專利名稱：無功自動補償控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無功自動補償控制器，應用于無功補償裝置的自動控制上。
自從八十年代初期，我國大力推廣電容器無功補償裝置以來，為我國的節能事業發揮了巨大作用，但是，裝有無功補償裝置的配電網中配電設備短路、過載、爆炸、著火等事故率較高，電容器損壞較多，雖然各生產廠家及科研部門做了大量的研究和改進，也取得了一些明顯效果，但也只能將電容器的年損壞率控制在25％左右，配電設備的事故仍難予控制。從八七年到九○年，本人亦作了大量研究，結合電工理論和無線電理論分析認為，以上是由輕負荷投切振蕩、等補償或過補償造成的。因為我國無功補償裝置的無功自動補償控制器均采用閉環自動控制，如附圖2所示，電容器組C1、C2、C3的電容補償電流不經電流互感器T1直接經斷路器Q1、Q2、Q3送至感性負載M1、M2、M3，由電源G1流經T1的無功電流是M1、M2、M3感性吸收無功電流與C1、C2、C3電容補償無功電流的差，其與電壓的乘積是感性吸收無功功率與電容補償無功功率的差，或稱感性負荷與電容補償量的無功功率差，以下簡稱無功功率差。當配電網中無功功率差為正數，且大于某一定值時，無功自動補償控制器A1發出電容器投入指令，接觸器K1將C1投入，如果C1投入后，仍大于某一定值，接觸器K2再將C2投入，再大再投，直至無功功率差小于某一定值。當無功功率差為負數，其絕對值大于某一定值的二倍時，將C1切除，C1切除后，其絕對值仍大于某一定值的二倍，再將C2切除，再大再切，直至其絕對值不再大于某一定值的二倍。當無功功率差為正數(欠補償)且小于某一定值，或等于0(等補償)，或為負數(過補償)其絕對值小于某一定值的二倍時，電容器組不投也不切，無功自動補償控制器A1處于穩定狀態。當無功功率差為正數(欠補償)且略大于某一定值，單組電容器組補償量又略大于某定值的二倍時，會出現電容器組投后即切，切后又投，再投再切，再切再投，發生輕負荷投切振蕩，直至無功自動補償控制器停止工作，不再投切。
綜上所述，無功功率差是一個二元方程函數，不能反映感性負荷的實際情況，現有無功自動補償控制器無法實現按感性負荷的實際需求合理調配電容補償量，易產生輕負荷投切振蕩、等補償和過補償現象。輕負荷投切會使電容器組投切振蕩，在電容器組上產生沖擊過電流和疊加過電壓，嚴重危害電容器組的安全；等補償是指經電容器補償后的配電網中無功功率差等于0，亦即電容補償量與感性負荷相等，由電工理論和無線電理論得知，當發生等補償諧振時，若諧振槽路電阻等于0，并聯諧振過電流倍數或串聯諧振過電壓倍數即為無限大。當然電阻不會等于0，但一般都極小，過電流倍數或過電壓倍數都相當大，這種過電流和過電壓破壞力很強，不僅嚴重毀壞電容器組，同時可波及配電網中其它電氣設備；380V的低壓配電網中，有時甚至會將相間空氣距離100mm的鋁排母線擊穿，電容器和配電設備爆炸著火；過補償是指無功功率差為負數，即配電網中，電容補償量超過了感性負荷，由電工理論得知，電容器具有提高電網電壓的效能，有時會使配電網電壓超過額定工作電壓，根據歐姆定律可知又可使負載電流增加，這種過電壓和過電流同樣對配電設備、電容器組和負載造成危害。八八至八九年間，本市有幾套投運不久的無功功率自動補償裝置，電容器組大部分損壞，并進而造成大量配電設備爆炸著火事故，有一例，從控制電容器組的接觸器上口開始發生飛弧短路，沿引線到主變低壓出線套管和低壓鋁排母線全線擊穿放電短路，相間空氣距離100mm的380V的低壓鋁排母線都被燒化。因此，降低無功補償裝置事故率成為急待解決的課題。為解決這一技術難題，本人在八九年設計一種包括工頻過電壓過電流速斷、諧振過電壓過電流速斷和瞬間過電壓甩減在內的組合保護，經與現有無功自動補償控制器配合使用，事故率有所減少，但還不夠理想，同時，結構也較復雜，成本亦較高。
本實用新型的目的，就是為了克服現有無功補償自動控制技術的不足，提供一種能以避免因輕負荷投切振蕩、等補償、過補償導致電容器組和用電設備損壞的無功自動補償控制器。
