專利名稱：無功補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無功補償裝置，它至少包括補償電容器組，連接主線路與電容器組間的導線，和設于導線中位于電容器和主線路間的分斷開關。
由于用電設備本身的功率因數、使用等多方面因素的影響，造成輸配電線路損耗是非常巨大的。據有關資料披露，我國電路實際損耗率約為20％，每年僅因此所造成電能浪費約為2000億度。降低線路損耗最直接最重要的技術措施就是采用無功補償。現有技術中是采用電容器或者電容器組進行補償，用交流接觸器等機械式開關實現電容器的切投作業，實際的切投操作是根據時間或用電設備工作，采用人工方式或者由人工啟動的機電操作機構實現機械開關的動作，也有采用無功功率補償控制器采集相關的電容器投入或者切斷的信息，再利用交流接觸器實現電容器或電容器組的切投作業。現有技術存在如下的不足1、投入電容器進行補償時線路中瞬時沖擊電流很大。為解決這一問題，在投切裝置上加設專用限流電抗器，但即使是這樣，在實際的投入瞬時線路沖擊電流也大于額定電流十倍以上；2、切除補償時會產生過電壓，引起觸點拉弧，燒壞觸頭；3、由于補償裝置的投切會在線路中產生暫態過電流和過電壓，并會對公共電網中的其它用電設備產生影響；4、機械開關的響應速度慢，至少需要0.2秒(甚至更長時間)，而且在補償電容器被切除后無法立即再次投入，不能實現頻繁的切投操作，因而無法跟蹤負荷波動進行動態補償，難以改善快速波動和沖擊負荷工作狀態的電能質量；5、由于現有技術中實際的切投是采用交流接觸器控制，在每次實施投入或者切除時均會在接觸器的觸點處產生較大的電弧，易引起交流接觸器的損壞，容易造成接觸器觸點熔焊，同時還易使電抗器、熔斷器和電容器損壞。
本實用新型目的是提供一種新型的無觸點式無功補償裝置，它可以克服現有技術的不足，能在投入補償電容或切斷補償電容時根本不產生電弧，明顯減小線路中過電流和過電壓現象，避免對電網中其它用設備的影響，并具有投入時間短、能即時再投入，可跟蹤負荷的變化情況實施補償的切投作業。
本實用新型的目的是通過在位于分斷開關下游處與補償電容器組上游間所設的電子開關電路實現補償電容的切投操作，用電子開關代替現有技術中的交流接觸器實現。
本實用新型所述的電子開關是由兩反相并聯的晶閘管、其輸出端與晶閘的門極相連接的觸發器構成，觸發器的輸入端與無功功率補償控制器的輸出端相連接。
本實用新型的目的還可以通過下述措施實現在被補償線路中設置互感器，互感器回路接入變流器的初級，變流器的次級回路接無功功率控制器的輸入端，并且在變流器次級回路中并入一壓降電阻，經此電阻產生的電壓信號送入無功功率補償器控制器中，無功功率補償控制器的輸出端與連接于補償電路中的兩反相并聯的晶閘管的門極相聯連接。
或者，在被補償的三相動力電路中的任一相中接入一個互感器，在所述的互感器回路接入變流器初級，變流器的次級回路接無功功率補償控制器的輸入端，并且在變流器回路中并入一壓降電阻，經此電阻產生的電壓信號送入無功功率補償控制器的輸入端，無功功率補償器的輸出端與連接于補償電路中的兩反相并聯的晶閘管的門極相連接。
在本實用新型中，各補償電容器組采用三角連接的電力電容器，且在各電容器組中，其任意一個接點直接與分斷開關接通，其余的兩接點與相應的分斷開關間各自串連用兩個晶閘管反相并聯構成的電子開關電路。
在本實用新型的最佳實施例中，所用的補償電容器組是四組，各組的控制標么容量分別為1、2、4、8。
