专利名称：一种高压无涌流无功补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高压电力设备，具体地说是涉及一种高压无功补偿 装置。
背景技术：
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种； 一种是有功功率，一 种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将 电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。无功功率不消耗 电能，但它是电气设备能够做功的必备条件。在配电系统中，变压器也同样 需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。 因此，没有无功功率，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。在正常情 况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功 率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建 立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电 设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
随着近年来大量非线性负荷和逆变负荷的应用增多，电压、电流发生严 重畸变，产生谐波。谐波的产生降低了功率因数，造成设备无功占据增大， 从而进一步增加了电网损耗。电流在电感元件中做功时，电流滞后于电压 90°。而电流在电容元件中^f故功时，电流超前电压90。。在同一电if各中，电感 电流与电容电流方向相反，互差180。。磁元件电路中有比例地安装电容元件， 使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提 高电能做功的能力，这就是无功补偿。
可见，在配电系统中，无功补偿装置是主要设备之一，其作用主要是提高功率因数，降低功率损耗和电能损耗，改善电压质量，减少用户电费支出， 所以供电部门和用电单位对该无功补偿装置的要求都很高。
在上述无功补偿装置中，可以使用电容器来实现无功补偿；在使用电容 器实现无功补偿的装置中，其一般包括测量装置、控制装置、开关和电容器 组。在利用电容器实现其无功补偿的目的时，实时功率因数是一个非常重要
的参数，其 一般是根据供电系统实时功率因数作为控制电容器投切的依据；
了无功补偿装置实时功率因数的不断变化，从而使得电容器在短时间内不断 投切，由于电容器在补偿瞬间投切过程中会产生很大的涌流，该涌流的电流 量是几倍于额定电流的，所以很容易导致无功补偿装置中电容器的损坏。
现有技术中，对于解决上述无功补偿装置中的涌流问题，中国专利
CN2687925Y公开了一种高压并联电容器无涌流无过电压投切装置，该装置 包括高压隔离开关、开关变压器、断路器、高压开关；在电路设置上采用将 高压隔离开关、开关变压器的高压绕组、断路器串联构成一个串联电路，高 压开关和另一个断路器串联构成另一个串联电路，将上述两个串联电路并联 后接高压并联电容器，开关变压器的低压绕组接可控硅(双向可控硅或单向 可控硅反并联)，可控硅的控制极接可编程控制器。在该现有技术中，要实 现无涌流的目的，其是通过控制电容器的电压保持与电源电压相等时将电容
网，进行开关的投切，由于此时电路中的电源电压较大，相应地其内部的电 流也较大，这样就会由于不断地投切导致开关发热，影响高压隔离开关的机 械寿命，给电网或者高压无功补偿设备的运行带来了隐患。
实用新型内容
为此，本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中选4奪在电容器电压 等于电源电压时进行开关投切，容易由于频繁的开关投切导致开关发热，降 低开关机械寿命，从而影响无功补偿设备安全运行，进而提供一种通过智能 控制实现在电路实时电压为0时进行开关投切的无涌流无功补偿装置。为解决上述技术问题，本实用新型的无涌流无功补偿装置包括 一个或 多个并联连接的补偿支路，所述补偿支if各连接于母线上，由一个电容器回路 和一个开关串联而成；
