專利名稱：一種高壓無涌流無功補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓電力設備，具體地說是涉及一種高壓無功補償 裝置。
背景技術：
在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種； 一種是有功功率，一 種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將 電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。無功功率不消耗 電能，但它是電氣設備能夠做功的必備條件。在配電系統中，變壓器也同樣 需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。 因此，沒有無功功率，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。在正常情 況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功 率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建 立正常的電磁場，那么，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電 設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。
隨著近年來大量非線性負荷和逆變負荷的應用增多，電壓、電流發生嚴 重畸變，產生諧波。諧波的產生降低了功率因數，造成設備無功占據增大， 從而進一步增加了電網損耗。電流在電感元件中做功時，電流滯后于電壓 90°。而電流在電容元件中^f故功時，電流超前電壓90。。在同一電if各中，電感 電流與電容電流方向相反，互差180。。磁元件電路中有比例地安裝電容元件， 使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提 高電能做功的能力，這就是無功補償。
可見，在配電系統中，無功補償裝置是主要設備之一，其作用主要是提高功率因數，降低功率損耗和電能損耗，改善電壓質量，減少用戶電費支出， 所以供電部門和用電單位對該無功補償裝置的要求都很高。
在上述無功補償裝置中，可以使用電容器來實現無功補償；在使用電容 器實現無功補償的裝置中，其一般包括測量裝置、控制裝置、開關和電容器 組。在利用電容器實現其無功補償的目的時，實時功率因數是一個非常重要
的參數，其 一般是根據供電系統實時功率因數作為控制電容器投切的依據；
了無功補償裝置實時功率因數的不斷變化，從而使得電容器在短時間內不斷 投切，由于電容器在補償瞬間投切過程中會產生很大的涌流，該涌流的電流 量是幾倍于額定電流的，所以很容易導致無功補償裝置中電容器的損壞。
現有技術中，對于解決上述無功補償裝置中的涌流問題，中國專利
CN2687925Y公開了一種高壓并聯電容器無涌流無過電壓投切裝置，該裝置 包括高壓隔離開關、開關變壓器、斷路器、高壓開關；在電路設置上采用將 高壓隔離開關、開關變壓器的高壓繞組、斷路器串聯構成一個串聯電路，高 壓開關和另一個斷路器串聯構成另一個串聯電路，將上述兩個串聯電路并聯 后接高壓并聯電容器，開關變壓器的低壓繞組接可控硅(雙向可控硅或單向 可控硅反并聯)，可控硅的控制極接可編程控制器。在該現有技術中，要實 現無涌流的目的，其是通過控制電容器的電壓保持與電源電壓相等時將電容
網，進行開關的投切，由于此時電路中的電源電壓較大，相應地其內部的電 流也較大，這樣就會由于不斷地投切導致開關發熱，影響高壓隔離開關的機 械壽命，給電網或者高壓無功補償設備的運行帶來了隱患。
實用新型內容
為此，本實用新型所要解決的技術問題是現有技術中選4奪在電容器電壓 等于電源電壓時進行開關投切，容易由于頻繁的開關投切導致開關發熱，降 低開關機械壽命，從而影響無功補償設備安全運行，進而提供一種通過智能 控制實現在電路實時電壓為0時進行開關投切的無涌流無功補償裝置。為解決上述技術問題，本實用新型的無涌流無功補償裝置包括 一個或 多個并聯連接的補償支路，所述補償支if各連接于母線上，由一個電容器回路 和一個開關串聯而成；
