專利名稱：高壓線路無功補償自動投切裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高壓線路無功補償投切裝置，具體是一種高壓線路無功補償自動投切裝置。
現在，電力系統--特別是高壓線路的無功補償投切多采用手動操作，效率低、安全性差，難以及時保障高壓線路的安全運行，后雖在使用中有所改進，但若要實現自動投切，須借助變電站的操作電源，在干線式架空配電線路上加裝自動無功補償裝置，既無操作電源、且因工作環境差、無人值守，難以實現安全、正常運行，中國專利公開的2L88202441一種無功補償電容自動投切裝置，是使用兩個晶體管繼電器進行功率因數的檢測，其檢測電路與延時電路合為一體，形成一個檢測、延時系統，控制步進繼電器組的動作，實現電容器組的自動投切，但其依然沒有能夠實現直接使用于戶外的架空線路上，存在了適用范圍窄、功能少，不具有自保護、動作可靠性差，安全系數小的缺陷。
本實用新型的目的在于提供一種實現直接在戶外線路進行無功補償自動投切，減少線路損耗和改善靜荷點，具有自保護功能，動作可靠、維修率低，結構簡單，有斷相、短路保護、能夠記錄投切次數、體積小、重量輕的高壓線路無功補償自動投切裝置。
本實用新型是通過以下技術方案實現的一種高壓線路無功補償自動投切裝置，由分斷器，變壓器、繼電器、電流互感器及投切控制模塊組成，變壓器輸入端、分斷器輸入端及電流互感器輸入端分別直接與高壓線路連接，變壓器輸出端、電流互感器輸出端及電磁操作機構經固態繼電器S分別與投切控制模塊連接。
上述投切控制模塊由分閘模塊、合閘模塊、斷相、短路保護模塊、顯示模塊及掉電保護模塊組成，分閘模塊與合閘模塊經驅動電路與固態繼電器S連接，同時還分別與斷相、短路保護模塊及顯示模塊連接，并分別連接掉電保護模塊。
上述的分閘模塊為由比較器A1及過壓比較電壓Vref1組成的比較電路與脈沖發生電路A3連接后再與由分頻器A13、A14及反相器A12構成的數字延時電路連接，經延時選擇開關K1，與由電阻R3、R4及電容C3組成的上電閉鎖合閘電路連接，同時再經過或門A18、或非門A22接由與非門A25、A28組成的R-S觸發器，然后經反相器A27、電阻R12、R13及三極管G3組成的驅動電路與固態繼電器S連接。
上述的合閘模塊為由比較器A2與比較電壓Vref2組成的欠壓比較電路，與脈沖發生電路A4同時經與門A11與由分頻器A16、A17組成的數字延時電路連接，再經延時選擇開關K4、或門A21及與非門A24與R-S觸發器的與非門A26的輸入端連接。
上述的斷相、短路保護模塊是由電流互感器與整流、濾波、降壓處理電路W1、W2、W3連接后，再分別接由比較器A28～A33構成的比較電路輸入端，比較電路輸出端共同經或門A34、與非門A35與由三極管G1、G2、電阻R18～R19、二極管D1～D4及電容C1、C2、比較器A37、A38構成的雙路RC延時電路連接，RC延時電路的輸出端通過與門A38與故障信號鎖存電路連接，故障信號鎖存電路上設有故障顯示電路，故障顯示電路的緩沖器A41再與分閘模塊的或非門A22輸入端連接，同時還與合閘閉鎖電路的反相器A23輸入端連接，RC延時電路的輸入端與分閘、合閘模塊的R-S觸發器A28輸出端連接，故障信號鎖存電路、RC延時電路分別連接掉電保護模塊。
上述的顯示模塊為由計數器與合閘模塊的或門A21輸出端連接，計數器輸出端依次經三態緩沖電路、譯碼、驅動電路、限流電阻與數碼管連接，在三態緩沖電路的控制端與電阻R27、R28、反相器A42構成的掉電控制電路連接，反相器A42、三態緩沖電路、計數器均連接掉電保護模塊。
上述的投切控制模塊上加設有手動分、合閘電路，并分別與分閘模塊的反相器A19、合閘模塊的反相器A20及其與門A8、A9連接。
上述的掉電保護模塊為電阻R32、二極管D7、電容C4及可充電電池E構成。
以下結合附圖進一步詳細描述
