專利名稱：高壓電容器組無損智能投切裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)，特別是一種高壓電容器組無損智能投切裝置。該裝置可用于電力電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償領(lǐng)域，如變電站6--10kV電容器組的投切；需要頻繁投切電容器對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)念I(lǐng)域，如煉鋼、軋鋼等無功變化快的行業(yè)。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，感性負(fù)荷、沖擊性負(fù)載大量接入電網(wǎng)，它們?cè)谙到y(tǒng)運(yùn)行中會(huì)消耗大量的無功功率，造成線路電壓損失增大和電能損耗增加，直接影響著電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前配網(wǎng)系統(tǒng)中安裝有數(shù)目龐大的IOkV電容器組，其目的就是補(bǔ)償系統(tǒng)無功，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗?，F(xiàn)有的IOkV電容器組主要采用有物理觸點(diǎn)的機(jī)械開關(guān)(真空斷路器) 控制投切，采用限流電抗器與IOkV電容器組串聯(lián)運(yùn)行來抑制合閘涌流和限制諧波電流的流入。但這樣的運(yùn)行方式有諸多缺點(diǎn)一是機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)因投切電容器負(fù)載，電氣壽命大大縮短；二是合間時(shí)會(huì)產(chǎn)生涌流和過電壓，而分間時(shí)有可能使電弧重燃，產(chǎn)生重燃過電壓和重燃涌流；三是涌流可以理解為諧波電流，有可能造成電容器組和限流電抗器發(fā)生串聯(lián)諧振 (串6%電抗器時(shí)諧振頻率為204赫茲)，在投切時(shí)直接損壞電容器組；涌流和過電壓對(duì)電容器組的損傷有累加效果，投切次數(shù)越多壽命越短，對(duì)其他電器設(shè)備也有不良影響；四是不能保證每次操作時(shí)人員和設(shè)備的安全；五是放電線圈泄放電容器殘壓需要時(shí)間，使電容器組不能頻繁投切。
目前為了克服機(jī)械開關(guān)投切電容器產(chǎn)生的諸多弊端，正在逐步推廣一種 (Thyristor Switch Capacitor——TSC)晶閘管投切電容器技術(shù)。雖然TSC投切電容器組無沖擊電流、無燃弧、無過電壓，但是TSC應(yīng)用在低壓電容器投切領(lǐng)域中由于系統(tǒng)電壓低， 過零投電容器組技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，如采用過零觸發(fā)光耦就能實(shí)現(xiàn)任意時(shí)刻過零投切，可廣泛應(yīng)用，而TSC在高壓應(yīng)用環(huán)境中就存在了一定的局限性。TSC的主要電路結(jié)構(gòu)有晶閘管和二極管反并聯(lián)預(yù)充電電路；兩只晶閘管反并聯(lián)電路兩種。晶閘管和二極管反并聯(lián)預(yù)充電電路，此種電路結(jié)構(gòu)由于每只電容器需要予沖到峰值電壓，因此響應(yīng)速度慢，且對(duì)晶閘管和二極管的耐壓等級(jí)要求高，所以主要應(yīng)用在6kV以下電網(wǎng)中。6kV以上電網(wǎng)主要采用兩只晶閘管反并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)，此種電路結(jié)構(gòu)在電容器無殘壓的情況下，可以零電壓投切電容器。當(dāng)電容器有直流殘壓的時(shí)候，由于殘壓的存在導(dǎo)致無法過零投切，所以此種情況下不能頻繁投切；要想無涌流、無過渡過程、任意時(shí)刻頻繁投切電容器組，就必須實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器殘壓，而電容器的殘壓是不確定的并且在不斷衰減，因此殘壓檢測(cè)成為TSC在高壓電網(wǎng)運(yùn)用中的難點(diǎn)和技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，為了克服現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，本發(fā)明研制了一種高壓電容器組無損智能投切裝置。該裝置由控制器、電容器組投切單元組成?？刂破饔蓡纹瑱C(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能控制，電容器組投切單元由晶閘管和真空接觸器共同組成。本裝置采用實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器殘壓技術(shù)，當(dāng)控制器檢測(cè)到電容器上的殘留電壓與供電系統(tǒng)的供電電壓大小相等、方向相同時(shí)， 使晶閘管導(dǎo)通；投切電容器無沖擊電流、無燃弧、無過電壓，可頻繁投切，確保對(duì)電容器組的無損投切；在持續(xù)運(yùn)行過程中則由真空接觸器工作，避免熱耗和散熱等問題。
