專利名稱：低壓無功補償投切裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種供配電領(lǐng)域中的電氣控制裝置，特別是涉及一種低壓無功補
償投切裝置。
技術(shù)背景 眾所周知，由于0.4KV低壓無功補償對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行具有重要作用，因此無功補償一直是電力部門和用戶非常重視的問題。無功補償技術(shù)的使用，對于有效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高發(fā)輸電設(shè)備的利用率，降低無功網(wǎng)損和減少發(fā)電費用具有十分重要的意義。 0.4KV低壓電網(wǎng)無功補償技術(shù)經(jīng)歷了多年的發(fā)展，目前使用較廣泛的產(chǎn)品主要有以下缺點1、結(jié)構(gòu)形式一種結(jié)構(gòu)是采用普通的無功補償控制器、熔斷器(或空氣開關(guān))、專用交流接觸器(或復(fù)合開關(guān))、熱繼電器、電力電容器等分立器件，分別裝設(shè)于低壓開關(guān)柜內(nèi)或柜面，再分別用導(dǎo)線連接。這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能單一，接線繁瑣，故障率高；另一種是模塊化結(jié)構(gòu)，但由于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計上的原因使得該產(chǎn)品無法在脫離補償電容的情況下進行試驗，不利于采用該產(chǎn)品組裝的電容柜的出廠檢驗，往往只能在電容柜現(xiàn)場安裝完畢并運行后才能發(fā)現(xiàn)問題。2、控制技術(shù)對于一組多個低壓無功補償電力電容器的控制主要針對等容量補償電容采用循環(huán)投切和編碼投切兩種方式，控制器采集電流和電壓值，經(jīng)過簡單的計算得到功率因數(shù)或無功電流，并將功率因數(shù)作為投切門限值(或參考無功電流值進行控制)，控制電容器的投切。這種方式經(jīng)常造成過補或欠補，輕載的情況下易造成投切震蕩，影響電容器的使用壽命及電網(wǎng)的穩(wěn)定性，而且此種控制方式投切精度不高，未補償?shù)臒o功量絕對值與用戶系統(tǒng)的容量有關(guān)，容量越大的系統(tǒng)中未補償?shù)臒o功帶來的損耗越大。3、電路結(jié)構(gòu)除傳統(tǒng)的非智能化的產(chǎn)品外，現(xiàn)有產(chǎn)品大多采用一片單片機芯片作為電量測量及控制的核心部分，若要滿足多個物理量的測量精度、有效地分離基波諧波分量并使整機控制功能完善則必將使軟、硬件復(fù)雜，整機故障率增加，穩(wěn)定性下降，且開發(fā)周期延長，開發(fā)難度加大。
發(fā)明內(nèi)容 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有低壓無功補償技術(shù)存在的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)新穎、電路簡單、測量精度較高、控制功能完善、能根據(jù)實際需要合理設(shè)置電容器容量的階梯倍數(shù)及各種容量電容個數(shù)的低壓無功補償投切裝置。 本實用新型所采用的技術(shù)方案為一種低壓無功補償投切裝置，它包括控制系統(tǒng)和若干個低壓無功補償模塊，其結(jié)構(gòu)要點在于低壓無功補償模塊為一整體部件，控制系統(tǒng)由電源電路、顯示及按鍵電路、專用電量測量芯片、采樣電路及單片機構(gòu)成，由電源電路向控制系統(tǒng)其它幾個用電部分供電。 電量測量芯片與采樣電路及單片機相接，采樣電路用于采集電網(wǎng)的各種電參數(shù)，并將強電信號轉(zhuǎn)換為電量測量芯片所需要的弱電信號送往電量測量芯片，電量測量芯片將采樣電路送來的信號進行處理，并完成計算、校正，與單片機進行通訊完成信號的雙向傳 輸，單片機監(jiān)控電量測量芯片的工作狀態(tài)，將電量測量芯片送來的測量結(jié)果進行分析、邏輯 判斷、計算，以控制低壓無功補償模塊工作狀態(tài)。 低壓無功補償模塊是由電力電容器及裝于側(cè)蓋內(nèi)的控制單元構(gòu)成，控制單元由空 氣開關(guān)或熔斷器、復(fù)合開關(guān)及驅(qū)動電路板、顯示及操作板、模塊電源電路、外接端口構(gòu)成，由 模塊電源電路向模塊中除電力電容器及復(fù)合開關(guān)外的其余電路供電，電力電容器上裝有固 定件，固定件與側(cè)蓋連接成一整體，復(fù)合開關(guān)及驅(qū)動電路板、顯示及操作板固定在側(cè)蓋內(nèi)， 外接端口固定在驅(qū)動電路板上，側(cè)蓋在外接端口處有開孔。 整個裝置中各低壓無功補償模塊的電容量是不等的，一般而言，最小電容器電容 量越小，補償精度越高，通常最小電容為5千乏，其余電容器容量為最小電容器容量的任意 非零整數(shù)倍。 單片機以基波無功量作為投切門限值，對內(nèi)置電容容量按梯級分布的低壓無功補
