专利名称：无功补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无功补偿装置，它至少包括补偿电容器组，连接主线路与电容器组间的导线，和设于导线中位于电容器和主线路间的分断开关。
由于用电设备本身的功率因数、使用等多方面因素的影响，造成输配电线路损耗是非常巨大的。据有关资料披露，我国电路实际损耗率约为20％，每年仅因此所造成电能浪费约为2000亿度。降低线路损耗最直接最重要的技术措施就是采用无功补偿。现有技术中是采用电容器或者电容器组进行补偿，用交流接触器等机械式开关实现电容器的切投作业，实际的切投操作是根据时间或用电设备工作，采用人工方式或者由人工启动的机电操作机构实现机械开关的动作，也有采用无功功率补偿控制器采集相关的电容器投入或者切断的信息，再利用交流接触器实现电容器或电容器组的切投作业。现有技术存在如下的不足1、投入电容器进行补偿时线路中瞬时冲击电流很大。为解决这一问题，在投切装置上加设专用限流电抗器，但即使是这样，在实际的投入瞬时线路冲击电流也大于额定电流十倍以上；2、切除补偿时会产生过电压，引起触点拉弧，烧坏触头；3、由于补偿装置的投切会在线路中产生暂态过电流和过电压，并会对公共电网中的其它用电设备产生影响；4、机械开关的响应速度慢，至少需要0.2秒(甚至更长时间)，而且在补偿电容器被切除后无法立即再次投入，不能实现频繁的切投操作，因而无法跟踪负荷波动进行动态补偿，难以改善快速波动和冲击负荷工作状态的电能质量；5、由于现有技术中实际的切投是采用交流接触器控制，在每次实施投入或者切除时均会在接触器的触点处产生较大的电弧，易引起交流接触器的损坏，容易造成接触器触点熔焊，同时还易使电抗器、熔断器和电容器损坏。
本实用新型目的是提供一种新型的无触点式无功补偿装置，它可以克服现有技术的不足，能在投入补偿电容或切断补偿电容时根本不产生电弧，明显减小线路中过电流和过电压现象，避免对电网中其它用设备的影响，并具有投入时间短、能即时再投入，可跟踪负荷的变化情况实施补偿的切投作业。
本实用新型的目的是通过在位于分断开关下游处与补偿电容器组上游间所设的电子开关电路实现补偿电容的切投操作，用电子开关代替现有技术中的交流接触器实现。
本实用新型所述的电子开关是由两反相并联的晶闸管、其输出端与晶闸的门极相连接的触发器构成，触发器的输入端与无功功率补偿控制器的输出端相连接。
本实用新型的目的还可以通过下述措施实现在被补偿线路中设置互感器，互感器回路接入变流器的初级，变流器的次级回路接无功功率控制器的输入端，并且在变流器次级回路中并入一压降电阻，经此电阻产生的电压信号送入无功功率补偿器控制器中，无功功率补偿控制器的输出端与连接于补偿电路中的两反相并联的晶闸管的门极相联连接。
或者，在被补偿的三相动力电路中的任一相中接入一个互感器，在所述的互感器回路接入变流器初级，变流器的次级回路接无功功率补偿控制器的输入端，并且在变流器回路中并入一压降电阻，经此电阻产生的电压信号送入无功功率补偿控制器的输入端，无功功率补偿器的输出端与连接于补偿电路中的两反相并联的晶闸管的门极相连接。
在本实用新型中，各补偿电容器组采用三角连接的电力电容器，且在各电容器组中，其任意一个接点直接与分断开关接通，其余的两接点与相应的分断开关间各自串连用两个晶闸管反相并联构成的电子开关电路。
在本实用新型的最佳实施例中，所用的补偿电容器组是四组，各组的控制标么容量分别为1、2、4、8。
