专利名称：低压无功补偿投切装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供配电领域中的电气控制装置，特别是涉及一种低压无功 补偿投切装置。
背景技术：
众所周知，由于0. 4KV低压无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重 要作用，因此无功补偿一直是电力部门和用户非常重视的问题。无功补偿技术 的使用，对于有效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，提高发输电 设备的利用率，降低无功网损和减少发电费用具有十分重要的意义。
0. 4KV低压电网无功补偿技术经历了多年的发展，目前使用较广泛的产品 主要有以下缺点1、结构形式 一种结构是采用普通的无功补偿控制器、熔 断器(或空气开关)、专用交流接触器(或复合开关)、热继电器、电力电容器 等分立器件，分别装设于低压开关拒内或拒面，再分别用导线连接。这种方式 结构复杂，功能单一，接线繁瑣，故障率高；另一种是模块化结构，但由于机 械结构设计上的原因使得该产品无法在脱离补偿电容的情况下进行试验，不利 于采用该产品组装的电容拒的出厂检验，往往只能在电容拒现场安装完毕并运 行后才能发现问题。2、控制技术对于一组多个低压无功补偿电力电容器的 控制主要针对等容量补偿电容采用循环投切和编码投切两种方式，控制器采集 电流和电压值，经过简单的计算得到功率因数或无功电流，并将功率因数作为 投切门限值(或参考无功电流值进行控制)，控制电容器的投切。这种方式经 常造成过补或欠补，轻载的情况下易造成投切震荡，影响电容器的使用寿命及 电网的稳定性，而且此种控制方式投切精度不高，未补偿的无功量绝对值与用 户系统的容量有关，容量越大的系统中未补偿的无功带来的损耗越大。3、电 路结构除传统的非智能化的产品外，现有产品大多采用一片单片机芯片作为 电量测量及控制的核心部分，若要满足多个物理量的测量精度、有效地分离基波谐波分量并使整机控制功能完善则必将使软、硬件复杂，整机故障率增加， 稳定性下降，且开发周期延长，开发难度加大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有低压无功补偿技术存在的缺点，提供一种结构 新颖、电路简单、测量精度较高、控制功能完善、能根据实际需要合理设置电 容器容量的阶梯倍数及各种容量电容个数的低压无功补偿投切装置。
本发明所采用的技术方案为一种低压无功补偿投切装置，它包括控制系统 和若干个低压无功补偿模块，其结构要点在于低压无功补偿模块为一整体部 件，控制系统由电源电路、显示及按键电路、专用电量测量芯片、采样电路及 单片机构成，由电源电路向控制系统其它几个用电部分供电。
电量测量芯片与采样电路及单片机相接，采样电路用于采集电网的各种电 参数，并将强电信号转换为电量测量芯片所需要的弱电信号送往电量测量芯 片，电量测量芯片将采样电路送来的信号进行处理，并完成计算、校正，与单 片机进行通讯完成信号的双向传输，单片机监控电量测量芯片的工作状态，将 电量测量芯片送来的测量结果进行分析、逻辑判断、计算，以控制低压无功补 偿模块工作状态。
低压无功补偿模块是由电力电容器及装于侧盖内的控制单元构成，控制单 元由空气开关或熔断器、复合开关及驱动电路板、显示及操作板、模块电源电 路、外接端口构成，由模块电源电路向模块中除电力电容器及复合开关外的其 余电路供电，电力电容器上装有固定件，固定件与侧盖连接成一整体，复合开 关及驱动电路板、显示及操作板固定在侧盖内，外接端口固定在驱动电路板上， 侧盖在外接端口处有开孔。
整个装置中各低压无功补偿模块的电容量是不等的， 一般而言，最小电容
器电容量越小，补偿精度越高，通常最小电容为5千乏，其余电容器容量为最 小电容器容量的任意非零整数倍。
单片机以基波无功量作为投切门限值，对内置电容容量按梯级分布的低压
无功补偿模块进行控制，投切的步进值等于最小低压无功补偿模块中电容器的容量值；以谐波值用于保护本低压无功补偿投切装置，使本装置在谐波超限时 处于闭锁状态。
本发明的优点在于1、独特的模块化结构与采用类似结构的传统产品相
比除了具有接线方便、结构紧凑等优点外，其优势还在于能方便地脱开补偿电
容进行投切试验，并且模块"显示及操作板"上的投入指示灯能真实地反映复
合开关的工作状态，采用类似结构的传统产品由于不能脱开补偿电容做投切试
验，即便釆用软、硬件措施能不脱开补偿电容，使模块模拟投入状态进行试验 时，其模块上的或模块外接的投入指示灯也不能真实地反映复合开关的工作状