一個電壓互感器，其一端與母線連接；所述電壓互感器和一個控制器模 塊相連接；
所述控制器模塊包括工頻基準電壓信號存儲單元、投切時刻計算單元和 投切信號輸出單元；
所述工頻基準電壓信號存儲單元和^:切時刻計算單元相連接，所述工頻 基準電壓信號存儲單元將其內部存儲的工頻基準電壓信號輸送至所述投切 時刻計算單元內；
所述電壓互感器與控制器模塊的投切時刻計算單元相連接，將其測量得 到的實時電壓信號輸入至所述投切時刻計算單元內；
所述投切信號輸出單元和所述投切時刻計算單元相連接，所述投切時刻 計算單元根據輸入的工頻基準電壓信號和實時電壓信號計算出投切時刻，并 將該投切時刻信號輸送至所述投切信號輸出單元內；
所述^:切信號輸出單元同時和一個或多個開關相連接；所述一個或多個 開關接收所述投切信號輸出單元輸出的在實時電壓為0的時刻進行投切的投 切信號。
其中，在所述高壓無涌流無功補償裝置的每個電容器回路中還串聯連接 一個電抗器。
在所述高壓無涌流無功補償裝置的每個電容器回路中還串聯有一個放 電線圈。
此外，在所述高壓無涌流無功補償裝置的每個補償支路中還包括一個設 置于所述開關和電容器回路之間的電流互感器；所述控制器模塊還包括一個 實時電流信號存儲單元和實時電流顯示終端，所述電流互感器與所述實時電 流信號存儲單元相連接，所述電流互感器將其測量的補償支路中的電流值信 號輸入至所述實時電流信號存儲單元，所述實時電流信號存儲單元將所述實
6時電流信號輸入至所述實時電流顯示終端進行顯示。
所述高壓無涌流無功補償裝置中的開關為真空開關。所述真空開關優選 為低涌流真空開關。
所述低涌流真空開關設置有一個信號處理和計時控制器，與控制器模塊 中的投切信號輸出單元相連接，接收控制器模塊的投切信號輸出單元發出的
控制信號；
一個與所述信號處理和計時控制器相連接的控制單元；
一個與所述控制單元相連接的電感接近位置傳感器，所述控制單元4妻收 電感接近位置傳感器發出的指示分閘與合閘位置的連鎖信號；
一個與所述控制單元相連接的操作單元，接收所述控制單元發出的開關 投切指令。
所述低涌流真空開關還可包括一個與操作單元相連接的磁力機構。
本實用新型的上述技術方案相比現有技術具有以下優點
(1)本實用新型所述的無涌流無功補償裝置采用智能的控制器模塊對 開關的投切進行控制，其在控制器模塊的工頻基準電壓信號存儲單元中輸入 一個工頻基準電壓信號，該工頻基準電壓信號反映的是電路內部電壓變化的 頻率，通過上述頻率的變化，控制器模塊根據接收到的實時電壓信號，即可 以通過其內部的投切時刻計算單元計算出電路內部實時電壓為0的時刻，然 后控制器模塊的投切信號輸出單元根據計算出的時刻輸出投切指令至開關， 控制電容器在電路實時電壓為0時進行投切；本實用新型選擇在電路中的實 時電壓為0時實現所述開關的投切，從而避免了現有技術中選擇在電壓不為 0時進行開關的投切容易產生較大的涌流的問題，從而不會因為涌流而導致 電容器的毀壞；另一方面，選擇在補償支路電流為0時投切開關，不會因為 電路中存在電流投切開關而導致開關發熱，從而保證了開關的機械壽命；第 三方面，因為本實用新型所述的控制器投切邏輯判斷快速、可實時輸出投切 信號，不會產生指令的滯后。(2) 本實用新型所述的無涌流無功補償裝置還可設置電流互感器，并 相應地在所述控制器模塊中設置實時電流信號存儲單元，之后通過實時電流
顯示終端將實時電流顯示出來；其引入了補償支路中的電流信號的負反饋控 制，可以驗證在本實用新型所述的無涌流無功補償裝置在電路實時電壓為0 進行投切時，是否也保證了電路實時電流為0,這樣可以檢驗控制器模塊的 運行是否正常，更好地保證了無涌流無功補償裝置的無涌流投切。