在本实用新型实施例中，各反相并联的晶闸管间还可以并联有阻容吸收电路，而且电容器组中连接电子开关的接点与所连接的电子开关间还可以串连限流电抗器，在各补偿电容组与各相间串有热继电器，且在无功功率补偿控制器的控制输入端设有串联相接的受各热继电器控制的常闭触点。
在本实用新型实施例中，在各补偿电容组内的各电子开关下串的电抗器下游和电容器接点的上游间与直接与分断开关连接的线路上连通有由电阻和电感构成的放电回路。
本实用新型的优点如下1、由于采用无触点的电子开关电路替代现有技术中的触点式机械开关，在使用中决无电弧产生，因此也不会发生现有技术中普遍存在的触点易被熔焊的敝病；2、由于采用电子开关，大大提高了装置的响应速度，在本实用新型中实现补偿投切的响应速度约为20毫秒，同时还可以实现多级电容器组的快速、准确而频繁地动态投切调整；3、本实用新型在进行投切动作时可以避免在电网中产生冲击电流和冲击电压，不但可以改善电网的质量，而且可以避免用电设备的损坏；4、本实用新型的自动化程度高，多级补偿一次到位，不会产生现有技术中常出现的投切振荡；5、本实用新型适应范围广，既可以用于三相电路的补偿，也可以用于单相线路的补偿；既可适应用于多台用电设备组成的系统补偿，也可以适于单台用电设备的补偿；6、本实用新型中可以用两套晶闸管组成的开关器件控制三相电力电容器，因此可以明显降低装置的成本；7、采用四组标么容量各为1、2、4、8的电容器组可以在成本投入最小的条件下实现多种补偿组合，同时能进一步降低装置和成本；8、本实有新型既可以用于户外变流器，更适应于小型配电室及中小型动力负荷处进行随器或随机补偿；9、本实用新型由于在各补偿电容组内的各电子开关下串的电抗器下游和电容器接点的上游间与直接与分断开关连接的线路上连通有由电阻和电感构成的放电回路，它既可以在补偿电容退出时泄放电容器内存贮的电荷，又可以为无功功率补偿控制器提供相应的控制信号；10、本实用新型适于对现有技术的改造。
附图1为本实用新型原理性示意图附图2是本实用新型用于单相线路补偿的线路图附图3为本实用新型用于三相线路的原理性示意图附图4为本实用新型的最佳实施例的线路图
以下结合附图和实施例说明附图1中(1)为被补偿母线，(2)为连接补偿电路的导线[注当本实用新型为单相补偿时，导线(2)与零线相接，当用于三相补偿时，导线(2)的接线参见后面的实施例1，(3)为无功功率补偿控制器，(4)为电子开关，(5)是补偿电容器或电容器组。在整个装置工作时，设于线路(1)上无功功率补偿控制器检测到线路(1)上的无功电流信息时，即将这一信号送入电子开关(4)内，当所收到的信号是有无功电流时，电子开关(4)即导通，使电容器(5)投入进行补偿；而当电子开关收到无无功电流信息时，电子开关(4)即截止，使电容器(5)从补偿电路中切断退出。
本实用新型应用于单相线路的实施例见附图2。本实施例既可用于单相线路进行补偿，也可以在三相线路中用此实施例进行逐相补偿，这一点特别适于三相不平衡时的补偿。在附图2中(6)为动力母线，(8)为无功功率控制器及信号取出线路，(9)是设于母线上的互感器，(10)是并在互感器回路中的电阻，(11)为串接于补偿电容器前的限流电抗器，(7)为晶闸管，而电容器C接零线N。在用于单相线路补偿时，当负载接入后即在互感器(9)回路中感应出电流，并在电阻(10)两端产生电压信号，此信号送入无功功率补偿控制器(8)的输入端后即在其输出端产生触发信号给晶闸管(7)的门极，使其导通，将补偿电容器C接入进行补偿。