一个电压互感器，其一端与母线连接；所述电压互感器和一个控制器模 块相连接；
所述控制器模块包括工频基准电压信号存储单元、投切时刻计算单元和 投切信号输出单元；
所述工频基准电压信号存储单元和^:切时刻计算单元相连接，所述工频 基准电压信号存储单元将其内部存储的工频基准电压信号输送至所述投切 时刻计算单元内；
所述电压互感器与控制器模块的投切时刻计算单元相连接，将其测量得 到的实时电压信号输入至所述投切时刻计算单元内；
所述投切信号输出单元和所述投切时刻计算单元相连接，所述投切时刻 计算单元根据输入的工频基准电压信号和实时电压信号计算出投切时刻，并 将该投切时刻信号输送至所述投切信号输出单元内；
所述^:切信号输出单元同时和一个或多个开关相连接；所述一个或多个 开关接收所述投切信号输出单元输出的在实时电压为0的时刻进行投切的投 切信号。
其中，在所述高压无涌流无功补偿装置的每个电容器回路中还串联连接 一个电抗器。
在所述高压无涌流无功补偿装置的每个电容器回路中还串联有一个放 电线圈。
此外，在所述高压无涌流无功补偿装置的每个补偿支路中还包括一个设 置于所述开关和电容器回路之间的电流互感器；所述控制器模块还包括一个 实时电流信号存储单元和实时电流显示终端，所述电流互感器与所述实时电 流信号存储单元相连接，所述电流互感器将其测量的补偿支路中的电流值信 号输入至所述实时电流信号存储单元，所述实时电流信号存储单元将所述实
6时电流信号输入至所述实时电流显示终端进行显示。
所述高压无涌流无功补偿装置中的开关为真空开关。所述真空开关优选 为低涌流真空开关。
所述低涌流真空开关设置有一个信号处理和计时控制器，与控制器模块 中的投切信号输出单元相连接，接收控制器模块的投切信号输出单元发出的
控制信号；
一个与所述信号处理和计时控制器相连接的控制单元；
一个与所述控制单元相连接的电感接近位置传感器，所述控制单元4妻收 电感接近位置传感器发出的指示分闸与合闸位置的连锁信号；
一个与所述控制单元相连接的操作单元，接收所述控制单元发出的开关 投切指令。
所述低涌流真空开关还可包括一个与操作单元相连接的磁力机构。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点
(1)本实用新型所述的无涌流无功补偿装置采用智能的控制器模块对 开关的投切进行控制，其在控制器模块的工频基准电压信号存储单元中输入 一个工频基准电压信号，该工频基准电压信号反映的是电路内部电压变化的 频率，通过上述频率的变化，控制器模块根据接收到的实时电压信号，即可 以通过其内部的投切时刻计算单元计算出电路内部实时电压为0的时刻，然 后控制器模块的投切信号输出单元根据计算出的时刻输出投切指令至开关， 控制电容器在电路实时电压为0时进行投切；本实用新型选择在电路中的实 时电压为0时实现所述开关的投切，从而避免了现有技术中选择在电压不为 0时进行开关的投切容易产生较大的涌流的问题，从而不会因为涌流而导致 电容器的毁坏；另一方面，选择在补偿支路电流为0时投切开关，不会因为 电路中存在电流投切开关而导致开关发热，从而保证了开关的机械寿命；第 三方面，因为本实用新型所述的控制器投切逻辑判断快速、可实时输出投切 信号，不会产生指令的滞后。(2) 本实用新型所述的无涌流无功补偿装置还可设置电流互感器，并 相应地在所述控制器模块中设置实时电流信号存储单元，之后通过实时电流
显示终端将实时电流显示出来；其引入了补偿支路中的电流信号的负反馈控 制，可以验证在本实用新型所述的无涌流无功补偿装置在电路实时电压为0 进行投切时，是否也保证了电路实时电流为0,这样可以检验控制器模块的 运行是否正常，更好地保证了无涌流无功补偿装置的无涌流投切。