(3) 本實用新型所述的無涌流無功補償裝置采用低涌流真空開關來實 現所述一個或多個電容器的投切；其克服了現有技術中將無涌流無功補償裝 置的使用僅僅局限于低壓裝置的問題，其可以在高壓電路中選擇當電路電壓 為零時合閘，通過其"&置的具有連鎖信號、脫扣和自診斷功能的控制單元和 一個用于指示分閘與合閘位置的電感接近位置傳感器，保證了所述開關可以 在合適的相位角上合閘，更好地保證了電路中無涌流的實現。其中，所述低 涌流真空開關優選為磁控開關，其所用零件少，動作簡單可靠，使用壽命很 長；其中磁控開關多采用閉環控制方法，其能通過對來自溫度、老化等干擾 的影響進行補償，實現運動控制，保證了動作時間的穩定性。
為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據本實用新型的 具體實施例并結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中 圖l是本實用新型所述無涌流無功補償裝置的電路圖； 圖2是本實用新型所述無涌流無功補償裝置的最優選的電路圖； 圖3是本實用新型所述無涌流無功補償裝置中控制器模塊的內部結構 示意圖4是本實用新型所述無涌流無功S卜償裝置的低涌流真空開關內部的 優選結構示意圖。
圖中附圖標記表示為l一控制器模塊、2—電容器、3—電壓互感器、4一 開關、5—放電線圈、6—低涌流真空開關、電抗器一7、電流互感器一8。
具體實施方式
如圖1所示為本實用新型所述無涌流無功補償裝置的電路示意圖，在該
補償裝置中設置了三個并聯連接的補償支路L1、 L2、 L3,這三個補償支路 都與電網的母線連接；每個補償支路由一個電容器2回路和一個開關4串聯 而成。所述無涌流無功補償裝置還包括一個電壓互感器3和一個控制器模塊 1;所述控制器模塊1的內部結構見圖3中所示，其包括一個工頻基準電壓 信號存儲單元、投切時刻計算單元和投切信號輸出單元。所述工頻基準電壓 信號存儲單元以及所述電壓互感器3和投切時刻計算單元相連接，所述投切 時刻計算單元和所述投切信號輸出單元相連接。所述無涌流無功補償裝置中
的電壓互感器3 —端與母線連接，另一端與控制器模塊1的投切時刻計算單 元相連接；所述控制器模塊1通過其內部的投切信號輸出單元同時和開關 Kl、 K2、 K3相連才妻。
在本實施方式中，選擇設置了三個無涌流無功補償支路，作為可以選擇 的實施方式，所述無涌流無功補償支路可以根據電網中無功功率損失情況進 行各別設置，可以設置為只有一個無涌流無功補償支路或者設置多個無涌流 無功補償支路。
在所述無涌流無功補償裝置中，所述電壓互感器3實現將電路中的高壓 降為低壓，并對電路中的電壓進行實時測定，將測得的電路電壓值傳輸至與 其相連的控制器模塊1的投切時刻計算單元中。所述控制器模塊1的作用是 接收來自電壓互感器3測定的實時電壓值，并結合工頻基準電壓信號存儲單 元中存儲的工頻基準電壓值，準確計算電路中電壓為0的時刻，從而發出控 制指令給開關4,控制開關4在電壓為0的時刻進行投切。
當上述無涌流無功補償裝置工作時，其包括如下幾個步驟
一、 按照前述的電路連接關系，連接設置本實用新型所述的無涌流無功 補償裝置中的各個部分；向所述控制器模塊l中輸入工頻基準電壓信號，并 將該信號存儲至所述工頻基準電壓信號存儲單元中；所述工頻基準電壓信號 為一個頻率值，該頻率值反映了電路中電壓變化的速度。
二、 當電網開始工作時，傳輸一定距離后，電網中的無功功率出現了損
9耗，這是需要開啟補償裝置對電網進行無功補償。首先，電路中的電壓互感
器3對電路中的實時電壓進行測定，并將測得的電壓值信號輸送至控制器模
塊1中的投切時刻計算單元中，所述工頻基準電壓信號存儲單元將接收到的 工頻基準電壓信號輸入至投切時刻計算單元中，所述投切時刻計算單元根據
實時電壓和工頻基準電壓的數值，可以計算出電3各中電壓為0的時刻，該時
刻即是本實用新型所述的投切時刻；之后，投切時刻計算單元再將該計算結 果輸入至投切信號輸出單元內，該投切信號輸出單元將上述投切時刻信號輸
出至開關K1、 K2、 K3處。
三、所述開關Kl、 K2、 K3在接收上述投切信號輸出單元輸出的投切 時刻信號后，在該時刻進行上述開關4的投切；當上述開關4閉合后，電容 器2經開關4處閉合后的電路向所述電網進行無功補償。
在該步驟中，所述開關4的閉合可以根據電網中無功功率損失的多少， 選擇閉合全部開關4進行補償或者部分開關4閉合補償。