圖1、本實用新型線路框圖。
圖2、本實用新型安裝示意圖。
圖3、分閘、合閘模塊電路圖。
圖4、斷相、短路保護模塊電路圖。
圖5、顯示模塊電路圖。
圖6、掉電保護模塊電路圖。
圖中1過壓比較電路、2欠壓比較電路、3基準電路、4脈沖發生電路、5脈沖發生電路、6分閘延時電路、7合閘延時電路、8分閘閉鎖電路、9合閘閉鎖電路、10分閘電路、11合閘電路、12手動分、合閘電路、13、驅動電路、14信號處理電路、15比較電路、16延時電路、17故障信號鎖存、顯示電路、18掉電保護電路、19計數器、20三態緩沖電路、21譯碼、驅動電路、22限流電阻、23數碼管將本實用新型用于戶外10KV高壓線路上，進入自動狀態時，線路電壓經變壓器T1、降壓分為U2、U2兩路，U1輸出供真空分斷器分、合閘，U2電壓輸出再經變壓器T2變壓至適合于電子電路的電壓，變壓器T2有三個輸出繞組，其中一組經整流、濾波電路W4處理后輸出直流電壓信號V6；第二組經整流、濾波、穩壓電路B1處理輸出直流電源VDD；第三組經整流、濾波和穩壓電路B2處理輸出直流電源VCC，當架空線路電壓高于10KV時，整流、濾波電路W4處理輸出的直流電源V6經取樣電阻R5、R6的分壓，獲得取樣電壓U13，取樣電壓U13電壓信號送入過壓比較電路中比較器A1的正輸入端，這時取樣電壓U13大于比較器A1負輸入端的參考電壓Vref1，使比較器A1輸出為高電平，從而與其連接的與門A5輸出也為高電平，啟動了脈沖發生電路A3，脈沖發生電路A3的脈沖輸出送入與門A7的輸入端，同時比較器A1輸出還使與門A7打開，允許脈沖信號通過A7輸出，送入延時電路的分頻器A13、分頻器A14輸入端，并且與比較器A1輸出端相連的反相器A12輸出低電平，使分頻器A13、分頻器A14進入延時計數狀態，因分頻器A13、分頻器A14串接，使其構成延時能達8～12分鐘，經延時后，延時脈沖信號經分頻器A14的輸出端以高電平送入延時選擇開關K1的輸入端，正常情況延時選擇開關K1只能有一個觸點閉合，選擇不同觸點，分閘延時時間也將不同，高電平經延時選擇開關K1輸出端送入或門A18的輸入端，或門A18輸出變為高電平再送入或非門A22的輸入端，或非門A22輸出為低電平，該低電平加到由與非門A25、與非門A26成的R-S觸發器中與非門A25的輸入端，使與非門A25輸出高電平，則與非門A26輸出為低電平，由電阻R12和R13組成的分壓電路使三極管G3基極為低電平，三極管G3截止，三極管G3的集電極無電流，輸出U3為零電壓，使固態繼電器S輸出斷開，而電磁操作機構失去電源，真空分斷器DL在壓縮彈簧N的作用下，動觸頭向下運動，真空分斷器DL斷開。
在架空線路電壓低于10KV時，經變壓器T2二次降壓得到的直流電壓信號V6經取樣電阻R5、R6的分壓，獲得取樣電壓U13，取樣電壓U13的電壓信號送入比較電路中比較器A2的負輸入端，比較器A2的正輸入端接參考電壓Vref2，此時取樣電壓U13小于參考電壓Vref2，使比較器A2輸出為高電平，又因比較器A2輸出端接與門A6，故與門A6輸出為高電平，輸出的高電平啟動脈沖發生電路A4，脈沖發生電路A4的脈沖輸出送入與門A11的輸入端，同時比較器A2輸出的高電平使與門A11打開，脈沖信號送入數字延時電路中分頻器A16的輸入端，分頻器A16串接分頻器A17，同時反相器A10輸出低電平，并經或門A15將低電平加到數字延時電路分頻器A16、分頻器A17的復位端，使數字延時電路進入延時計數狀態，脈沖信號經分頻器A16、分頻器A17延時后，由分頻器A17的輸出端送入延時選擇開關K4一個高電平脈沖，延時選擇開關K4只能接通一個觸點，延時選擇開關K4輸出高電平脈沖信號送入或門A21的輸入端，并再送入與非門A24的輸入端，使與非門A24輸出為低電平，從而使R-S觸發器的與非門A26輸出為高電平，則與非門A25輸出為低電平，與非門A25的低電平使反相器A27輸出的高電平，經電阻R12、R13分壓，使三板管G3飽合，三極管輸出U3使固態繼電器S觸點閉合，接通電磁操作電路，在拐臂M的帶動下，拉桿上升，真空分斷器DL閉合，電容器組C被投入線路實現無功補償，同時與非門A25的合閘低電平送入與門A9的輸入端，與門A9低電平輸出則同時閉鎖與門A6及與門A11，使與門A6輸出的低電平關閉脈沖發生電路A4，與門A11的低電平輸出關閉數字延時電路分頻器A16的輸入端。