在本實用新型實施例中，各反相并聯的晶閘管間還可以并聯有阻容吸收電路，而且電容器組中連接電子開關的接點與所連接的電子開關間還可以串連限流電抗器，在各補償電容組與各相間串有熱繼電器，且在無功功率補償控制器的控制輸入端設有串聯相接的受各熱繼電器控制的常閉觸點。
在本實用新型實施例中，在各補償電容組內的各電子開關下串的電抗器下游和電容器接點的上游間與直接與分斷開關連接的線路上連通有由電阻和電感構成的放電回路。
本實用新型的優點如下1、由于采用無觸點的電子開關電路替代現有技術中的觸點式機械開關，在使用中決無電弧產生，因此也不會發生現有技術中普遍存在的觸點易被熔焊的敝病；2、由于采用電子開關，大大提高了裝置的響應速度，在本實用新型中實現補償投切的響應速度約為20毫秒，同時還可以實現多級電容器組的快速、準確而頻繁地動態投切調整；3、本實用新型在進行投切動作時可以避免在電網中產生沖擊電流和沖擊電壓，不但可以改善電網的質量，而且可以避免用電設備的損壞；4、本實用新型的自動化程度高，多級補償一次到位，不會產生現有技術中常出現的投切振蕩；5、本實用新型適應范圍廣，既可以用于三相電路的補償，也可以用于單相線路的補償；既可適應用于多臺用電設備組成的系統補償，也可以適于單臺用電設備的補償；6、本實用新型中可以用兩套晶閘管組成的開關器件控制三相電力電容器，因此可以明顯降低裝置的成本；7、采用四組標么容量各為1、2、4、8的電容器組可以在成本投入最小的條件下實現多種補償組合，同時能進一步降低裝置和成本；8、本實有新型既可以用于戶外變流器，更適應于小型配電室及中小型動力負荷處進行隨器或隨機補償；9、本實用新型由于在各補償電容組內的各電子開關下串的電抗器下游和電容器接點的上游間與直接與分斷開關連接的線路上連通有由電阻和電感構成的放電回路，它既可以在補償電容退出時泄放電容器內存貯的電荷，又可以為無功功率補償控制器提供相應的控制信號；10、本實用新型適于對現有技術的改造。
附圖1為本實用新型原理性示意圖附圖2是本實用新型用于單相線路補償的線路圖附圖3為本實用新型用于三相線路的原理性示意圖附圖4為本實用新型的最佳實施例的線路圖
以下結合附圖和實施例說明附圖1中(1)為被補償母線，(2)為連接補償電路的導線[注當本實用新型為單相補償時，導線(2)與零線相接，當用于三相補償時，導線(2)的接線參見后面的實施例1，(3)為無功功率補償控制器，(4)為電子開關，(5)是補償電容器或電容器組。在整個裝置工作時，設于線路(1)上無功功率補償控制器檢測到線路(1)上的無功電流信息時，即將這一信號送入電子開關(4)內，當所收到的信號是有無功電流時，電子開關(4)即導通，使電容器(5)投入進行補償；而當電子開關收到無無功電流信息時，電子開關(4)即截止，使電容器(5)從補償電路中切斷退出。
本實用新型應用于單相線路的實施例見附圖2。本實施例既可用于單相線路進行補償，也可以在三相線路中用此實施例進行逐相補償，這一點特別適于三相不平衡時的補償。在附圖2中(6)為動力母線，(8)為無功功率控制器及信號取出線路，(9)是設于母線上的互感器，(10)是并在互感器回路中的電阻，(11)為串接于補償電容器前的限流電抗器，(7)為晶閘管，而電容器C接零線N。在用于單相線路補償時，當負載接入后即在互感器(9)回路中感應出電流，并在電阻(10)兩端產生電壓信號，此信號送入無功功率補償控制器(8)的輸入端后即在其輸出端產生觸發信號給晶閘管(7)的門極，使其導通，將補償電容器C接入進行補償。