在上述補償過程中，由于電路中的電壓為O,所以避免了涌流的產生，
四、上述無功補償結束后，控制器模塊1控制所述開關4斷開，補償過 程結束。
在上述無涌流無功補償裝置的電容器2回路中，優選設置電抗器7和放 電線圈5中的至少一個，所述電抗器7和放電線圈5和電容器2串聯構成一 個電容器2回路。在所述電容器2回路中設置電抗器7時為了減少電網諧波 對補償支路的影響，提高補充入電網中的電流的品質。設置放電線圈5是為 了安全的考慮，在電容器2完成對電網的無功補償后，通過放電線圈5實現 對電容器2電量的釋放。
作為本實用新型所述的無涌流無功補償裝置的另一個實施方式，該裝 置的每個補償支路中還可以再設置一個設置于所述開關4和電容器2回路之 間的電流互感器8,見圖2所示；相應地，所述控制器模塊1還包 一個實 時電流信號存儲單元和實時電流顯示終端，所述電流互感器8與所述實時電流信號存儲單元相連接，所述電流互感器8將其測量的補償支路中的電流值 信號輸入至所述實時電流信號存儲單元，所述實時電流信號存儲單元將所述 實時電流信號輸入至所述實時電流顯示終端進行顯示。該部分的設置目的在 于引入補償支路中的電流信號的負反饋控制，即在對電網進行補償的過程 中，同時驗證在電路實時電壓為0進行投切時，是否也保證了電路實時電流 為O,這樣可以檢驗控制器模塊1的運行是否正常，更好地保證了無涌流無 功補償裝置的無涌流準確投切。
在上述的所有實施方式中，所述的開關4可以優選為真空開關4。
另外，所述真空開關4可以優選低涌流真空開關6;該低涌流真空開關 6的內部結構示意圖見圖4所示(不包括其中的磁力機構)，其包括一個信號 處理和計時控制器、 一個控制單元、 一個電感接近位置傳感器和一個操作單 元；所述信號處理和計時控制器與控制器模塊l中的投切信號輸出單元相連 接，接收控制器模塊l的投切信號輸出單元發出的控制信號；所述控制單元 與所述信號處理和計時控制器相連接；此外所述控制單元還連接有所述電感 接近位置傳感器，所述控制單元接收電感接近位置傳感器發出的指示分閘與 合閘位置的連鎖信號；所述控制單元還進一步連接有一個操作單元，接收所 述控制單元發出的開關4投切指令并控制開關4進行投切。
設置有上述結構低涌流真空開關6的無涌流無功補償裝置在工作時，其 工作步驟一、二同前述，之后步驟如下
三、所述開關K1、 K2、 K3的信號處理和計時控制器接收控制器模塊1 中投切時刻輸出單元輸出的控制信號，并在收到控制信號的同時信號處理和 計時控制器開始工作，并設定在控制信號所要求的投切時刻作出反應給控制 單元；
所述信號處理和計時控制器將該信號輸入至控制單元內；控制單元通過 與其連接的電感接近位置傳感器感知開關4的分閘和合閘的實時位置；根據 上述實時位置，控制單元在計時控制器計時到達制定投切時刻時，結合開關 4的實時位置，發出指令給控制單元，控制單元再控制開關4在合適的相位 角上合閘，從而避免了在非合適的相位角上合閘導致出現較大涌流。當上述開關4閉合后，電容器2經開關4處閉合后的電路向所述電網進 行放電，實現對電網的無功補償。
在該步驟中，所述開關4的閉合可以根據電網中無功功率損失的多少， 選擇閉合全部開關4進行補償或者部分開關4閉合補償。
在上述補償過程中，由于電路中的電壓為O,所以避免了涌流的產生，
-勤
四、上述無功補償結束后，控制器模塊1控制所述開關4斷開，補償過 程結束。
在本實用新型中，如果選擇使用磁控的低涌流真空開關6，則需要在所 述低涌流真空開關6的操作單元開關上設置磁力機構(見圖4所示)，從而 通過磁力機構實現對真空開關4的閉合和斷開。
要實現上述目的，本實用新型所述的低涌流真空開關6的操作是由具有 連鎖信號、脫扣和自診斷功能的電子裝置來控制的。線圈電流的開關操作， 連鎖信號和自診斷由一個專門設計的控制單元完成，通過使用電感接近位置 傳感器可以指示分閘與合閘位置。所述控制單元接收來自本實用新型所述無 涌流無功補償裝置中的投切信號，通過對機構運動部分的閉環控制，使其在 不同的電容器2充電電壓以及所有其它參數所規定的允差內，能自動補償觸 頭磨損以便保證正確的合閘和分閘時刻。
