专利名称：变压器感性无功功率有级控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于低压动态无功功率补偿技术领域，特别涉及一种变压器感性无功功率有级控制装置。
背景技术：
近年来，由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗及安全运行所不可缺少的部分。变压器作为电力传输中的重要枢纽部分，无功平衡问题尤为重要。当变压器母线侧的无功平衡失调，功率因数降低时，线路损失增大，电力设备得不到合理应用，用户末端电压下降。严重时，会导致设备损坏，系统解列。因此，解决好配电网中变压器的无功补偿问题，对电网降损节能有着极为重要的意义。目前，无功补偿控制装置主要有三种:一是以交流接触器作为固定电力电容器的投切执行元件，但由于其投入时冲击电流大，切除时产生过电压，自身出头易损甚至熔焊，噪声大，设备故障率高，可靠性差，也比较容易出现过补偿和欠补偿问题。二是采用晶闸管代替交流接触器作为投切执行元件，其保证在电压零区附近投入电容器组，从而避免了合闸涌流的产生，而切断又在电流过零时完成，避免了暂态过电压的出现，这就从功能上符合了电容器的过零投切的要求，另外由于可控硅的触发次数没有限制，可以实现准动态补偿(响应时间在毫秒级)，因此适用于电容器的频繁投切，非常适用于频繁变化的负荷情况，相对于交流接触器有了质的飞跃；然而固态继电器在应用上有致命的弱点:就是在通电运行时可控硅导通电压降约为IV左右，损耗很大，由于有大的功耗所以需要散热以避免PN结的热击穿，为了降温就需要使用面积很大的散热器，甚至需要风扇进行强迫通风。如何能够利用上述交流接触器和晶闸管的优点来设计投切执行元件，同时又可以避免它们各自的缺陷成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
实用新型内容鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种变压器感性无功功率有级控制装置，以克服上述现有技术存在的问题，从而有效地实现变压器感性无功功率的连续调节和动态平衡。根据本实用新型的一个方面，提供一种变压器感性无功功率有级控制装置，所述装置包括:电压/电流隔离传感器、电压互感器、直流变换器、控制器、断路器、复合开关、电力电容器组、数码管显示电路和状态指示灯。优选地，其特征在于，所述电压/电流隔离传感器包含三相线各自对应的电压/电流隔离传感器，其用于将相线上的交流电压和交流电流进行隔离处理，从而转换成能与所述控制器中的CPU兼容的相电压信号；所述电压互感器用于将三相电压降压到低压交流电压，以作为所述控制器中的同步相位采集电路的输入端信号；所述直流变换器用于实时将所述电力电容器组中的各电容器残压值降压后输入到所述控制器中的模数转换电路；所述控制器是所述装置的主电路板，其进一步包括数模转换电路、同步相位采集电路、CPU和光耦触发及驱动电路；所述断路器用于当变压器发生各种故障或所述装置出现故障时，对所述装置进行保护；所述复合开关分别是三相线各自所对应的开关，每个开关均进一步包括并联的晶闸管和交流接触器；所述电力电容器组是三相线各自所对应的电力电容器组；所述数码管显示电路用于循环显示三相线电力参数，该电力参数包括:电压、电流和功率因数；以及所述状态指示灯用于指示装置状态，并提供蜂鸣器报警功能，该装置状态包括:每条支路的投切状态、过压和低压状态。优选地，所述CPU是ARM7芯片。优选地，所述低压交流电压为6V。优选地，每相所述电力电容器组包含N个电容，其中包括N-2个电容值均为C的电容、两个电容值分别为C/2、C/4的调节电容。根据上述技术方案，本实用新型采用复合开关作为投切元件，实现了对多组电容器快速自动分级投切，精度高，响应速度快，功耗低，成本低，可靠性高，满足了对低压变压器无功补偿快速性和实时性要求。本实用新型装置采用复合开关作为投切元件，其工作原理是将晶闸管与交流接触器并联，使得在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点，在正常接通期间又具有接触器开关无功耗的优点。由于交流接触器电阻小，因而不发热，这样就不用外加散热片和风扇，降低了成本，彻底避免了晶闸管的烧毁现象，真正达到了节能降耗的目的。