(3) 本实用新型所述的无涌流无功补偿装置采用低涌流真空开关来实 现所述一个或多个电容器的投切；其克服了现有技术中将无涌流无功补偿装 置的使用仅仅局限于低压装置的问题，其可以在高压电路中选择当电路电压 为零时合闸，通过其"&置的具有连锁信号、脱扣和自诊断功能的控制单元和 一个用于指示分闸与合闸位置的电感接近位置传感器，保证了所述开关可以 在合适的相位角上合闸，更好地保证了电路中无涌流的实现。其中，所述低 涌流真空开关优选为磁控开关，其所用零件少，动作简单可靠，使用寿命很 长；其中磁控开关多采用闭环控制方法，其能通过对来自温度、老化等干扰 的影响进行补偿，实现运动控制，保证了动作时间的稳定性。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的 具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中 图l是本实用新型所述无涌流无功补偿装置的电路图； 图2是本实用新型所述无涌流无功补偿装置的最优选的电路图； 图3是本实用新型所述无涌流无功补偿装置中控制器模块的内部结构 示意图4是本实用新型所述无涌流无功S卜偿装置的低涌流真空开关内部的 优选结构示意图。
图中附图标记表示为l一控制器模块、2—电容器、3—电压互感器、4一 开关、5—放电线圈、6—低涌流真空开关、电抗器一7、电流互感器一8。
具体实施方式
如图1所示为本实用新型所述无涌流无功补偿装置的电路示意图，在该
补偿装置中设置了三个并联连接的补偿支路L1、 L2、 L3,这三个补偿支路 都与电网的母线连接；每个补偿支路由一个电容器2回路和一个开关4串联 而成。所述无涌流无功补偿装置还包括一个电压互感器3和一个控制器模块 1;所述控制器模块1的内部结构见图3中所示，其包括一个工频基准电压 信号存储单元、投切时刻计算单元和投切信号输出单元。所述工频基准电压 信号存储单元以及所述电压互感器3和投切时刻计算单元相连接，所述投切 时刻计算单元和所述投切信号输出单元相连接。所述无涌流无功补偿装置中
的电压互感器3 —端与母线连接，另一端与控制器模块1的投切时刻计算单 元相连接；所述控制器模块1通过其内部的投切信号输出单元同时和开关 Kl、 K2、 K3相连才妻。
在本实施方式中，选择设置了三个无涌流无功补偿支路，作为可以选择 的实施方式，所述无涌流无功补偿支路可以根据电网中无功功率损失情况进 行各别设置，可以设置为只有一个无涌流无功补偿支路或者设置多个无涌流 无功补偿支路。
在所述无涌流无功补偿装置中，所述电压互感器3实现将电路中的高压 降为低压，并对电路中的电压进行实时测定，将测得的电路电压值传输至与 其相连的控制器模块1的投切时刻计算单元中。所述控制器模块1的作用是 接收来自电压互感器3测定的实时电压值，并结合工频基准电压信号存储单 元中存储的工频基准电压值，准确计算电路中电压为0的时刻，从而发出控 制指令给开关4,控制开关4在电压为0的时刻进行投切。
当上述无涌流无功补偿装置工作时，其包括如下几个步骤
一、 按照前述的电路连接关系，连接设置本实用新型所述的无涌流无功 补偿装置中的各个部分；向所述控制器模块l中输入工频基准电压信号，并 将该信号存储至所述工频基准电压信号存储单元中；所述工频基准电压信号 为一个频率值，该频率值反映了电路中电压变化的速度。
二、 当电网开始工作时，传输一定距离后，电网中的无功功率出现了损
9耗，这是需要开启补偿装置对电网进行无功补偿。首先，电路中的电压互感
器3对电路中的实时电压进行测定，并将测得的电压值信号输送至控制器模
块1中的投切时刻计算单元中，所述工频基准电压信号存储单元将接收到的 工频基准电压信号输入至投切时刻计算单元中，所述投切时刻计算单元根据
实时电压和工频基准电压的数值，可以计算出电3各中电压为0的时刻，该时
刻即是本实用新型所述的投切时刻；之后，投切时刻计算单元再将该计算结 果输入至投切信号输出单元内，该投切信号输出单元将上述投切时刻信号输
出至开关K1、 K2、 K3处。
三、所述开关Kl、 K2、 K3在接收上述投切信号输出单元输出的投切 时刻信号后，在该时刻进行上述开关4的投切；当上述开关4闭合后，电容 器2经开关4处闭合后的电路向所述电网进行无功补偿。