附图3给出的例子中A、B、C分别为三相动力母线。在三相动力母线外用线路Aa、Bb和Cc并接补偿电路，在这一例子中是用三个电力电容器呈三角连接形成一组补偿电容器组，整个装置设两组补偿电容器组。补偿电容器组的三角接线的各接点分别与一相电力线并接，并且在各与电力线相连接的导线上设有带熔断器的刀开关QS。另外，由图可见各组补偿电容器组中的接点a和c点，即与电力线A相和C相相接的接点中各串有用两只晶闸管(V1、V2和V3、V4，以及V5、V6和V7、V8)反相并接构成的电子开关，在其中还并接有用电阻和电容器构成的阻容吸收电路，在由晶闸管构成的电子开关与接点间还各串有限流阻抗器L；而接点b则直接与电力线B相连通。在图3中各晶闸管的门极接一触发器，而触发器的输入端接无功功率补偿控制器的输出端，这样使各晶闸管受无功功率补偿控制器的控制，但在图3中未显示出这一部分。图示装置在工作时当无功功率补偿控制器检测到线路中的无功电流时即根据所需补偿的电容量在其输出端输出电压信号给相应的触发器，由触发器产生触发信号给补偿电容器组的晶闸管的门极，使晶闸管导通，从而使补偿电容器组投入，进行补偿；当无功功率补偿控制器检测到线路中的无功电流变化时，即根据变化在其输出端输出电压信号给相应的触发器，由相应的触发器产生或封闭触发信号，从而使各相应补偿电容器组的晶闸管导通或关闭，使相应部分的电容器组投入或组合投入，或者切断退出。
附图4是一个用于三相电力线的补偿装置的最佳实施例。图中L1、L2、L3为三相电力母线，N为零线。在各电力线中通过导线和带熔断器的刀闸Q与四组补偿电容器组Cc1、Cc2、Cc3和Cc4相并联。在图4中各补偿电容器组与由晶闸管构成的电子开关的接线和附图3中的接线基本相同，也是由两个反相并联的晶闸管Vm(在本实施例中m=1,2,3,…,16，以下相同)构成电子开关，并在两晶闸管Vm间并联有电阻Rm和电容器Cm构成的阻容吸收电路。各由晶闸管Vm构成的电子开关与补偿电容器间串接有限流电抗器La1、La2、La3和La4。另外由图4可见，在各电子开关下串的电抗器下游和电容器接点的上游间与直接与分断开关连接的线路上连通有由电阻RFn(本实施例中n=1,2,3,…,8，以下相同)和电感Ln构成的放电回路。在本实施例中，各相导线在熔断刀闸FU的下游处和晶闸管构成的电子开关的上游间还各串有热继电器KH1、KH2、KH3和KH4。另从图4中可见在每组补偿电容器组中各设有两个触发器CHFn，其各输入端分别与无功功率补偿控制器CON的相应输出端相联接；其各输出端分别与相应的电子开关中不同的两晶闸管Vm的门极联接。无功功率补偿控制器CON的控制端(12)接缺相保护器(13)的输出端；输入端(14)串接有由热继电器控制的常闭触点KH1、KH2、KH3和KH4，以及手动复位开关SB和与熔断开关Q联动的开关S；输入端(15)和(16)分别接变流器TA次级。在变流器TA的次级并有电阻R10，这样可以使变流器产生的电流信号变为电压信号变流器TA的初级与一设于三相电力线路的任一相的互感器Ta1相联接。本实施例中的补偿电容器组共设四组，每组的控制标么容量分别为1、2、4、8，也就是说电容器组Cc1的容量为一个单位时，电容器组Cc2的容量为电容器组Cc1容量的一倍，而电容器组Cc3的容量为电容器组Cc2的容量的一倍，同理，电容器组Cc4的容量为电容器组Cc3容量的一倍。以此可以形成十六种不同的补偿电容量组合。为减小外界对控制信号的干扰，还可以将无功功率补偿控制器发出的信号变为光信号，利用光信号控制触发器CHF工作，此时需要在附图4的基础上增添部分光电转换电路和相应器件。在本实施例中，尚有一些用于产生电压、电流指示的电路及相关的控制电路，由于这些电路是本领域中现有技术的部分，在本实施例中并无改变，本领域技术人员通过对附图的阅读也不难理解，而且这些部分与本实用新型的目的无直接的联系，所以在此不再占用过多篇幅去介绍这些部分。