图1是本实用新型具体实施方式
中变压器感性无功功率有级控制装置的结构图；图2是本实用新型具体实施方式
中变压器感性无功功率有级控制装置的实物示意图。
具体实施方式
图1是本实用新型具体实施方式
中变压器感性无功功率有级控制装置的结构图。如图1所示，本实用新型具体实施方式
中的变压器感性无功功率有级控制装置包括:电压/电流隔离传感器1、电压互感器2、直流变换器3、控制器4、断路器5、复合开关6-8、电力电容器组9-11、数码管显示电路12和状态指示灯13等。下面就结合图1来详细介绍上述各结构模块:电压/电流隔离传感器I包含三相线各自对应的电压/电流隔离传感器，该传感器的作用是将相线上的交流电压和交流电流进行隔离处理，从而转换成能与控制器4中的CPU兼容的相电压信号。电压互感器2用于将三相电压降压到低压交流电压，大概在6V左右，以作为控制器4中的同步相位采集电路的输入端信号。直流变换器3用于实时将电力电容器组9-11中的各电容器残压值(由于电容器是储能元件，其在每次被切除后会保持有一定的残余电压)降压后输入到控制器4中的模数转换电路中。控制器4，即变压器感性无功功率有级控制装置的主电路板。该控制器4进一步包括数模转换电路、同步相位采集电路、CPU和光耦触发及驱动电路等。其中，CPU可实现为ARM7芯片，用于处理数模转换电路和同步相位采集电路所输入的信号，并通过光耦触发及驱动电路实现对复合开关6-8的控制。对于输配电领域的技术人员而言，本实用新型的CPU所进行的信号处理包括晶闸管触发角计算、定时器计数、无功功率计算、电脉冲信号发送等，上述处理所使用的技术或方法均属于背景技术中所介绍的公知常识，并非本实用新型的发明点，其发明点实际在于对于包括并联的晶闸管和交流接触器的复合开关的使用。其中，数模转换电路用于将电压/电流隔离传感器I所转换的相电压信号和直流变换器3输出的电容残压值等模拟信号转换成CPU可以直接处理的数字信号。该数模转换电路一端接电压/电流隔离传感器I和直流变换器3的输出端，另一端直接与CPU相连。其中，同步相位采集电路可实现为电压比较器，用于将电网的电压信号转化为同频率的方波信号，以实时跟踪电网频率。具体地，由于输入同步相位采集电路的低压交流信号有两条信号线，一条是火线，一条是零线，这两条信号线上通过电压互感器2处理过的6V左右的交流电压就是比较器的两个输入端信号，其中，零线作为参考电压(交流0V)，火线作为需要比较的电压。当在交流正半周期时，火线电压大于零线电压，电压比较器输出高电平，当在交流负半周期时，火线电压小于零线电压，电压比较器输出低电平。最终比较器输出与交流信号同频率的方波信号，即，交流信号通过比较器转化成同频率的方波信号。同步相位采集电路在检测到变压器母线侧正弦相电压由负到正的过零瞬间，瞬时触发CPU外部中断，此时CPU快速采集变压器母线侧的电流有效值。该同步相位采集电路一端接电压互感器2的输出端，另一端接CPU的外部中断口。其中，光耦触发及驱动电路实现为高速的光耦合器和NPN型三极管，该光耦合器将CPU发送的电脉冲信号经过光电转换进行隔离输出，再经三极管增加驱动能力。该光耦触发及驱动电路一端接CPU，另一端分别与复合开关6-8中各晶闸管的触发端连接。断路器5用于当变压器发生各种故障或装置本身出现故障时，灵敏地对本装置进行快速保护，从而避免损坏装置器件，保证装置的安全运行。复合开关6-8分别是三相线各自所对应的开关，均进一步包括并联的晶闸管和交流接触器，其基本工作原理是:晶闸管受到该光耦触发及驱动电路的控制，负责控制电容器的投入和切除，交流接触器负责保持电容器投入后的接通和切除前的切断。当交流接触器投入后晶闸管就立即退出运行，这样就避免了可控硅元件的发热，而当切除时，交流接触器先断开，晶闸管当电流过零时会自然断开。由于晶闸管和交流接触器构成的复合开关属于现有技术，该复合开关内晶闸管与交流接触器功能切换的具体实现方式此处不再赘述。