細(xì)密金屬網(wǎng)蓋住可保證有良好的通風(fēng)效果及防止昆蟲及小動物進(jìn)入。箱體上方有防雨帽1，防雨帽與箱體頂部有足夠間距以便通風(fēng)，箱體內(nèi)有兩個立式花鐵7，花鐵前方裝有元件安裝板5和接線板17，花鐵后方設(shè)有2個電容托架6以安放電力電容器，箱體下方設(shè)有遠(yuǎn)紅外加熱器11，風(fēng)扇13及熱繼電器18、19、20安裝在投切裝置TQ的散熱器上，當(dāng)溫度＜0℃時由繼電器18接通加熱器11加熱，當(dāng)溫度＞40℃時由繼電器19啟動風(fēng)扇13吹風(fēng)冷卻，當(dāng)溫度＞75℃時，由繼電器20向無功監(jiān)控裝置報警，使其進(jìn)行保護(hù)關(guān)機(jī)，設(shè)備下方有4個安裝孔15可使設(shè)備方便地安裝在變壓器臺架(也可另制臺架)上，吊裝螺釘9兼做上蓋的安裝。
權(quán)利要求1.一種全自動無觸點(diǎn)投切無功補(bǔ)償裝置，其特征在于在溫控箱體內(nèi)有微機(jī)無功監(jiān)控裝置，空氣開關(guān)，方波采樣電路，零壓差觸發(fā)電路，兩個△型三相電力電容器，兩路二相半控閥投切電路，電流互感器，其中空氣開關(guān)分別連接三相電負(fù)荷和兩路二相半控閥投切電路，其中A相電流通過電流互感器和微機(jī)無功監(jiān)控裝置相連，微機(jī)無功監(jiān)控裝置連A相電壓和零壓差觸發(fā)器和通過電流互感器連接負(fù)荷A相電流，零壓差觸發(fā)器分別連方波采樣電路和兩路二相半控閥投切電路和兩個△型三相電力電容器，后者電容器又與兩路二相半控閥投切電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的二相半控閥投切電路是由緩沖電抗(La1)分別連接一個可控硅正極，一個二極管負(fù)極和一個電阻電容串聯(lián)吸收電路構(gòu)成A相半控閥，由緩沖電抗(Lb1)分別連另一個可控硅正極，一個二極管和一個阻容吸收電路構(gòu)成B相半控閥并由A、B相兩半控閥接在△型三相電容器的兩端，電容器另一端直接接C相電源，實現(xiàn)對三相電容器投切，第二路二相半控閥投切電路同上結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的方波采樣電路一路是采樣變壓器的次級串連電阻后再并聯(lián)電容，二極管和穩(wěn)壓管，然后再串非門構(gòu)成的電路由B相電壓得到與其相位相反的方波波形；另一路和上述的一路構(gòu)成相同，只是采樣變壓器反相，所得方波波形由A相電壓獲得與之同相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的零壓差觸發(fā)電路由觸發(fā)器，依次連接與門、電阻和三極管，三極管集電極依次連接電阻后，再并聯(lián)接脈沖變壓器和二極管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、所述的裝置，其特征在于所述的溫控箱體為戶外型，由防雨帽和箱體構(gòu)成，箱體有前門、后門，前后門里面有隔溫層，箱體內(nèi)部有元件安裝板、電容托架與立式花鐵相連，遠(yuǎn)紅外加熱器在下面，防雨帽中間有上通風(fēng)孔并有向上的防水折彎，下通風(fēng)口有密金屬網(wǎng)，前后門四周均有防水折彎、箱內(nèi)微機(jī)無功監(jiān)控裝置在兩路二相半控閥投切電路上面，后者下面有風(fēng)扇，熱繼電器裝在投切裝置的散熱器上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述微機(jī)無功監(jiān)控裝置還設(shè)有2∶1碼投切輸出信號K1、K2、K3，其K3，K2，K1為4∶2∶1碼輸出；投切電路(TQ)及電容(C)可增至三組，實現(xiàn)4∶2∶1碼七級投切，補(bǔ)償后線路功率因素可達(dá)0.99-1.0。
專利摘要一種全自動無觸點(diǎn)投切無功補(bǔ)償裝置,在溫控箱內(nèi)有空氣開關(guān)連三相電和兩路二相半控閥投切電路,微機(jī)無功監(jiān)控裝置連零壓差觸發(fā)器并連A相電,觸發(fā)器又連方波采樣器和投切電路和Δ型三相電容器,此二電容又與投切電路相連,是用于380V交流配電系統(tǒng)進(jìn)行就地動態(tài)無功補(bǔ)償,可實現(xiàn)測線路無功功率及無功電流,用閉環(huán)控制,輸出按2∶1碼進(jìn)行兩組三級無功投切控制,可控硅數(shù)量比現(xiàn)技術(shù)省2/3,具有成本低,防護(hù)性好,無沖擊電流,無火花,投切速度快,適于戶外等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02B1/03GK2406395SQ0020111
公開日2000年11月15日 申請日期2000年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月28日
發(fā)明者劉立生 申請人:北京首電電子有限公司