附圖3給出的例子中A、B、C分別為三相動力母線。在三相動力母線外用線路Aa、Bb和Cc并接補償電路，在這一例子中是用三個電力電容器呈三角連接形成一組補償電容器組，整個裝置設兩組補償電容器組。補償電容器組的三角接線的各接點分別與一相電力線并接，并且在各與電力線相連接的導線上設有帶熔斷器的刀開關QS。另外，由圖可見各組補償電容器組中的接點a和c點，即與電力線A相和C相相接的接點中各串有用兩只晶閘管(V1、V2和V3、V4，以及V5、V6和V7、V8)反相并接構成的電子開關，在其中還并接有用電阻和電容器構成的阻容吸收電路，在由晶閘管構成的電子開關與接點間還各串有限流阻抗器L；而接點b則直接與電力線B相連通。在圖3中各晶閘管的門極接一觸發器，而觸發器的輸入端接無功功率補償控制器的輸出端，這樣使各晶閘管受無功功率補償控制器的控制，但在圖3中未顯示出這一部分。圖示裝置在工作時當無功功率補償控制器檢測到線路中的無功電流時即根據所需補償的電容量在其輸出端輸出電壓信號給相應的觸發器，由觸發器產生觸發信號給補償電容器組的晶閘管的門極，使晶閘管導通，從而使補償電容器組投入，進行補償；當無功功率補償控制器檢測到線路中的無功電流變化時，即根據變化在其輸出端輸出電壓信號給相應的觸發器，由相應的觸發器產生或封閉觸發信號，從而使各相應補償電容器組的晶閘管導通或關閉，使相應部分的電容器組投入或組合投入，或者切斷退出。
附圖4是一個用于三相電力線的補償裝置的最佳實施例。圖中L1、L2、L3為三相電力母線，N為零線。在各電力線中通過導線和帶熔斷器的刀閘Q與四組補償電容器組Cc1、Cc2、Cc3和Cc4相并聯。在圖4中各補償電容器組與由晶閘管構成的電子開關的接線和附圖3中的接線基本相同，也是由兩個反相并聯的晶閘管Vm(在本實施例中m=1,2,3,…,16，以下相同)構成電子開關，并在兩晶閘管Vm間并聯有電阻Rm和電容器Cm構成的阻容吸收電路。各由晶閘管Vm構成的電子開關與補償電容器間串接有限流電抗器La1、La2、La3和La4。另外由圖4可見，在各電子開關下串的電抗器下游和電容器接點的上游間與直接與分斷開關連接的線路上連通有由電阻RFn(本實施例中n=1,2,3,…,8，以下相同)和電感Ln構成的放電回路。在本實施例中，各相導線在熔斷刀閘FU的下游處和晶閘管構成的電子開關的上游間還各串有熱繼電器KH1、KH2、KH3和KH4。另從圖4中可見在每組補償電容器組中各設有兩個觸發器CHFn，其各輸入端分別與無功功率補償控制器CON的相應輸出端相聯接；其各輸出端分別與相應的電子開關中不同的兩晶閘管Vm的門極聯接。無功功率補償控制器CON的控制端(12)接缺相保護器(13)的輸出端；輸入端(14)串接有由熱繼電器控制的常閉觸點KH1、KH2、KH3和KH4，以及手動復位開關SB和與熔斷開關Q聯動的開關S；輸入端(15)和(16)分別接變流器TA次級。在變流器TA的次級并有電阻R10，這樣可以使變流器產生的電流信號變為電壓信號變流器TA的初級與一設于三相電力線路的任一相的互感器Ta1相聯接。本實施例中的補償電容器組共設四組，每組的控制標么容量分別為1、2、4、8，也就是說電容器組Cc1的容量為一個單位時，電容器組Cc2的容量為電容器組Cc1容量的一倍，而電容器組Cc3的容量為電容器組Cc2的容量的一倍，同理，電容器組Cc4的容量為電容器組Cc3容量的一倍。以此可以形成十六種不同的補償電容量組合。為減小外界對控制信號的干擾，還可以將無功功率補償控制器發出的信號變為光信號，利用光信號控制觸發器CHF工作，此時需要在附圖4的基礎上增添部分光電轉換電路和相應器件。在本實施例中，尚有一些用于產生電壓、電流指示的電路及相關的控制電路，由于這些電路是本領域中現有技術的部分，在本實施例中并無改變，本領域技術人員通過對附圖的閱讀也不難理解，而且這些部分與本實用新型的目的無直接的聯系，所以在此不再占用過多篇幅去介紹這些部分。