在電容器組C發生斷相或短路故障時，經各相的電流互感器CT測得的信號I1、I2、I3送入整流、濾波、限幅保護電路W1、W2、W3，輸出經采樣電位器P1、P2、P3產生較大電壓，當發生斷相時，測得信號I1或I2或I3很小以至為零，故整流、濾波、限幅保護電路W1、W2、W3的輸出采樣電位器P1、P2、P3上產生零電壓，由于電容器組C正常工作時在采樣電位器P1、P2、P3上產生的采樣電壓比短路時值小得多，而比斷相時的值大得多，從而可按電位器P1、P2、P3上的電壓信號大小，來判斷電容器組C回路的短路、斷相或是正常進行狀態；當短路時電壓信號從采樣電位器P1、P2、P3的電位端取電壓U7、U8、U9，并分別接到比較電路的比較器A28、A30和A32的正輸入端，在發生任兩相或三相短路時，電壓U7、U8和U9中電壓會大于負輸入端的高參考電壓Vref4，而導致比較器A28、A30和A32輸出變高電平；斷相時零電壓信號從采樣電位器P1、P2和P3的中間端頭引出，取樣電壓較低，然后分另接到比較電路的比較器A29、A31和A33的負輸入端；電容器組C回路發生斷相故障時，電壓U10或U11或U12中相應電壓為零，遠低于比較電路比較器A29、A31及A33負輸入端接的低參考電壓Vref3，從而使相應的比較器也輸出為高電平。參考電壓Vref4和Vref3取得較高和較低，目的是區分于電容器組C正常運行時電位器P1、P2、P3上的電壓值，因此不管發生了短路故障還是斷相故障，總可以使相應比較電容器組C的比較器輸出為高電平，高電平分別接入或門A34的輸入端，通過與非門A35的反相作用，使二極管D1導通，二極管D2輸入端為低電平，使三極管G2截止，這時電容器C2通過電阻R18開通并使之充電，三極管G2、電容C2和電阻R18構成RC充電延時電路，當電容器C2充電壓大于比較器A38負輸入端接的參考電壓Vref5，比較器A38反轉輸出高電平，比較器A38的輸出高電平經RC延時電路加到與門A38輸入端，使與門A38產生一個正脈沖沿接D觸發器A40，與門A39的脈沖上沿使D觸發器A40輸出Q端變高電平，從而使與之相連的二極管D5截止，反相器A23的輸入端和或非門A22輸入端變高電平，反相器A23反相輸出的低電平送到與非門A24的輸入端，閉鎖合閘回路，或非門A22輸出的低電平使其發出分閘信號，從而經R-S觸發器的與非門A25、反相器A27、電阻R12使三極管G3截止，集電極無電流，U3為零電壓，固態繼電器S輸出斷開，使真空分斷器DL跳閘，同時D觸發器A40的Q輸出高電平接緩沖器A41，再經限流電阻R23使三極管G4飽和，從而發光管L4在電阻R24限流下接通電源而發出光報警，由于D觸發器A40D端直接高電平，而復位端R和置位端S接低電平，從而時鐘端3一經上升脈沖沿觸發后，輸出端保持Q值不再變化，此外由于D觸發器A40和緩沖器A41是由掉電保護模塊的電源VE、VCC、VDD供電，所以盡管失去電源，D觸發器A40仍能保持故障信號Q端正電平而不丟失。當真空分斷器DL分閘后，由于電容器組C三相電流也為零，導致電位器P1、P2、P3輸出一個零電壓，使比較電路的比較器A29、A31、A33輸出為高電平，即發出錯誤的故障信號，為避免這種錯誤信號，從分、合閘模塊R-S觸發器的與非門A26輸出端引入一閉鎖信號接入與非門A35的輸入端，所以雖然或門A34輸出為高電平，因分閘模塊的R-S觸發電路的與非門A26輸出為低電平，從而使與非門A35輸出為高電平，而不會啟動后面的RC延時電路。