本發(fā)明采用了晶閘管+實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器殘壓技術(shù)本發(fā)明充分利用了晶閘管的保護(hù)器件均壓電阻，在其回路內(nèi)串入一只專用精密電流互感器，通過判斷均壓電路的電流來判斷電容器組是否有殘壓，沒有殘壓時(shí)均壓電路的電流過零相位與系統(tǒng)PT 二次電壓同相位，這時(shí)均壓電路電流是50Hz交流；當(dāng)電容器有殘壓時(shí)，均壓電路的電流過零相位與系統(tǒng) PT 二次電壓相位差不同，此時(shí)均壓電路電流是直流殘壓電流與50Hz正弦電流的疊加；當(dāng)疊加的電流過零時(shí)，此時(shí)控制晶閘管導(dǎo)通就避免了涌流的產(chǎn)生；在頻繁投切IOkV電容器組時(shí)，電容器切除時(shí)雖然晶閘管控制的電容器組電流過零自然關(guān)斷，但是在三相系統(tǒng)中必有兩相電流過零自然關(guān)斷，而另外一相被迫關(guān)斷，使得每相電容器的殘壓可能是任意電壓值具有不確定性，并有不確定的正負(fù)極性，對(duì)下一次的合閘條件判斷造成困惑；而且電容器組都裝有放電線圈，電容器的直流殘壓從關(guān)斷時(shí)刻就開始衰減，殘壓的變化是一個(gè)不確定值而且很難計(jì)算得準(zhǔn)確無誤，此時(shí)如果重新投入電容器，由于電壓疊加的原因，不可避免的產(chǎn)生可使電容器損壞的涌流和操作過電壓，因此要使電容器組能無涌流的頻繁投切，就必須對(duì)殘壓進(jìn)行檢測(cè)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種高壓電容器組無損智能投切裝置，其中，該裝置是由控制器KZQ、電容器組投切單元組成，單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能控制，采用實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器殘壓技術(shù)，控制晶閘管VTH的導(dǎo)通；采用7500V高壓，單只半波大電流100A 500A晶閘管VTH作為開關(guān)器件，兩只晶閘管 VTH反并聯(lián)，多只串聯(lián)后滿足IOkV電壓的運(yùn)行環(huán)境，晶閘管VTH與真空接觸器KM并聯(lián)后串入真空斷路器QFA與電容器C之間運(yùn)行。
進(jìn)一步，所述的控制器KZQ是由檢測(cè)電路KZQ-1、單片機(jī)系統(tǒng)KZQ-2、驅(qū)動(dòng)電路 KZQ-3組成。
進(jìn)一步，所述的電容器組投切單元是由兩只晶閘管VTH反并聯(lián)組成晶閘管組，多組晶閘管組串聯(lián)組成晶閘管閥體，晶閘管閥體與真空接觸器KM并聯(lián)組成電容器組投切單兀。
進(jìn)一步，所述的晶閘管組兩端并聯(lián)有均壓電阻R和專用精密電流互感器TA2，專用精密電流互感器TA2和均壓電阻R串聯(lián)。
進(jìn)一步，所述的電容器組投切單元的接入端與電流互感器TAl連接，電容器組投切單元的輸出端與電容器C連接。
本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明與普通的TSC開關(guān)投切電容器技術(shù)相比具有高壓電容器組無損智能投切裝置可以在任意時(shí)刻投切IOkV電容器組，無涌流、無過電壓、無過渡過程、可頻繁投切，確保對(duì)電容器組的無損投切；因?yàn)橥肚须娙萜鲿r(shí)真空斷路器不帶負(fù)載，因此設(shè)備的電氣壽命得到極大延長(zhǎng)，保證了設(shè)備和人員的安全。
2、本發(fā)明采用獨(dú)有的晶閘管+實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器殘壓技術(shù)，在快速頻繁投切電容器組時(shí)，電容器的直流殘壓從關(guān)斷時(shí)刻就開始衰減，殘壓的變化很難計(jì)算得準(zhǔn)確無誤，因此要使電容器組能無損的頻繁投切，就需采用實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器殘壓技術(shù)，當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到電容器上的殘留電壓與供電系統(tǒng)的供電電壓大小相等、方向相同時(shí)，使晶閘管導(dǎo)通，在持續(xù)導(dǎo)通過程中則由真空接觸器工作，避免熱耗和散熱等問題。4