这样，由于将该晶闸管与该交流接触器并联，使得在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点，在正常接通期间又具有交流接触器开关无功耗的优点，彻底避免了晶闸管的烧毁现象，并达到了节能降耗的目的。电力电容器组9-11是三相线各自所对应的电力电容器组。变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10% 15%，根据公式Q=2 π fCU2,在每相电力电容器组的N个电容中，将此部分无功功率换算成N-2个电容值均为C的电容、两个电容值分别为C/2、C/4的调节电容的组合形式，这样补偿的调节就有4N级，有效地提高了补偿精度。数码管显示电路12用于循环显示三相线的电压、电流以及功率因数等电力参数。状态指示灯13是装置运行状态指示灯，用于指示每条支路的投切状态以及过压和低压警示，并提供蜂鸣器报警功能。图2是本实用新型具体实施方式
中变压器感性无功功率有级控制装置的实物示意图。如图2所示，附图标记101、102、103示出的分别是变压器与控制器的接口，110是电压/电流隔离传感器，109是控制器，104是断路器，105是复合开关，106是电力电容器组，108是容纳本实用新型装置的柜体，而107是直流变换器。根据上述具体实施方式
介绍可知，本实用新型实现了对多组电容器快速自动分级投切，精度高，响应速度快，功耗低，成本低，可靠性高，满足了对低压变压器无功补偿快速性和实时性要求。本实用新型装置采用复合开关作为投切元件，其工作原理是将晶闸管与交流接触器并联，使得在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点，在正常接通期间又具有接触器开关无功耗的优点。由于交流接触器电阻小，因而不发热，这样就不用外加散热片和风扇，降低了成本，彻底避免了晶闸管的烧毁现象，真正达到了节能降耗的目的。
权利要求1.一种变压器感性无功功率有级控制装置，其特征在于，所述装置包括:电压/电流隔离传感器、电压互感器、直流变换器、控制器、断路器、复合开关、电力电容器组、数码管显示电路和状态指示灯， 其中，所述电压/电流隔离传感器包含三相线各自对应的电压/电流隔离传感器，其用于将相线上的交流电压和交流电流进行隔离处理，从而转换成能与所述控制器中的CPU兼容的相电压信号； 所述电压互感器用于将三相电压降压到低压交流电压，以作为所述控制器中的同步相位采集电路的输入端信号； 所述直流变换器用于实时将所述电力电容器组中的各电容器残压值降压后输入到所述控制器中的模数转换电路； 所述控制器是所述装置的主电路板，其进一步包括数模转换电路、同步相位采集电路、CPU和光耦触发及驱动电路； 所述断路器用于当变压器发生各种故障或所述装置出现故障时，对所述装置进行保护； 所述复合开关分别是三相线各自所对应的开关，每个开关均进一步包括并联的晶闸管和交流接触器； 所述电力电容器组是三相线各自所对应的电力电容器组； 所述数码管显示电路用于循环显示三相线电力参数，该电力参数包括:电压、电流和功率因数；以及 所述状态指示灯用于指示装置状态，并提供蜂鸣器报警功能，该装置状态包括:每条支路的投切状态、过压和低压状态。
2.根据权利要求1所述的变压器感性无功功率有级控制装置，其特征在于，所述CPU是ARM7芯片。
3.根据权利要求1所述的变压器感性无功功率有级控制装置，其特征在于，所述低压交流电压为6V。
4.根据权利要求1所述的变压器感性无功功率有级控制装置，其特征在于，每相所述电力电容器组包含N个电容，其中包括N-2个电容值均为C的电容、两个电容值分别为C/2、C/4的调节电容。
专利摘要本实用新型公开了一种变压器感性无功功率有级控制装置。本实用新型采用复合开关作为投切元件，实现了对多组电容器快速自动分级投切，精度高，响应速度快，功耗低，成本低，可靠性高，满足了对低压变压器无功补偿快速性和实时性要求。
文档编号H02J3/18GK203039374SQ201320002830
公开日2013年7月3日 申请日期2013年1月5日 优先权日2013年1月5日
发明者宋宏伟, 王启银, 王晓强, 王旭 申请人:山西省电力公司大同供电分公司, 国家电网公司