償模塊進行控制，投切的步進值等于最小低壓無功補償模塊中電容器的容量值；以諧波值
用于保護本低壓無功補償投切裝置，使本裝置在諧波超限時處于閉鎖狀態(tài)。 本實用新型的優(yōu)點在于1、獨特的模塊化結(jié)構(gòu)與采用類似結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)產(chǎn)品相比除
了具有接線方便、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點外，其優(yōu)勢還在于能方便地脫開補償電容進行投切試驗，
并且模塊"顯示及操作板"上的投入指示燈能真實地反映復(fù)合開關(guān)的工作狀態(tài)，采用類似結(jié)
構(gòu)的傳統(tǒng)產(chǎn)品由于不能脫開補償電容做投切試驗，即便采用軟、硬件措施能不脫開補償電
容，使模塊模擬投入狀態(tài)進行試驗時，其模塊上的或模塊外接的投入指示燈也不能真實地
反映復(fù)合開關(guān)的工作狀態(tài)，故采用類似結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)產(chǎn)品不能方便地做電容柜的出廠試驗。
2、根據(jù)檢測出的基波無功量采用"梯級投切"的方式對用戶系統(tǒng)無功進行精確地補償，此種
投切方式可將最小投切步進值做得十分精細，合理設(shè)置階梯倍數(shù)及各種容量電容個數(shù)，即
可在兼顧最小投切步進值的同時，又使得每個小容量電容不被頻繁地重復(fù)使用，同時此種
投切可兼容傳統(tǒng)循環(huán)投切方式。另外采用基波無功功率作為投切門限值比采用無功電流或
功率因數(shù)能更好地避免投切震蕩，并能更精確地對電網(wǎng)的無功進行補償，使功率因數(shù)無限
逼近于l(無功電流或功率因數(shù)均只能間接地反映電網(wǎng)的無功功率，且功率因數(shù)反映的更
只是有功功率與視在功率的比值，在容量越大的系統(tǒng)中未補償?shù)臒o功帶來的損耗越大)，在
節(jié)能降耗方面此優(yōu)勢具有較大實際意義。3、由于采用專用電量測量芯片及功能強大的工業(yè)
級單片機作為控制器的核心部分，使得檢測電路簡單且準確可靠，單片機僅需完成簡單計
算、邏輯判斷等任務(wù)，與傳統(tǒng)類似產(chǎn)品相比軟、硬件均大幅度地簡化了，但測量精度、測量項
目、整機穩(wěn)定性等卻有了很大的提高。
圖1為本實用新型的原理示意圖 圖2為本實用新型低壓無功補償投切模塊結(jié)構(gòu)示意圖 其中l(wèi)側(cè)蓋2空氣開關(guān)或熔斷器3滑蓋4電容器頂蓋5固定件6電力電 容器7驅(qū)動電路板8顯示及操作板9外接端口 10開孔11專用電量測量芯片12采 樣電路13單片機14顯示及按鍵電路15電源電路16模塊電源電路17復(fù)合開關(guān)具體實施方式下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更理解本實用新型，對下述的實施例進行修改，添加和替換都是可能的，都沒有超出本實用新型的保護范圍。 如圖1所示，一種低壓無功補償投切裝置，它包括控制系統(tǒng)和30個低壓無功補償模塊，每個低壓無功補償模塊為一整體部件，通過數(shù)據(jù)線(端子1、2)與控制系統(tǒng)相連，控制系統(tǒng)由電源電路15、顯示及按鍵電路14、專用電量測量芯片11、采樣電路12及單片機13構(gòu)成，由電源電路15向控制系統(tǒng)其它幾個用電部分供電。電量測量芯片11與采樣電路12及單片機13相接，采樣電路12用于采集電網(wǎng)的各種電參數(shù)，并將強電信號轉(zhuǎn)換為電量測量芯片ll所需要的弱電信號送往電量測量芯片，電量測量芯片11將采樣電路12送來的信號進行處理，并完成計算、校正，與單片機13進行通訊完成信號的雙向傳輸，單片機13監(jiān)控電量測量芯片11的工作狀態(tài)，將電量測量芯片送來的測量結(jié)果進行分析、邏輯判斷、計算，以控制低壓無功補償模塊工作狀態(tài)。 