本實用新型是采用以下技術方案實現的，如附
圖1虛線表示的方框圖所示，它由信號處理電路1、控制放大電路2、執行電路3、電源電路4組成。其特征是控制放大電路中由電平指示器N201構成的指令輸出電路和由光電耦合運算放大器N211、N221、N231各自構成的指令放大電路組成。
由于本實用新型將感性負荷分成若干級等差定值，電容器單組容量按第一級定值的百分之七十至八十配置。當感性負荷達到或超過第一級定值時，它將投入第一組電容器組，當感性負荷達到或超過第二級定值時，再投入第二組電容器組，依次類推，直至將所有電容器組全部投入；當感性負荷低于第一級定值時，它將切除第一組電容器組，當感性負荷低于第二級定值時，再切除第二組電容器組，與上相同，直至將所有電容器組全部切除。綜上所述，不論感性負荷達到或超過第一級定值，還是達到或超過最高級定值，電容器組的電容補償量也只能到感性負荷的百分之七十至八十，使配電網中感性負荷始終保持大于電容補償量，配電網始終保持在欠補償狀態。所以具有能按實際感性負荷合理配置電容補償量，能避免因輕負荷投切振蕩、等補償、過補償導致電容器和用電設備損壞等事故的發生，同時具有結構簡單、工作可靠、成本低等優點。
本說明書附圖1，是用虛線表示的電路結構方框圖和電路原理圖結合一起的附圖，其中虛線表示的方框1、2、3、4分別表示本實用新型一個實施例的信號處理電路、控制放大電路、執行電路、電源電路。
本說明書附圖2，是無功補償裝置與現有無功自動補償控制器的實用電路連接圖，圖中，G1表示電源；T1表示電流互感器；A1表示現有無功自動補償控制器；Q1、Q2、Q3表示斷路器；M1、M2、M3表示感性負載；K1、K2、K3表示接觸器；C1、C2、C3表示電容器組。
以下結合附圖和實施例對本實用新型予以進一步說明本說明書附圖1是本實用新型的一個實施例，其中，控制放大電路2由電平指示器N201構成的指令輸出電路和由光電耦合運算放大器N211、N221、N231各自構成的指令放大電路組成。N201構成的指令輸出電路，其電路連接為N201的模擬輸入端4接入信號處理電路中電位器RP101滑動接點，N201的電源端3接入整流電源U401的正電源端+V2，級連端6與接地端13短接后接地，輸出端8、9、10分別接入電阻器R211、R221、R231的一端，R211、R221、R231的另一端分別接入光電耦合器BO211、BO221、BO231的負極輸入端，BO211、BO221、BO231的正極輸入端分別接入U401的+V2；由N211、N221、N231各自組成的指令放大電路所用元件及連接都相同，由N211組成的指令放大電路為基本指令放大單元電路，其電路連接為N211的高通輸入端1接入電位器RP211的滑動接點，其低通端2與接地端3短接后經電位器RP212接地，其輸出端4接負載電阻R213的一端，其電源端5接限流電阻R212的一端，RP211的一端接入BO211發射極，其另一端接地，R212、R213的另一端和BO211的集電極共接入U401的+V2；其它指令放大電路與之相同，不再重述。由N211、N221、N231、組成的指令放大電路，分別是第一路、第二路、第三路指令放大電路，可依據自動補償控制器的等差定值級數設置指令放大電路路數，至少一路，多于三路時，同理疊加即可。
信號處理電路1由信號采樣、無功功率表機芯B101、運算放大器N101、直流電壓表PV101組成。其電路連接為B101的電流輸入端4、6、5、7分別接二次線A411、A412、C411、C412，其電壓輸入端1、2、3分別接二次線A630、B630、C630。N101的正負極輸入端15和14分別接入B101的正負極輸出端M+和M-，其正電源端12，接入U401正電源端+V1，同時與地之間接入濾波電容器C101，其負電源端9，接入U401的負電源端-V1，同時與地之間接入濾波電容器C102，其接地端10直接接地，其增益選擇引腳3、6、7短接，其輸出端11和接地端10并聯PV101(刻度按無功功率相應位置標注)電壓表和由電阻器R101、電位器RP101串聯組成信號分壓器。