附圖4給出的實施例工作原理如下當電力母線L1中有電流通過時，即在互感器TA1中產生感應電流，并通過變流器TA初級的作用在次級產生電流信號。此電流信號在電阻R10的兩端產生電壓信號，并送入無功功率補償控制器CON的輸入端。當無功功率補償控制器CON檢測到線路中的無功電流時即根據所需補償的電容量在其輸出端輸出電壓信號給相應的觸發器CHF，由CHF觸發器產生觸發信號給補償電容器組的晶閘管V的門極，使相應的晶閘管導通，從而使相應的補償電容器組投入，進行補償；當無功功率補償控制器CON檢測到線路中的無功電流為零時，即在CON的各輸出端不輸出電壓信號，這時各觸發器CHF也不產生觸發信號，而各晶閘管V處于截止狀態，使補償電容器從補償回路中退出，而不產生補償作用；當無功功率補償控制器CON檢測到母線中無功電流發生變化時，即根據所檢測到的參數，在其相應的輸出端輸出電壓信號給相應的觸發器，由相應的觸發器產生或封閉觸發信號，從而使各相應補償電容器組Cc的晶閘管V導通或關閉，使相應部分的電容器組投入或組合投入，或者切斷退出。例如，當無功電流為一個單位時(此處的無功電流單位是按所各電容器組補償電流的范圍確定的)，CON僅向觸發器CHF1和CHF2發出信號，由觸發器CHF1和CHF2向晶閘管V1、V2、V3和V4發出觸發信號，使其導通，控制電容器組Cc1投入進行補償；當檢測到的無功電流為二個單位時，CON不再向觸發器CHF1和CHF2發出信號，而僅向控制第二組補償電容器組Cc2的觸發器CHF3和CHF4發出信號，這時觸發器CHF1和CHF2停止向晶閘管V1、V2、V3和V4發出觸發信號，使其關閉，控制電容器組Cc1退出補償，而觸發器CHF3和CHF4向晶閘管V5、V6、V7和V8發出觸發信號，使其導通，控制電容器組Cc2投入進行補償；當檢測到的無功電流為三個單位時，CON同時向控制Cc1的觸發器CHF1和CHF2和控制Cc2的觸發器CHF3、CHF4發出信號，使時觸發器CHF1、CHF2、CHF3和CHF4向各自控制的晶閘管V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7和V8發出觸發信號，使它們導通，控制電容器組Cc1和Cc2同時投入補償，實現一種組合補償；當所檢測到的無功電流再改變時，CON即根據所得信號控制其它相應電容器組投入補償，或從補償中切除。這樣四組電容器可實現16種不同的補償組合。
本實用新型由于在各補償電容組內的各電子開關下串的電抗器下游和電容器接點的上游間與直接與分斷開關連接的線路上連通有由電阻和電感構成的放電回路，當補償電容器退出時，它可以泄放電容器內存貯的電荷，另一方面它也可以給無功功率補償控制器產生一些相應的控制信號，并能提高裝置的響應速度。此外，在附圖4中無功功率補償控制器CON的控制端(12)與缺相保護器(13)相連接，輸入端(14)串接有由熱繼電器控制的常閉觸點KH1、KH2、KH3和KH4，以及手動復位開關SB和與熔斷開關Q聯動的開關S，這樣當發生缺相時CON即可以關斷，發生某組補償電容器組過熱時，由于各熱繼電器的作用均可以使CON處于關斷狀態，同時由于開關S與熔斷開關Q間是一種機械聯動，當Q閉合時S也同樣閉合，當Q斷開時S也同時斷開。通過這些措施完全保證了裝置工作的安全和操作的便利。