在该步骤中，所述开关4的闭合可以根据电网中无功功率损失的多少， 选择闭合全部开关4进行补偿或者部分开关4闭合补偿。
在上述补偿过程中，由于电路中的电压为O,所以避免了涌流的产生，
四、上述无功补偿结束后，控制器模块1控制所述开关4断开，补偿过 程结束。
在上述无涌流无功补偿装置的电容器2回路中，优选设置电抗器7和放 电线圈5中的至少一个，所述电抗器7和放电线圈5和电容器2串联构成一 个电容器2回路。在所述电容器2回路中设置电抗器7时为了减少电网谐波 对补偿支路的影响，提高补充入电网中的电流的品质。设置放电线圈5是为 了安全的考虑，在电容器2完成对电网的无功补偿后，通过放电线圈5实现 对电容器2电量的释放。
作为本实用新型所述的无涌流无功补偿装置的另一个实施方式，该装 置的每个补偿支路中还可以再设置一个设置于所述开关4和电容器2回路之 间的电流互感器8,见图2所示；相应地，所述控制器模块1还包 一个实 时电流信号存储单元和实时电流显示终端，所述电流互感器8与所述实时电流信号存储单元相连接，所述电流互感器8将其测量的补偿支路中的电流值 信号输入至所述实时电流信号存储单元，所述实时电流信号存储单元将所述 实时电流信号输入至所述实时电流显示终端进行显示。该部分的设置目的在 于引入补偿支路中的电流信号的负反馈控制，即在对电网进行补偿的过程 中，同时验证在电路实时电压为0进行投切时，是否也保证了电路实时电流 为O,这样可以检验控制器模块1的运行是否正常，更好地保证了无涌流无 功补偿装置的无涌流准确投切。
在上述的所有实施方式中，所述的开关4可以优选为真空开关4。
另外，所述真空开关4可以优选低涌流真空开关6;该低涌流真空开关 6的内部结构示意图见图4所示(不包括其中的磁力机构)，其包括一个信号 处理和计时控制器、 一个控制单元、 一个电感接近位置传感器和一个操作单 元；所述信号处理和计时控制器与控制器模块l中的投切信号输出单元相连 接，接收控制器模块l的投切信号输出单元发出的控制信号；所述控制单元 与所述信号处理和计时控制器相连接；此外所述控制单元还连接有所述电感 接近位置传感器，所述控制单元接收电感接近位置传感器发出的指示分闸与 合闸位置的连锁信号；所述控制单元还进一步连接有一个操作单元，接收所 述控制单元发出的开关4投切指令并控制开关4进行投切。
设置有上述结构低涌流真空开关6的无涌流无功补偿装置在工作时，其 工作步骤一、二同前述，之后步骤如下
三、所述开关K1、 K2、 K3的信号处理和计时控制器接收控制器模块1 中投切时刻输出单元输出的控制信号，并在收到控制信号的同时信号处理和 计时控制器开始工作，并设定在控制信号所要求的投切时刻作出反应给控制 单元；
所述信号处理和计时控制器将该信号输入至控制单元内；控制单元通过 与其连接的电感接近位置传感器感知开关4的分闸和合闸的实时位置；根据 上述实时位置，控制单元在计时控制器计时到达制定投切时刻时，结合开关 4的实时位置，发出指令给控制单元，控制单元再控制开关4在合适的相位 角上合闸，从而避免了在非合适的相位角上合闸导致出现较大涌流。当上述开关4闭合后，电容器2经开关4处闭合后的电路向所述电网进 行放电，实现对电网的无功补偿。
在该步骤中，所述开关4的闭合可以根据电网中无功功率损失的多少， 选择闭合全部开关4进行补偿或者部分开关4闭合补偿。
在上述补偿过程中，由于电路中的电压为O,所以避免了涌流的产生，
-勤
四、上述无功补偿结束后，控制器模块1控制所述开关4断开，补偿过 程结束。
在本实用新型中，如果选择使用磁控的低涌流真空开关6，则需要在所 述低涌流真空开关6的操作单元开关上设置磁力机构(见图4所示)，从而 通过磁力机构实现对真空开关4的闭合和断开。
要实现上述目的，本实用新型所述的低涌流真空开关6的操作是由具有 连锁信号、脱扣和自诊断功能的电子装置来控制的。线圈电流的开关操作， 连锁信号和自诊断由一个专门设计的控制单元完成，通过使用电感接近位置 传感器可以指示分闸与合闸位置。所述控制单元接收来自本实用新型所述无 涌流无功补偿装置中的投切信号，通过对机构运动部分的闭环控制，使其在 不同的电容器2充电电压以及所有其它参数所规定的允差内，能自动补偿触 头磨损以便保证正确的合闸和分闸时刻。