當真空分斷器DL合閘時，由于合閘瞬間電容器組C的充電作用，瞬間會出現一過電流，有可能使比較電路的比較器A28、A30或A32輸出為高電平，另外由于真空分斷器DL因有合閘時間，在上電瞬間也使還未合上，而R-S觸發電路的與非門A26輸出變離，打開了與非門A35輸出，使其變低而錯送故障信號，所以在電路中加設了由三極管G2、電容器C2和比較器A38及電阻構成的RC延時電路，延時電路應盡量躲過電容器組C的充電時間和真空分斷器DL的合閘時間，為了提高電容器故障時的投切速度，又在電路中加設了由三極管G1、電容器C1和比較器A37及電阻構成的較長延時的RC延時電路，從而構成了雙路RC延時電路，這樣在真空分斷器DL合閘時，反相器A36輸入端變高，其輸出變低而啟動三極管G1、電容器C1和比較器A37及電阻構成的RC延時電路，其剛上電時延時時間大于三極管G2、電容C2及比較器A38構成的RC延時電路的延時時間，從而在上電時比較器A37輸出的低電平將與門A38輸出拉低，防止了上電時的誤發故障信號，這樣可將三極管G2、電容器C2、比較器A38及電阻組成的RC延時電路的延時時間較短；當電容器投入運行后再發生故障，因正常運行時比較器A37輸出為高電平，從而故障信號經或門A34輸出經三極管G2、電容器C2及比較器A38很短延時即可迅速使真空分斷器DL跳閘。
因合閘電路的或門A21的輸出端與計數器的個位輸入時鐘端連接，故每合一次閘就送過一個脈沖上升沿使計數器向上加“1”，計數器輸出經三態緩沖器送入譯碼、驅動電路，使譯碼輸出值轉換成與數碼管適相應的形式后，再經限流電阻送入數碼管中顯示數字，因譯碼、驅動電路的消隱控制端一是經電阻R25接地，二是經串聯的按鈕S4和電阻R26按正電源VDD，平時處于消隱狀態，當需檢查動作次數時，按下S4鍵，即可從數碼管顯示動作的次數值，數碼管最多可記錄9999次，當需記數清零時，按下計數器清除鍵S5，則在電阻R29、R30的作用下使計數器復位端接高電平而成“零”記錄。
在需要手動分、合閘時，按下自動合閘退出鍵S1，第一觸點閉合后，將手動分閘按鈕FB和手動分閘回路接通，因觸點一端接反相器A19，當按鈕FB按下后則在反相器A19輸入端加一個負脈沖，反相器A19作用使或門A18得到一個分閘脈沖信號，從而實現分閘；第二觸點一端連接與門A8、A9輸入端，故閉合后使與門A8、A9輸入端加一低電平信號，同時閉鎖自動分、合閘電路的脈沖發生電路及延時電路，這樣自動分，合閘電路就不會干擾手動分、合閘電路的操作；第三個觸點閉合使手動合閘按鈕HB經反相器A20與或門A21使手動合閘電路接通，在按鈕HB按下時，一個負脈沖信號加到反相器A20輸入端，反相器A21輸出端獲得一個正脈沖信號，經或門A21加到了與非門A24的輸入端，從而實現手動合閘；第四個觸點閉合后，經電阻R10與檢驗鎖定按鈕S2連接，接通自動退出指示燈L1，指示燈L1亮，表明已退出自動分、合閘狀態，在鎖定按鈕S2按下時，若真空分斷器DL在分閘狀態，則附助觸點DL1閉合，電源VCC經過電阻R11加到指示燈L2上，使指示燈L2亮，若真空分斷器DL在合閘狀態，則附助觸點DL1斷開，DL2閉合，電源VCC通過電阻R14加在指示燈L3上，使指示燈L3亮，從而在維護時可隨時能夠知道投切控制模塊是在自動還是手動分閘控制狀態。
直流電源VDD經二極管D6輸出VE電源，正常情況下，直流電源VDD通過二極管D6直接經投切控制模塊控制系統電源，并經電阻R32使可充電電池E處于充電狀態，在掉電后電源VDD為“零”，這時可充電電池輸出電源經二極管D7送出電源，由于掉電保護模塊自耗電量很小，從而可保證各顯示數據保持很長時間而不失去。
此外，在本投切裝置上還可設置避雷裝置。
本實用新型具有以下優點1、設計新穎，線路簡單，能實現自動投切。
2、具有自保護功能，動作安全可靠、維修率低。