以下給出本實用新型的一個具體的實例，該實例與附圖4所給出的電路相同。整個裝置的四組補償電容器組的容量及所補償的無功電流分級如下電容組 電容量(KVAR)無功電流(A)第一組(Cc1)1014～28第二組(Cc2)2028～42第三組(Cc3)4042～56第一組(Cc4)8056～84所用主要器件無功功率補償控制器CON的型號為PGZT-I，脈沖觸發器CHF的型號為KCB-02A。
本實例經運行前后對比實測數據如下補償前 補償后服務對象風機、水泵、三臺鍋爐(與左相同)電壓(V)220223視在電流(A)124105功率因數 0.70.9使用本實用新型后裝置響應時間實測值小于20毫秒，可以頻繁動作，實現動態跟蹤補償，并可以有效地抑制電壓波動和閃變，同時消除了以前存在的啟動大設備時跳閘現象。另據實測計算，使用本實用新型后線損減少28.3％，減少平均視在功率15.3％。
權利要求1.一種無功補償裝置，包括補償電容器組，連接主線路與電容器組間的導線，和設于導線中位于電容器和主線路間的分斷開關，以及設于被補償電路中的無功功率補償控制器，其特征是在位于分斷開關下游處與補償電容器組間設有受無功功率補償控制器控制的電子開關。
2.如權利要求1所述的無功補償裝置，其特征是所述的電子開關是由兩反相并聯的晶閘管、其輸出端與晶閘的門極相連接的觸發器構成，觸發器的輸入端與無功功率補償控制器的輸出端相連接，在被補償線路中設置互感器，互感器回路中接入變流器的初級，變流器的次級回路與無功功率補償控制器相連接，并且在變流器次級回路中并入一壓降電阻，經此電阻產生的電壓信號送入無功功率補償器控制器中。
3.如權利要求2所述的無功補償裝置，其特征是在被補償的三相動力電路中的任一相中接入一個互感器。
4.如權利要求3所述無功補償裝置，其特征是每組補償電容器由等值電容三角連接而成，且在各電容器組中，其任意一個接點直接與分斷開關接通，其余的兩接點與相應的分斷開關間各自串連用兩個晶閘管反相并聯構成的電子開關。
5.如權利要求4所述的無功補償裝置，其特征是補償電容器組是四組，各組的控制標么容量分別為1、2、4、8。
6.如權利2至5所述的任一無功補償裝置，其特征是在各反相并聯的晶閘管間并聯有阻容吸收電路，而且電容器組中連接電子開關的接點與所連接的電子開關間串連有限流電抗器，在各補償電容組與各相間串有熱繼電器，且在無功功率補償控制器的控制輸入端設有串聯相接的受各熱繼電器控制的常閉觸點。
7.如權利要求6所述的無功補償裝置，其特征是在各補償電容組內的各電子開關下串的電抗器下游和電容器接點的上游間與直接與分斷開關連接的線路上連通有由電阻和電感構成的放電回路。
專利摘要本實用新型公開一種無功補償裝置，它至少包括補償電容器組，連接主線路與電容器組間的導線，和設于導線中位于電容器和主線路間的分斷開關，及位于分斷開關下游處與補償電容器組上游間所設的電子開關。本實用新型電子開關是由兩反相并聯的晶閘管、其輸出端與晶閘的門極相連接的觸發器構成，觸發器的輸入端與無功功率補償控制器的輸出端相連接。本實用新型的補償電容器組可以是四組，各組的控制標么容量分別為1、2、4、8。
文檔編號H02J3/18GK2447979SQ0024225
公開日2001年9月12日 申請日期2000年7月11日 優先權日2000年7月11日
發明者楊青, 田春, 賈俊鑫, 黃三彌, 楊志軍, 李晨, 王小斌, 高建州 申請人:鐵道部第一勘測設計院