本发明所述的电容器2开关4为集断路器功能为一体的可以控制电容器 2接入或者断开补偿支路目的的开关4。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式 的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷 举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型创造的保护 范围内。
权利要求1.一种高压无涌流无功补偿装置，其包括一个或多个并联连接的补偿支路，所述补偿支路连接于母线上，由一个电容器回路和一个开关串联而成；一个电压互感器，其一端与母线连接；所述电压互感器和一个控制器模块相连接；其特征在于，所述控制器模块包括工频基准电压信号存储单元、投切时刻计算单元和投切信号输出单元；所述工频基准电压信号存储单元和投切时刻计算单元相连接，所述工频基准电压信号存储单元将其内部存储的工频基准电压信号输送至所述投切时刻计算单元内；所述电压互感器与控制器模块的投切时刻计算单元相连接，将其测量得到的实时电压信号输入至所述投切时刻计算单元内；所述投切信号输出单元和所述投切时刻计算单元相连接，所述投切时刻计算单元根据输入的工频基准电压信号和实时电压信号计算出投切时刻，并将该投切时刻信号输送至所述投切信号输出单元内；所述投切信号输出单元同时和一个或多个开关相连接；所述一个或多个开关接收所述投切信号输出单元输出的在实时电压为0的时刻进行投切的投切信号。
2. 根据权利要求1所述的高压无涌流无功补偿装置，其特征在于，所述电 容器回路中还串联连接一个电抗器。
3. 根据权利要求1所述的高压无涌流无功补偿装置，其特征在于，所述电 容器回路中还串联一个放电线圈。
4. 根据权利要求1-3任一所述的高压无涌流无功补偿装置，其特征在于，在每个所述补偿支路中还包括一个设置于所述开关和电容器回路之间的电流互感器；所述控制器模块还包括一个实时电流信号存储单元和实时电流显 示终端，所述电流互感器与所述实时电流信号存储单元相连接，所述电流互 感器将其测量的补偿支路中的电流值信号输入至所述实时电流信号存储单 元，所述实时电流信号存储单元将所述实时电流信号输入至所述实时电流显 示终端进行显示。
5. 根据权利要求l一3任一所述的高压无涌流无功补偿装置，其特征在于， 所述开关为真空开关。
6. 根据权利要求5所述的高压无涌流无功补偿装置，其特征在于，所述真 空开关为^f氐涌流真空开关。
7. 根据权利要求6所述的高压无涌流无功补偿装置，其特征在于，所述低涌 流真空开关设置有一个信号处理和计时控制器，与控制器模块中的投切信号输出单元相连 接，接收控制器模块的投切信号输出单元发出的控制信号；一个与所述信号处理和计时控制器相连接的控制单元；一个与所述控制单元相连接的电感接近位置传感器，所述控制单元接收 电感4妄近位置传感器发出的指示分闸与合闸位置的连锁信号；一个与所述控制单元相连接的操作单元，接收所述控制单元发出的开关 投切指令。
8. 根据权利要求7所述的高压无涌流无功补偿装置，其特征在于，所述低 涌流真空开关还包括一个与操作单元相连接的磁力机构。
专利摘要一种高压无涌流无功补偿装置，包括一个或多个并联连接的补偿支路，每个补偿支路由一个电容器回路和一个开关串联而成；一个电压互感器，其一端与母线连接；一个控制器模块；所述控制器模块包括工频基准电压信号存储单元、投切时刻计算单元和投切信号输出单元；所述电压互感器的另一端与控制器模块的投切时刻计算单元相连接；所述投切信号输出单元同时和一个或多个开关相连接；所述开关接收所述投切信号输出单元输出的在实时电压为0的时刻进行投切的投切信号。所述的开关可以是低涌流真空开关。本实用新型所述的高压无涌流无功补偿装置可以实现无涌流的无功补偿。
文档编号H02J3/18GK201378742SQ200920151490
公开日2010年1月6日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者王占武 申请人:王占武