附图4给出的实施例工作原理如下当电力母线L1中有电流通过时，即在互感器TA1中产生感应电流，并通过变流器TA初级的作用在次级产生电流信号。此电流信号在电阻R10的两端产生电压信号，并送入无功功率补偿控制器CON的输入端。当无功功率补偿控制器CON检测到线路中的无功电流时即根据所需补偿的电容量在其输出端输出电压信号给相应的触发器CHF，由CHF触发器产生触发信号给补偿电容器组的晶闸管V的门极，使相应的晶闸管导通，从而使相应的补偿电容器组投入，进行补偿；当无功功率补偿控制器CON检测到线路中的无功电流为零时，即在CON的各输出端不输出电压信号，这时各触发器CHF也不产生触发信号，而各晶闸管V处于截止状态，使补偿电容器从补偿回路中退出，而不产生补偿作用；当无功功率补偿控制器CON检测到母线中无功电流发生变化时，即根据所检测到的参数，在其相应的输出端输出电压信号给相应的触发器，由相应的触发器产生或封闭触发信号，从而使各相应补偿电容器组Cc的晶闸管V导通或关闭，使相应部分的电容器组投入或组合投入，或者切断退出。例如，当无功电流为一个单位时(此处的无功电流单位是按所各电容器组补偿电流的范围确定的)，CON仅向触发器CHF1和CHF2发出信号，由触发器CHF1和CHF2向晶闸管V1、V2、V3和V4发出触发信号，使其导通，控制电容器组Cc1投入进行补偿；当检测到的无功电流为二个单位时，CON不再向触发器CHF1和CHF2发出信号，而仅向控制第二组补偿电容器组Cc2的触发器CHF3和CHF4发出信号，这时触发器CHF1和CHF2停止向晶闸管V1、V2、V3和V4发出触发信号，使其关闭，控制电容器组Cc1退出补偿，而触发器CHF3和CHF4向晶闸管V5、V6、V7和V8发出触发信号，使其导通，控制电容器组Cc2投入进行补偿；当检测到的无功电流为三个单位时，CON同时向控制Cc1的触发器CHF1和CHF2和控制Cc2的触发器CHF3、CHF4发出信号，使时触发器CHF1、CHF2、CHF3和CHF4向各自控制的晶闸管V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7和V8发出触发信号，使它们导通，控制电容器组Cc1和Cc2同时投入补偿，实现一种组合补偿；当所检测到的无功电流再改变时，CON即根据所得信号控制其它相应电容器组投入补偿，或从补偿中切除。这样四组电容器可实现16种不同的补偿组合。
本实用新型由于在各补偿电容组内的各电子开关下串的电抗器下游和电容器接点的上游间与直接与分断开关连接的线路上连通有由电阻和电感构成的放电回路，当补偿电容器退出时，它可以泄放电容器内存贮的电荷，另一方面它也可以给无功功率补偿控制器产生一些相应的控制信号，并能提高装置的响应速度。此外，在附图4中无功功率补偿控制器CON的控制端(12)与缺相保护器(13)相连接，输入端(14)串接有由热继电器控制的常闭触点KH1、KH2、KH3和KH4，以及手动复位开关SB和与熔断开关Q联动的开关S，这样当发生缺相时CON即可以关断，发生某组补偿电容器组过热时，由于各热继电器的作用均可以使CON处于关断状态，同时由于开关S与熔断开关Q间是一种机械联动，当Q闭合时S也同样闭合，当Q断开时S也同时断开。通过这些措施完全保证了装置工作的安全和操作的便利。