3、具有斷相、短路保護并能夠記錄投切次數。
4、體積小、重量輕。
5、適用范圍廣。
權利要求1.一種高壓線路無功補償自動投切裝置，由分斷器，變壓器、繼電器、電流互感器及投切控制模塊組成，其特征在于變壓器輸入端、分斷器輸入端及電流互感器輸入端分別直接與高壓線路連接，變壓器輸出端、電流互感器輸出端及電磁操作機構經固態繼電器S分別與投切控制模塊連接。
2.根據權利要求1所述的高壓線路無功補償自動投切裝置，其特征在于投切控制模塊由分閘模塊、合閘模塊、斷相、短路保護模塊及顯示模塊、掉電保護模塊組成，分閘模塊及合閘模塊經驅動電路與固態繼電器S連接，同時還分別與斷相、短路保護模塊及顯示模塊連接，并分別連接掉電保護模塊。
3.根據權利要求2所述的高壓線路無功補償自動投切裝置，其特征在于分閘模塊為由比較器A1及比較電壓Vref1組成的過壓比較電路與脈沖發生電路A3連接后再與由分頻器A13、A14及反相器A12構成的數字延時電路連接，經延時選擇開關K1，與由電阻R3、R4及電容C3組成的上電閉鎖合閘電路連接，同時再經或門A16、或非門A22接由與非門A25、A26組成的R-S觸發器，然后經反相器A27、電阻R12、R13及三極管G3組成的驅動電路與固態繼電器S連接。
4.根據權利要求2所述的高壓線路無功補償自動投切裝置，其特征在于合閘模塊為由比較器A2與比較電壓Vref2組成的欠壓比較電路與脈沖發生電路A1同時經與門A11與分頻器A16、A17組成的數字延時電路連接，再經延時選擇開關K4、或門A21及與非門A24與R-S觸發器的與非門A26的輸入端連接。
5.根據權利要求2所述的高壓線路無功補償自動投切裝置，其特征在于斷相、短路保護模塊是由電流互感器與整流、慮波、降壓處理電路W1、W2、W3連接后，再接由比較器A28～A33組成的比較電路輸入端，比較電路輸出端共同經或門A34、與非門A35與由三極管G1、G2、電阻R16～R18、二極管D1～D4及電容C1、C2、比較器A37、A38組成的雙路RC延時電路連接，RC延時電路的輸出端通過與門A39與故障信號鎖存電路連接，故障信號鎖存電路上設有故障顯示電路，故障顯示電路的緩沖器A41再與分閘模塊的或非門A22輸入端連接，同時還與合閘閉鎖電路的反相器A23輸入端連接，RC延時電路的輸入端與分閘、合閘模塊的R-S觸發器A26輸出端連接，故障信號鎖存電路、RC延時電路分別連接掉電保護模塊。
6.根據權利要求2所述的高壓線路無功補償自動投切裝置，其特征在于顯示模塊為計數器與合閘模塊的或門A21輸出端連接，計數器輸出端依次經三態緩沖電路、譯碼、驅動電路、限流電阻與數碼管連接，在三態緩沖電路的控制端與電阻R27、R28、反相器A42構成的掉電控制電路連接，反相器A42、三態緩沖電路、計數器均連接掉電保護模塊。
7.根據權利要求1所述的高壓線路無功補償自動投切裝置，其特征在于在投切控制模塊上加設有手動分、合閘電路，并分別與分閘模塊的反相器A18、合閘模塊的反相器A20及其與門A6、A8連接。
8.根據權利要求1、2所述的高壓線路無功補償自動投切裝置，其特征在于掉電保護模塊為由電阻R32、二極管D7、電容C4及充電電池E構成。
專利摘要本實用新型涉及一種高壓線路無功補償自動投切裝置,由分斷器,變壓器、繼電器、電流互感器及投切控制模塊組成,變壓器輸入端、分斷器輸入端及電流互感器輸入端分別直接與高壓線路連接,變壓器輸出端、電流互感器輸出端及電磁操作機構經固態繼電器S分別與投切控制模塊連接,具有線路簡單,可戶外自動投切;有自保護功能,動作安全可靠、容易維修、保養;具有斷相、短路保護,體積小、重量輕且適用范圍廣的優點。
文檔編號H02J3/18GK2272626SQ9622735
公開日1998年1月14日 申請日期1996年3月1日 優先權日1996年3月1日
發明者房德君, 秦萌青, 姜志海 申請人:山東工程學院