執行電路3由斜坡信號運算放大器N311、N321、N331各自構成的執行電路組成，這些執行電路所用元器件及連接都相同，由N311組成的執行電路為基本執行單元電路，其電路連接為N311的高通端1與電解電容器C311正極連接后接入控制放大電路中的RP212的滑動接點，其低通端2與接地端3短接后接地，其輸出端4接入濾波電容器C312的負極、出口繼電器K311線圈一端、消感二極管V311的正極和發光二極管H311負極，其電源端5接入限流電阻器R311的一端，C311的負極接地，C312的正極、K311線圈另一端、V311的負極和發光二極管H311正極和R311的另一端共接入U401的+V2。K311的常開接點，串接入電容器組投切接觸器線圈回路。其它兩個執行電路因與之相同，不再重述。由N311、N321、N331組成的執行電路，分別是第一路第二路第三路執行電路，當控制放大電路中指令放大電路擴充到三路以上時，該執行電路也隨之擴充，與指令放大電路路數對等，排列次序相同。
電源電路4，采用現有技術，由輸入電路、整流電路和輸出電路組成。U401的交流電源輸入端L和N外接交流電源，其正電源+V1、負電源-V1、接地端GND組成對稱直流電源，經a,b連線和地線分別接入信號處理電路1中N101的正電源端12、負電源端9、接地端10,U401的+V2接入放大控制電路2和執行電路3中各運算放大器。
以下結合附圖1描述工作原理及元件的選擇由取樣電流互感器引入的電流和由三相配電母線引入的電壓所代表的配電網感性負荷信號，經二次線A411、A412、C411、C412、A630、B630、C630分別輸入無功功率表機芯B101的信號輸入端4、6、5、7、1、2、3，感性負荷信號，經B101變換成模擬感性負荷的直流電壓信號，由B101的正負極輸出端M+和M-輸出，再分別輸入運算放大器N101的正負極輸入端15和14，經N101運算放大后由其輸出端11和接地端10輸出。一路輸入電壓表PV101對感性負荷進行監視，另一路輸入由電阻器R101、電位器RP101組成的信號分壓器，其獲得的感性負荷信號，送至控制放大電路中電平指示器N201的模擬輸入端4和接地端13之間。經N201處理后，將感性負荷信號分成3級(可分成10級，經擴展也可分成20級)可調模擬電平輸出。當感性負荷信號達到N201第一級輸出模擬電平的輸入定值時，第一級輸出模擬電平由N201的輸出端8輸出，其輸出端8與接地端13導通，經電阻器R211使光電耦合器BO211的光電發射管通電發光，其光電接收管因受光照集電極與發射極間導通，與之串聯的電位器RP211通電。RP211的滑動接點電位升高送至指令放大器N211的高通端1,N211因獲高通信號其輸出端4與接地端3導通，并使與之串連的電位器RP212通電，RP212的滑動接點，將其分壓信號送至第一路執行電路中的電容器C311的正極和運算放大器N311的高通端1。開始對電容器C311充電，隨著充電時間的延長，N311的高通端1電位逐漸升高，延長一段時間，升至高通輸入門限時，其輸出端4與接地端3導通，出口繼電器K311啟動，發光二極管H311發光。K311的常開接點閉合電容器組的投切接觸器線圈電路，使電容器組投入運行，H311發出第一組電容器組投運指示；當模擬信號低于第一級模擬電平值時，輸出端8與接地端13截止，BO211的光電發射管斷電熄滅，其光電接收管集電極與發射極間截止，使與之串聯的電位器RP211斷電，RP211的滑動接點電位接近于0,N211高通端1失壓，其輸出端4與接地端3截止，與之串連的RP212斷電，RP212的滑動接點失壓，C311對RP212和N311放電，經短時放電，N311的高通端1電位降至高通輸入門限以下時，其輸出端4與接地端3截止，出口繼電器K311釋放，發光二極管H311熄滅，K311的常開接點斷開電容器組的接觸器線圈電路，使電容器組退出運行。當感性負荷信號達到N201第二級輸出模擬電平的輸入定值時，第二級輸出模擬電平由N201的輸出端9輸出，其輸出端9與接地端13導通；當感性負荷信號達到N201第三級輸出模擬電平的輸入定值時，第三級輸出模擬電平由N201的輸出端10輸出，其輸出端10與接地端13導通。除第二級輸出模擬電平由N201的9輸出、第三級輸出模擬電平由N201的10輸出(分10級輸出時，第四至十級輸出模擬電平分別由輸出端11、12、14、15、16、1、2輸出)外，各路指令放大電路和執行電路的工作原理均相同，不再重述。