本發明所述的電容器2開關4為集斷路器功能為一體的可以控制電容器 2接入或者斷開補償支路目的的開關4。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式 的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做 出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮 舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍屬于本實用新型創造的保護 范圍內。
權利要求1.一種高壓無涌流無功補償裝置，其包括一個或多個并聯連接的補償支路，所述補償支路連接于母線上，由一個電容器回路和一個開關串聯而成；一個電壓互感器，其一端與母線連接；所述電壓互感器和一個控制器模塊相連接；其特征在于，所述控制器模塊包括工頻基準電壓信號存儲單元、投切時刻計算單元和投切信號輸出單元；所述工頻基準電壓信號存儲單元和投切時刻計算單元相連接，所述工頻基準電壓信號存儲單元將其內部存儲的工頻基準電壓信號輸送至所述投切時刻計算單元內；所述電壓互感器與控制器模塊的投切時刻計算單元相連接，將其測量得到的實時電壓信號輸入至所述投切時刻計算單元內；所述投切信號輸出單元和所述投切時刻計算單元相連接，所述投切時刻計算單元根據輸入的工頻基準電壓信號和實時電壓信號計算出投切時刻，并將該投切時刻信號輸送至所述投切信號輸出單元內；所述投切信號輸出單元同時和一個或多個開關相連接；所述一個或多個開關接收所述投切信號輸出單元輸出的在實時電壓為0的時刻進行投切的投切信號。
2. 根據權利要求1所述的高壓無涌流無功補償裝置，其特征在于，所述電 容器回路中還串聯連接一個電抗器。
3. 根據權利要求1所述的高壓無涌流無功補償裝置，其特征在于，所述電 容器回路中還串聯一個放電線圈。
4. 根據權利要求1-3任一所述的高壓無涌流無功補償裝置，其特征在于，在每個所述補償支路中還包括一個設置于所述開關和電容器回路之間的電流互感器；所述控制器模塊還包括一個實時電流信號存儲單元和實時電流顯 示終端，所述電流互感器與所述實時電流信號存儲單元相連接，所述電流互 感器將其測量的補償支路中的電流值信號輸入至所述實時電流信號存儲單 元，所述實時電流信號存儲單元將所述實時電流信號輸入至所述實時電流顯 示終端進行顯示。
5. 根據權利要求l一3任一所述的高壓無涌流無功補償裝置，其特征在于， 所述開關為真空開關。
6. 根據權利要求5所述的高壓無涌流無功補償裝置，其特征在于，所述真 空開關為^f氐涌流真空開關。
7. 根據權利要求6所述的高壓無涌流無功補償裝置，其特征在于，所述低涌 流真空開關設置有一個信號處理和計時控制器，與控制器模塊中的投切信號輸出單元相連 接，接收控制器模塊的投切信號輸出單元發出的控制信號；一個與所述信號處理和計時控制器相連接的控制單元；一個與所述控制單元相連接的電感接近位置傳感器，所述控制單元接收 電感4妄近位置傳感器發出的指示分閘與合閘位置的連鎖信號；一個與所述控制單元相連接的操作單元，接收所述控制單元發出的開關 投切指令。
8. 根據權利要求7所述的高壓無涌流無功補償裝置，其特征在于，所述低 涌流真空開關還包括一個與操作單元相連接的磁力機構。
專利摘要一種高壓無涌流無功補償裝置，包括一個或多個并聯連接的補償支路，每個補償支路由一個電容器回路和一個開關串聯而成；一個電壓互感器，其一端與母線連接；一個控制器模塊；所述控制器模塊包括工頻基準電壓信號存儲單元、投切時刻計算單元和投切信號輸出單元；所述電壓互感器的另一端與控制器模塊的投切時刻計算單元相連接；所述投切信號輸出單元同時和一個或多個開關相連接；所述開關接收所述投切信號輸出單元輸出的在實時電壓為0的時刻進行投切的投切信號。所述的開關可以是低涌流真空開關。本實用新型所述的高壓無涌流無功補償裝置可以實現無涌流的無功補償。
文檔編號H02J3/18GK201378742SQ200920151490
公開日2010年1月6日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者王占武 申請人:王占武