3、本發(fā)明高壓電容器組無損智能投切裝置的技術(shù)先進(jìn)、性價(jià)比高、可靠性高、經(jīng)濟(jì)效益明顯、有利于現(xiàn)有系統(tǒng)改造升級(jí)；可廣泛應(yīng)用于電力電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償領(lǐng)域，如=IOkV 變電站，和需要頻繁投切電容器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)念I(lǐng)域，如煉鋼、軋鋼等行業(yè)。


圖1是本發(fā)明控制器的框圖。
圖2是本發(fā)明分合閘控制邏輯框圖。
圖3是本發(fā)明的工作電路原理圖。
圖4是本發(fā)明的形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1、2、3、4所示。本裝置由控制器KZQ、電容器組投切單元組成；控制器KZQ由檢測(cè)電路KZQ-1、單片機(jī)系統(tǒng)KZQ-2、驅(qū)動(dòng)電路KZQ-3組成；電容器組投切單元由晶閘管VTH 和真空接觸器KM組成，本裝置由單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能控制。
如圖1、3所示，圖1是本發(fā)明控制器的電路框圖，圖3是本發(fā)明的工作電路原理圖?？刂破鱇ZQ是由單片機(jī)系統(tǒng)KZQ-2、檢測(cè)電路KZQ-1、驅(qū)動(dòng)電路KZQ-3組成。電網(wǎng)電壓通過PT接入檢測(cè)電路KZQ-I的檢測(cè)單元JCl，專用精密電流互感器TA2接入檢測(cè)電路KZQ-I 的檢測(cè)單元JC2，兩路信號(hào)送入單片機(jī)系統(tǒng)KZQ-2的CPU，由CPU計(jì)算電容器殘壓，控制晶閘管VTH的導(dǎo)通；CPU發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入驅(qū)動(dòng)電路KZQ-3的驅(qū)動(dòng)單元QDl— QD6 (驅(qū)動(dòng)電路 KZQ-3的驅(qū)動(dòng)單元QDl-—QD6在圖上只標(biāo)出了 QDl和QD6，中間的QD3、QD4、QD5省略)，使驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出信號(hào)，一路Gl信號(hào)到晶閘管VTH的控制極、另一路Kl信號(hào)到晶閘管VTH的陰極， 控制晶閘管VTH的導(dǎo)通；晶閘管VTH導(dǎo)通后電流互感器TAl檢測(cè)到主回路電流，送入檢測(cè)電路KZQ-I的檢測(cè)單元JC3，檢測(cè)電路KZQ-I的檢測(cè)單元JC3將信號(hào)送入單片機(jī)系統(tǒng)KZQ-2的 CPU,當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)KZQ-2的CPU接到信號(hào)后確認(rèn)導(dǎo)通完成。
如圖2、4所示，圖2是本發(fā)明分合閘的控制邏輯框圖，圖4是本發(fā)明的形狀結(jié)構(gòu)示意圖。本裝置的分合閘的邏輯控制為當(dāng)投入電容器運(yùn)行時(shí)，真空斷路器QFA不帶負(fù)荷閉合后，晶閘管VTH先導(dǎo)通，接著與晶閘管VTH并聯(lián)的真空接觸器KM導(dǎo)通，然后晶閘管VTH退出合閘完成；退出電容器組時(shí)先導(dǎo)通晶閘管VTH，然后斷開真空接觸器KM，接著晶閘管VTH電流過零關(guān)斷；關(guān)斷晶閘管VTH后再斷開真空斷路器QFA ；真空斷路器QFA和真空接觸器KM 在投切過程中均不帶負(fù)荷操作，真空斷路器QFA起的作用是拉斷故障電流，保護(hù)電子開關(guān)。
如圖3所示，圖3是本發(fā)明的工作電路原理圖。先將真空斷路器QFA與高壓母線連接，真空斷路器QFA接高壓電容器組無損智能投切裝置的電流互感器TAl，晶閘管VTH、均壓電阻R并聯(lián)組成晶閘管組，多組晶閘管組串聯(lián)組成晶閘管閥體；在均壓電阻R的電路中串入一只專用精密電流互感器TA2 ；晶閘管閥體與真空接觸器KM并聯(lián)組成電容器組投切單元， 電容器組投切單元的接入端與電流互感器TAl連接，電容器組投切單元的輸出端與電容器 C連接，電容器C為星接。