三相電送入控制系統(tǒng)和低壓無功補償模塊，送入控制系統(tǒng)的三相電壓有一相只送入采樣電路12 ，另兩相電壓除送入采樣電路12外還同時送入電源電路15 ，三相取樣電流送采樣電路12與同時送入采樣電路12的三相電壓共同經(jīng)采樣電路的采集、轉(zhuǎn)換后送專用電量測量芯片ll以測出電網(wǎng)各參數(shù)，此參數(shù)經(jīng)單片機13處理后的結(jié)果，一路送顯示及按鍵電路14，另一路送各低壓無功補償模塊以控制各模塊的投切。30路低壓無功補償模塊中的電容器容量不等，補償電容按梯級分布，所謂"梯級"是指系統(tǒng)中若干個低壓無功補償模中的電容器容量不等，有一最小電容器容量，通常最小電容為5千乏或更小，其余為最小電容器容量的任意非零整數(shù)倍，但每種容量的電容個數(shù)不限。 單片機13送出的信號進入低壓無功補償模塊后先經(jīng)過模塊的驅(qū)動電路板7處理
再送入各復(fù)合開關(guān)17。單片機13是以基波無功量作為投切門限值，對低壓無功補償模塊進
行控制，投切的步進值等于梯級分布中最小低壓無功補償模塊中電容器的容量值。 三相電送入低壓無功補償模塊后，一路送入各低壓無功補償模塊的復(fù)合開關(guān)17，
另一路中的兩相送入各模塊電源電路16。 低壓無功補償模塊是由電力電容器6及裝于側(cè)蓋1內(nèi)的控制單元構(gòu)成，控制單元由空氣開關(guān)或熔斷器2、復(fù)合開關(guān)17及驅(qū)動電路板7、顯示及操作板8、模塊電源電路16、外接端口 9構(gòu)成，由模塊電源電路16向模塊中除電力電容器及復(fù)合開關(guān)外的其余電路供電，顯示及操作板8與驅(qū)動電路板7共同作用可設(shè)置及顯示模塊地址、顯示投切狀態(tài)、手動投切該路模塊，電力電容器6為單臺三相三角形或三相星形或兩相或單相電力電容器。電力電容器6上卡夾有固定件5，固定件5通過螺栓與側(cè)蓋1連接。復(fù)合開關(guān)17及驅(qū)動電路板7、顯示及操作板8固定在側(cè)蓋1內(nèi)，外接端口 9固定在驅(qū)動電路板7上，側(cè)蓋1在外接端口處有開孔10，便于外接端子的拔插。電力電容器6上裝有電容器頂蓋4，電容器頂蓋4上設(shè)滑蓋3，便于在產(chǎn)品做試驗時將電力電容器與主回路分離，以滿足各種不同試驗條件的需要。電容柜主回路通過空氣開關(guān)或熔斷器2與本裝置連接，控制回路通過外接端子與本裝置連接。 本實用新型的工作原理是本實用新型在檢測上采用專用電量測量芯片及功能強大的工業(yè)級單片機保證了整機的精度及穩(wěn)定性，以檢測出的基波無功量為投切門限值采用"梯級"投切的方式對用戶系統(tǒng)無功進行精確地補償。具體投切方案如下可設(shè)置30路或更多電容控制回路，每個回路可預(yù)設(shè)電容容量，如每個回路設(shè)置容量相等則與普通按無功功 率投切方案相同，即兼容普通投切方案，通常將各回路電容容量按梯級設(shè)置，所有電容器容 量為最小電容器容量的任意非零整數(shù)倍。以下均指按梯級設(shè)置方案，系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)基波 無功功率后與預(yù)設(shè)的投入門限及切除門限進行比較并根據(jù)延時時間內(nèi)的條件及檢測到的 基波無功功率大小，將系統(tǒng)中所有電容器(包含已投入和未投入)按照容量(已投入容量 為負值，未投入容量為正值)進行排列組合，確定最佳組合(即容量最接近，所需投入或切 除次數(shù)最少)，而后逐一投入或切除某一路或幾路或單相、兩相、三相電容器，此時投切的步 進值=最小電容容量，可見其最小步進值可做得十分精細，且容量相同的電容器采用循環(huán) 投切的方式，即先投先切，后投后切，用戶可根據(jù)實際需要合理設(shè)置階梯倍數(shù)及各種容量電 容個數(shù)即可在兼顧最小投切步進值的同時又使得每個電容不被頻繁地重復(fù)使用。檢測方案 如下采用專用電量測量芯片及外圍元件與采樣電路共同構(gòu)成檢測電路，可檢測電網(wǎng)各種 電參數(shù)，其中檢測出的基波參數(shù)主要作為投切依據(jù)，檢測出的諧波參數(shù)主要用于諧波保護。 由于測量芯片的專業(yè)性使得檢測電路簡單而可靠，在保證測量精度的同時又使整機的故障 率大大降低。由于結(jié)構(gòu)的新穎性故可沿用傳統(tǒng)通用型補償電容作為補償元件以方便用戶， 同時由于采用此種結(jié)構(gòu)使在做試驗時只需簡單地脫開電力電容器即可。