态，故采用类似结构的传统产品不能方便地做电容拒的出厂试验。2、根据检 测出的基波无功量采用"梯级投切"的方式对用户系统无功进行精确地补偿， 此种投切方式可将最小投切步进值做得十分精细，合理设置阶梯倍数及各种容 量电容个数，即可在兼顾最小投切步进值的同时，又使得每个小容量电容不被 频繁地重复使用，同时此种投切可兼容传统循环投切方式。另外采用基波无功 功率作为投切门限值比采用无功电流或功率因数能更好地避免投切震荡，并能
更精确地对电网的无功进行补偿，使功率因数无限逼近于l (无功电流或功率 因数均只能间接地反映电网的无功功率，且功率因数反映的更只是有功功率与 视在功率的比值，在容量越大的系统中未补偿的无功带来的损耗越大)，在节
能降耗方面此优势具有较大实际意义。3、由于采用专用电量测量芯片及功能 强大的工业级单片机作为控制器的核心部分，使得检测电路简单且准确可靠， 单片机仅需完成简单计算、逻辑判断等任务，与传统类似产品相比软、硬件均 大幅度地简化了，但测量精度、测量项目、整机稳定性等却有了很大的提高。
图1为本发明的原理示意图
图2为本发明低压无功补偿投切模块结构示意图
其中l侧盖 2空气开关或熔断器3滑盖4电容器顶盖 5固定件 6电力电容器 7驱动电路板 8显示及操作板 9外接端口 10开孔 11专用电量测量芯片12采样电路 13单片机 14显示及按键电路15电源电路 16模块电源电路 17复合开关
具体实施例方式
行修改，添加和替换都是可能的，都没有超出本发明的保护范围。
如图1所示， 一种低压无功补偿投切装置，它包括控制系统和30个低压 无功补偿模块，每个低压无功补偿模块为一整体部件，通过数据线(端子l、 2)与控制系统相连，控制系统由电源电路15、显示及按键电路14、专用电量 测量芯片11、采样电路12及单片机13构成，由电源电路15向控制系统其它 几个用电部分供电。电量测量芯片11与采样电路12及单片机13相接，采样 电路12用于采集电网的各种电参数，并将强电信号转换为电量测量芯片11 所需要的弱电信号送往电量测量芯片，电量测量芯片11将采样电路12送来的 信号进行处理，并完成计算、校正，与单片机13进行通讯完成信号的双向传 输，单片机13监控电量测量芯片ll的工作状态，将电量测量芯片送来的测量 结果进行分析、逻辑判断、计算，以控制低压无功补偿模块工作状态。
三相电送入控制系统和低压无功补偿模块，送入控制系统的三相电压有一 相只送入采样电路12，另两相电压除送入采样电路12外还同时送入电源电路 15,三相取样电流送采样电路12与同时送入采样电路1 2的三相电压共同经 采样电路的采集、转换后送专用电量测量芯片ll以测出电网各参数，此参数 经单片机13处理后的结果， 一路送显示及按键电路14,另一路送各低压无功 补偿模块以控制各模块的投切。30路低压无功补偿模块中的电容器容量不等， 补偿电容按梯级分布，所谓"梯级，，是指系统中若干个低压无功补偿模中的电 容器容量不等，有一最小电容器容量，通常最小电容为5千乏或更小，其余为 最小电容器容量的任意非零整数倍，但每种容量的电容个数不限。
单片机13送出的信号进入低压无功#卜偿模块后先经过模块的驱动电路板7 处理再送入各复合开关17。单片机13是以基波无功量作为投切门限值，对低 压无功补偿模块进行控制，投切的步进值等于梯级分布中最小低压无功补偿模 块中电容器的容量值。三相电送入低压无功4卜偿模块后， 一路送入各低压无功#卜偿模块的复合开
关17,另一路中的两相送入各模块电源电路16。
低压无功补偿模块是由电力电容器6及装于侧盖1内的控制单元构成，控 制单元由空气开关或熔断器2、复合开关17及驱动电路板7、显示及操作板8、 模块电源电路16、外接端口9构成，由模块电源电路16向模块中除电力电容 器及复合开关外的其余电路供电，显示及操作板8与驱动电路板7共同作用可 设置及显示模块地址、显示投切状态、手动投切该路模块，电力电容器6为单 台三相三角形或三相星形或两相或单相电力电容器。电力电容器6上卡夹有固 定件5,固定件5通过螺栓与侧盖1连接。复合开关17及驱动电路板7、显示 及操作板8固定在侧盖1内，外接端口 9固定在驱动电路板7上，侧盖1在外 接端口处有开孔10,便于外接端子的拔插。电力电容器6上装有电容器顶盖4, 电容器顶盖4上设滑盖3，便于在产品做试验时将电力电容器与主回路分离， 以满足各种不同试验条件的需要。电容拒主回路通过空气开关或熔断器2与本 装置连接，控制回路通过外接端子与本装置连接。
本发明的工作原理是本发明在检测上采用专用电量测量芯片及功能强 大的工业级单片机保证了整机的精度及稳定性，以检测出的基波无功量为投切 门限值采用"梯级"投切的方式对用户系统无功进行精确地补偿。具体投切方 案如下可设置30路或更多电容控制回路，每个回路可预设电容容量，如每 个回路设置容量相等则与普通按无功功率投切方案相同，即兼容普通投切方 案，通常将各回路电容容量按梯级设置，所有电容器容量为最小电容器容量的 任意非零整数倍。以下均指按梯级设置方案，系统检测到电网基波无功功率后