以下给出本实用新型的一个具体的实例，该实例与附图4所给出的电路相同。整个装置的四组补偿电容器组的容量及所补偿的无功电流分级如下电容组 电容量(KVAR)无功电流(A)第一组(Cc1)1014～28第二组(Cc2)2028～42第三组(Cc3)4042～56第一组(Cc4)8056～84所用主要器件无功功率补偿控制器CON的型号为PGZT-I，脉冲触发器CHF的型号为KCB-02A。
本实例经运行前后对比实测数据如下补偿前 补偿后服务对象风机、水泵、三台锅炉(与左相同)电压(V)220223视在电流(A)124105功率因数 0.70.9使用本实用新型后装置响应时间实测值小于20毫秒，可以频繁动作，实现动态跟踪补偿，并可以有效地抑制电压波动和闪变，同时消除了以前存在的启动大设备时跳闸现象。另据实测计算，使用本实用新型后线损减少28.3％，减少平均视在功率15.3％。
权利要求1.一种无功补偿装置，包括补偿电容器组，连接主线路与电容器组间的导线，和设于导线中位于电容器和主线路间的分断开关，以及设于被补偿电路中的无功功率补偿控制器，其特征是在位于分断开关下游处与补偿电容器组间设有受无功功率补偿控制器控制的电子开关。
2.如权利要求1所述的无功补偿装置，其特征是所述的电子开关是由两反相并联的晶闸管、其输出端与晶闸的门极相连接的触发器构成，触发器的输入端与无功功率补偿控制器的输出端相连接，在被补偿线路中设置互感器，互感器回路中接入变流器的初级，变流器的次级回路与无功功率补偿控制器相连接，并且在变流器次级回路中并入一压降电阻，经此电阻产生的电压信号送入无功功率补偿器控制器中。
3.如权利要求2所述的无功补偿装置，其特征是在被补偿的三相动力电路中的任一相中接入一个互感器。
4.如权利要求3所述无功补偿装置，其特征是每组补偿电容器由等值电容三角连接而成，且在各电容器组中，其任意一个接点直接与分断开关接通，其余的两接点与相应的分断开关间各自串连用两个晶闸管反相并联构成的电子开关。
5.如权利要求4所述的无功补偿装置，其特征是补偿电容器组是四组，各组的控制标么容量分别为1、2、4、8。
6.如权利2至5所述的任一无功补偿装置，其特征是在各反相并联的晶闸管间并联有阻容吸收电路，而且电容器组中连接电子开关的接点与所连接的电子开关间串连有限流电抗器，在各补偿电容组与各相间串有热继电器，且在无功功率补偿控制器的控制输入端设有串联相接的受各热继电器控制的常闭触点。
7.如权利要求6所述的无功补偿装置，其特征是在各补偿电容组内的各电子开关下串的电抗器下游和电容器接点的上游间与直接与分断开关连接的线路上连通有由电阻和电感构成的放电回路。
专利摘要本实用新型公开一种无功补偿装置，它至少包括补偿电容器组，连接主线路与电容器组间的导线，和设于导线中位于电容器和主线路间的分断开关，及位于分断开关下游处与补偿电容器组上游间所设的电子开关。本实用新型电子开关是由两反相并联的晶闸管、其输出端与晶闸的门极相连接的触发器构成，触发器的输入端与无功功率补偿控制器的输出端相连接。本实用新型的补偿电容器组可以是四组，各组的控制标么容量分别为1、2、4、8。
文档编号H02J3/18GK2447979SQ0024225
公开日2001年9月12日 申请日期2000年7月11日 优先权日2000年7月11日
发明者杨青, 田春, 贾俊鑫, 黄三弥, 杨志军, 李晨, 王小斌, 高建州 申请人:铁道部第一勘测设计院