本實用新型所用元器件的選擇如下無功功率表機芯B101可選用各類型的無功功率表機芯，也可選用無功功率表變換器；電壓表PV101選用5-10V直流電壓表；電阻器R101、R211、R212、R213、R221、R222、R223、R231、R232、R233、R311、R321、R331、選用680-100K碳膜電阻；電位器RP101、RP211、RP212、RP221、RP222、RP231、RP252可選用10K-100K直滑式或旋轉式電位器；電容器C101、C102選用一般介質電容器；電容器C311、C312、C321、C322、C331、C332可選用50uF-2000uF電解電容器；運算放大器N101選用INA102或AD522型集成電路塊；運算放大器N211、N221、N231、N311、N321、N331選用TWH8751等型集成電路塊；電平指示器N201選用TL490C等型集成電路塊；光電耦合器BO211、BO221、BO231選用MCT-2型集成電路塊；繼電器K311、K321、K331、可選用小型靈敏繼電器；二極管V311、V321、V331、可選用普通二極管；指示器H311、H321、H331可選用紅色發光二極管；整流電源U4011可根據控制路數的多少經計算后確定定做整流穩壓電源。
本實施例具有成本低、結構工藝簡單、調試方便、穩定可靠等優點。本實用新型技術方案中其控制放大電路和執行電路亦可采用混合式、晶體管式，電腦式等。
權利要求1．無功自動補償控制器，它由信號處理電路(1)、控制放大電路(2)、執行電路(3)、電源電路(4)組成，其特征是控制放大電路中由電平指示器N201構成的指令輸出電路和由光電耦合運算放大器N211、N221、N231各自構成的指令放大電路組成。
2．如權利要求1所述的無功自動補償控制器，其特征是控制放大電路中，由電平指示器N201構成的指令輸出電路，其電路連接為N201的模擬輸入端4接入信號處理電路中電位器RP101滑動接點，N201的電源端3接入整流電源U401的正電源端+V2，級連端6與接地端13短接后接地，輸出端8、9、10分別接入電阻器R211、R221、R231的一端，R211、R221、R231的另一端分別接入光電耦合器BO211、BO221、BO231的負極輸入端，BO211、BO221、BO231的正板輸入端分別接入U401的+V2；由光電耦合運算放大器N211、N221、N231各自構成的指令放大電路所用元器件及連接都相同，由N211組成的指令放大電路為基本指令放大單元電路，其電路連接為N211的高通輸入端1接入電位器RP211的滑動接點，其低通端2與接地端3短接后經電位器RP212接地，其輸出端4接負載電阻R213的一端，其電源端5接限流電阻R212的一端，RP211的一端接入BO211發射板，其另一端接地，R212、R213的另一端和BO211的集電極共接入U401的+V2。
專利摘要本實用新型涉及一種無功自動補償控制器。它由信號處理電路1、控制放大電路2、執行電路3、電源電路4組成。其特征是:控制放大電路由電平指示器N201構成的指令輸出電路和由光電耦合運算放大器N211、N221、N231各自構成的指令放大電路組成。本實用新型能按感性負荷合理調配電容補償量,能避免因輕負荷投切振蕩、等補償、過補償導致電容器和用電設備損壞等事故的發生,具有結構簡單、工作可靠、成本低等優點。
文檔編號H02J3/18GK2311880SQ9724474
公開日1999年3月24日 申請日期1997年11月5日 優先權日1997年11月5日
發明者王圣典 申請人:王圣典