基波无功功率大小，将系统中所有电容器(包含已投入和未投入)按照容量(已 投入容量为负值，未投入容量为正值)进行排列组合，确定最佳组合(即容量 最接近，所需投入或切除次数最少)，而后逐一投入或切除某一路或几路或单 相、两相、三相电容器，此时投切的步进值=最小电容容量，可见其最小步进 值可做得十分精细，且容量相同的电容器采用循环投切的方式，即先投先切，后投后切，用户可根据实际需要合理设置阶梯倍数及各种容量电容个数即可在 兼顾最小投切步进值的同时又使得每个电容不被频繁地重复使用。检测方案如
下采用专用电量测量芯片及外围元件与采样电路共同构成检测电路，可检测 电网各种电参数，其中检测出的基波参数主要作为投切依据，检测出的谐波参 数主要用于谐波保护。由于测量芯片的专业性使得检测电路简单而可靠，在保 证测量精度的同时又使整机的故障率大大降低。由于结构的新颖性故可沿用传 统通用型补偿电容作为补偿元件以方便用户，同时由于采用此种结构使在做试 验时只需简单地脱开电力电容器即可。
权利要求
1、一种低压无功补偿投切装置，它包括控制系统和若干个低压无功补偿模块，其特征在于，低压无功补偿模块为一整体部件，控制系统由电源电路(15)、显示及按键电路(14)、专用电量测量芯片(11)、采样电路(12)及单片机(13)构成，由电源电路(15)向控制系统其它几个用电部分供电。
2、 根据权利要求1所述低压无功补偿投切装置，其特征在于，电量测量芯片 (11 )与采样电路(12)及单片机(13)相接，采样电路(12)用于采集电网的各种电参数，并将强电信号转换为电量测量芯片(11)所需要的弱电信号送 往电量测量芯片，电量测量芯片将釆样电路(12)送来的信号进行处理，并完 成计算、校正，与单片机(13)进行通讯完成信号的双向传输，单片机U3) 监控电量测量芯片(ll)的工作状态，将电量测量芯片送来的测量结果进行分 析、逻辑判断、计算，以控制低压无功补偿模块工作状态。
3、 根据权利要求1所述低压无功补偿投切装置，其特征在于所述的若干个低 压无功补偿模块中补偿电容按梯级分布，所谓"梯级，，是指系统中若干个低压 无功补偿模中的电容器容量不等,有一最小电容器容量，其余为最小电容器容 量的任意非零整数倍，但每种容量的电容个数不限。
4、 根据权利要求1所述低压无功补偿投切装置，其特征在于，单片机(13) 是以基波无功量作为投切门限值，对低压无功补偿神莫块进行控制。
5、 根据权利要求3所述低压无功补偿投切装置，其特征在于，单片机(13) 根据模块中补偿电容梯级分布的预设值及所测出的基波无功量控制模块的投 切，且投切的步进值等于最小低压无功补偿模块中补偿电容器的容量值。
6、 根据权利要求1所述低压无功补偿投切装置，其特征在于，低压无功补偿 模块是由电力电容器(6)及装于侧盖(1)内的控制单元构成，控制单元由空 气开关或熔断器(2)、复合开关及驱动电路板(7)、显示及操作板(8)、模块 电源电路(16)、外接端口 (9)构成，由模块电源电路(16)向模块中除电力电容器及复合开关外的其余电路供电，电力电容器(6)上装有固定件(5),固定件(5 )与侧盖(1 )连接成一整体。
7、根据权利要求6所述低压无功补偿投切装置，其特征在于，复合开关(7) 及驱动电路板(17)、显示及操作板(8)固定在侧盖(1)内，外接端口 (9) 固定在驱动电路板(7)上，侧盖(1)在外接端口 (9)处有开孔(10)。
全文摘要
本发明涉及一种供配电领域中的电气控制装置，特别是涉及一种低压无功补偿投切装置。本发明为一种低压无功补偿投切装置，它包括控制系统和若干个低压无功补偿模块，其结构要点在于低压无功补偿模块为一整体部件，控制系统由电源电路、显示及按键电路、专用电量测量芯片、采样电路及单片机构成，由电源电路向控制系统其它几个用电部分供电。本发明优点接线方便、结构紧凑便于脱开补偿电容进行投切试验，采用“梯级投切、无功量为投切门限值”的方式对用户系统无功进行精确补偿，合理设置阶梯倍数、各容量电容个数可兼顾最小投切步进值并使各小容量电容不被频繁地重复使用；控制系统采用专用电量测量芯片与单片机“各司其职”以优化、简化电路的软、硬件。
文档编号H02J3/18GK101630846SQ20091011240
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者林劲松, 锋 甘, 陶文杰 申请人:福州同溢联创电气有限公司