以下結(jié)合圖3、圖4模擬實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)本發(fā)明工作流程進(jìn)行闡述一、當(dāng)電網(wǎng)無功功率因數(shù)小于規(guī)定值需要投入電容器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)1)合上真空斷路器QFA(此時(shí)電路沒有導(dǎo)通為空載合閘)；2)當(dāng)專用精密電流互感器TA2檢測(cè)到電容器C上的殘壓時(shí)，通過信號(hào)TA2-X給控制器KZQ,電網(wǎng)的PT信號(hào)也同時(shí)給控制器KZQ ；3)當(dāng)電容器C上的殘留電壓與供電系統(tǒng)的供電電壓大小相等、方向相同時(shí)，控制器KZQ 發(fā)出兩路信號(hào)，一路通過信號(hào)G到晶閘管VTH的控制極、另一路K信號(hào)到晶閘管VTH的陰極， 驅(qū)動(dòng)晶閘管VTH導(dǎo)通，電容器C接入供電系統(tǒng)；4)當(dāng)電流互感器TAl檢測(cè)到電流后，通過信號(hào)TAl-X給控制器KZQ，控制器KZQ給真空接觸器KM指令進(jìn)行閉合；5)當(dāng)真空接觸器KM閉合后，控制器KZQ發(fā)出信號(hào)G關(guān)斷晶閘管VTH合閘完成；7)高壓電容器組無損智能投切裝置TSC在運(yùn)行過程中由真空接觸器KM工作，晶閘管 VTH沒有導(dǎo)通。
二、當(dāng)電網(wǎng)低負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)無功過補(bǔ)需要退出無功補(bǔ)償裝置時(shí)的工作流程是1)控制器KZQ通過信號(hào)G使晶閘管VTH導(dǎo)通；2)控制器KZQ斷開真空接觸器KM；3)控制器KZQ通過信號(hào)G過零關(guān)斷晶閘管VTH；4)控制器KZQ斷開真空斷路器TFA，分閘完成。
權(quán)利要求
1.一種高壓電容器組無損智能投切裝置，其特征在于該裝置是由控制器KZQ、電容器組投切單元組成，單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能控制，采用實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器殘壓技術(shù)，控制晶閘管 VTH的導(dǎo)通；采用7500V高壓，單只半波大電流100A 500A晶閘管VTH作為開關(guān)器件，兩只晶閘管VTH反并聯(lián)，多只串聯(lián)后為IOkV電壓的運(yùn)行環(huán)境，晶閘管VTH與真空接觸器KM并聯(lián)后串入真空斷路器QFA與電容器C之間運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電容器組無損智能投切裝置，其特征在于所述的控制器KZQ是由檢測(cè)電路KZQ-1、單片機(jī)系統(tǒng)KZQ-2、驅(qū)動(dòng)電路KZQ-3組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電容器組無損智能投切裝置，其特征在于所述的電容器組投切單元是由兩只晶閘管VTH反并聯(lián)組成晶閘管組，多組晶閘管組串聯(lián)組成晶閘管閥體，晶閘管閥體與真空接觸器KM并聯(lián)組成電容器組投切單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓電容器組無損智能投切裝置，其特征在于所述的晶閘管組兩端并聯(lián)有均壓電阻R和專用精密電流互感器TA2，專用精密電流互感器TA2和均壓電阻R串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電容器組無損智能投切裝置，其特征在于所述的電容器組投切單元的接入端與電流互感器TAl連接，電容器組投切單元的輸出端與電容器C連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可用于電力電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償領(lǐng)域的高壓電容器組無損智能投切裝置，該裝置是由控制器KZQ、電容器組投切單元組成，單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能控制，采用實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器殘壓技術(shù)，控制晶閘管VTH的導(dǎo)通；采用7500V高壓，單只半波大電流100A～500A晶閘管VTH作為開關(guān)器件，兩只晶閘管VTH反并聯(lián)，多只串聯(lián)后為10kV電壓的運(yùn)行環(huán)境，晶閘管組與真空接觸器KM并聯(lián)后串入真空斷路器QFA與電容器C之間運(yùn)行。本發(fā)明可以在任意時(shí)刻投切10kV電容器組，無涌流、無過電壓、無過渡過程、可頻繁投切，確保對(duì)電容器組的無損投切；因?yàn)橥肚须娙萜鲿r(shí)真空斷路器不帶負(fù)載，因此設(shè)備的電氣壽命得到極大延長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102522758SQ20111044404
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者冉亞南, 盧宜, 張彥, 金博 申請(qǐng)人:鄭州建豪電器技術(shù)有限公司