權(quán)利要求一種低壓無功補償投切裝置，它包括控制系統(tǒng)和若干個低壓無功補償模塊，其特征在于，低壓無功補償模塊為一整體部件，控制系統(tǒng)由電源電路(15)、顯示及按鍵電路(14)、專用電量測量芯片(11)、采樣電路(12)及單片機(13)構(gòu)成，由電源電路(15)向控制系統(tǒng)其它幾個用電部分供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述低壓無功補償投切裝置，其特征在于，電量測量芯片(11)與采 樣電路(12)及單片機(13)相接，采樣電路(12)用于采集電網(wǎng)的各種電參數(shù)，并將強電信 號轉(zhuǎn)換為電量測量芯片(11)所需要的弱電信號送往電量測量芯片，電量測量芯片將采樣 電路(12)送來的信號進行處理，并完成計算、校正，與單片機(13)進行通訊完成信號的雙 向傳輸，單片機(13)監(jiān)控電量測量芯片(11)的工作狀態(tài)，將電量測量芯片送來的測量結(jié)果 進行分析、邏輯判斷、計算，以控制低壓無功補償模塊工作狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述低壓無功補償投切裝置，其特征在于所述的若干個低壓無功補 償模塊中補償電容按梯級分布，所謂"梯級"是指系統(tǒng)中若干個低壓無功補償模中的電容器 容量不等，有一最小電容器容量，其余為最小電容器容量的任意非零整數(shù)倍，但每種容量的 電容個數(shù)不限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述低壓無功補償投切裝置，其特征在于，單片機(13)是以基波無 功量作為投切門限值，對低壓無功補償模塊進行控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述低壓無功補償投切裝置，其特征在于，單片機(13)根據(jù)模塊中補償電容梯級分布的預(yù)設(shè)值及所測出的基波無功量控制模塊的投切，且投切的步進值等于 最小低壓無功補償模塊中補償電容器的容量值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述低壓無功補償投切裝置，其特征在于，低壓無功補償模塊是由 電力電容器(6)及裝于側(cè)蓋(1)內(nèi)的控制單元構(gòu)成，控制單元由空氣開關(guān)或熔斷器(2)、復(fù) 合開關(guān)及驅(qū)動電路板(7)、顯示及操作板(8)、模塊電源電路(16)、外接端口 (9)構(gòu)成，由模 塊電源電路(16)向模塊中除電力電容器及復(fù)合開關(guān)外的其余電路供電，電力電容器(6)上 裝有固定件(5)，固定件(5)通過螺栓與側(cè)蓋(1)連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述低壓無功補償投切裝置，其特征在于，復(fù)合開關(guān)(17)及驅(qū)動電 路板(7)、顯示及操作板(8)固定在側(cè)蓋(1)內(nèi)，外接端口 (9)固定在驅(qū)動電路板(7)上，側(cè) 蓋(1)在外接端端口 (9)處有開孔(10)。
專利摘要本實用新型涉及一種供配電領(lǐng)域中的電氣控制裝置，特別是涉及一種低壓無功補償投切裝置。本實用新型為一種低壓無功補償投切裝置，它包括控制系統(tǒng)和若干個低壓無功補償模塊，其結(jié)構(gòu)要點在于低壓無功補償模塊為一整體部件，控制系統(tǒng)由電源電路、顯示及按鍵電路、專用電量測量芯片、采樣電路及單片機構(gòu)成，由電源電路向控制系統(tǒng)其它幾個用電部分供電。本實用新型優(yōu)點接線方便、結(jié)構(gòu)緊湊便于脫開補償電容進行投切試驗，采用“梯級投切、無功量為投切門限值”的方式對用戶系統(tǒng)無功進行精確補償，合理設(shè)置階梯倍數(shù)、各容量電容個數(shù)可兼顧最小投切步進值并使各小容量電容不被頻繁地重復(fù)使用；控制系統(tǒng)采用專用電量測量芯片與單片機“各司其職”以優(yōu)化、簡化電路的軟、硬件。
文檔編號H02J3/18GK201541129SQ20092018261
公開日2010年8月4日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者林勁松, 甘鋒, 陶文杰 申請人:福州同溢聯(lián)創(chuàng)電氣有限公司