一种具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜的制作方法

本实用新型涉及配网自动化技术领域，尤其涉及一种具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜。

背景技术：

通常在低压配电网中，存在大量单相感性负载，这些负载的不均衡分布会引起配电系统三相不平衡、无功不足的问题。三相不平衡会增加线路及配电变压器的电能损耗，降低配电变压器出力，缩短用电设备的使用寿命，影响电度表的计量；无功不足会引起系统电压、功率因数偏低，导致用电设备不能正常工作，同时还会降低电网传输能力，加大线路损耗。

目前针对上述问题，普遍采用无功补偿装置进行调节。传统的无功补偿装置有以下三种补偿模式：三相共同补偿(简称共补)、单相补偿(简称分补)、共补分补相结合。共补是指三相同时投入三角形接法的等容量补偿电容；分补是指各相分别投入星形接法的补偿电容。无功补偿的基本原理为：在三相功率因数偏低时，投入等容量的共补电容，共补电容投入后，若某相功率因数仍偏低，各相再投入分补的电容进行补偿。上述做法虽然可以显著提高功率因数，但无法调节三相不平衡。为此，供电部分通常还会采用人工换相、安装自动换相器等手段来调节三相不平衡。这些措施存在接线复杂、维护成本高、换相成功率低等弊端。针对传统无功补偿装置无法实现调节三相不平衡问题，需要一种具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜，解决了传统无功补偿装置无法实现调节三相不平衡、采用人工换相、安装自动换相器等手段来调节三相不平衡又存在接线复杂、维护成本高、换相成功率低的弊端等问题。

本实用新型提供一种具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜，其特征在于：包括金属柜体、补偿主回路、控制器及回路、散热风扇；所述金属柜体作为设备的安装载体；所述补偿主回路包括母排、TCR、TCR投切开关、FC、FC投切开关，所述TCR和所述FC元件内部均采用三角形接线；所述控制器及回路包括用于控制无功功率的大小的无功补偿控制器、为了方便柜内走线的接线端子、用于传递输入输出量的信号电缆，在TCR旁边设置散热风扇。

优选的，所述无功补偿控制器为在配电变压器低压侧母线上安装的静止无功补偿器(Static Var Compensator)，所述静止无功补偿器的具体配置情况为TCR加FC组合，不平衡三相负载连接于低压侧母线上，TCR与FC均以三角形接线安装于低压母线三相之间，并分别控制TCR的各相触发延迟角。

优选的，TCR采用电抗器串联双向晶闸管，通过控制晶闸管的触发延迟角来开断电抗器，进而线性控制其输出的感性无功的大小。

优选的，FC采用固定容量连接的电容器组，用于提供容量不变的容性无功。

优选的，在FC回路上串入能消除TCR回路产生的谐波对电容器的冲击的消谐线圈。

优选的，无功补偿控制器包括电源模块，用于给无功补偿控制器提供直流电源；采样模块，用于采集母线三相电压、配电变压器低压侧三相电流、控制开关的位置信号；HMI模块，用于提供用户操作的接口，可以实现用户定值输入、事件弹窗、状态量显示功能；DSP控制板，用于实现负载运行状态的检测与控制；驱动板，用于驱动TCR的晶闸管导通、FC的开关投切等功能；通讯模块，用于实现与主站信息的交互，可以将信息上传至主站，并接受主站的控制。

优选的，在母排上并联了氧化锌避雷器。

优选的，所述无功补偿柜设置了机壳接地柱。

本实用新型提供的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜具有以下优点：

1、本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜不仅可以对无功补偿进行精细化控制，而且可以对三相不平衡进行动态调节。

2、本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜用单台装置实现了多种功能，提高了设备集成度，减少了用户维护工作量，具有一定的方案优越性。

3、本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜采用TCR+FC组合的形式对三相不平衡负载进行精细化控制，实现无功补偿、三相不平衡调节的双重目的，改善了配电变压器及其负载的运行环境。

4、整套设备功能集成度高，综合考虑了防雷、散热、安全接地等因素，特别适合安装于三相不平衡较为严重的感性负载场合(如车间配电所400V侧等)。

5、本实用新型采用对TCR和FC均采用三角形接线，并分别控制TCR的各相触发延迟角，以此产生三相之间的有功转移特性，达到调节三相平衡度的目的。

6、本实用新型采用了TCR的线性调节特性，能够无级差地调节各相无功功率，解决了以往方案中只能三相固定控制等容量无功的问题。另外，本实用新型还在FC回路中串入了消谐线圈了，解决了因TCR投切晶闸管引起的谐波干扰。

附图说明

图1为本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜原理示意图。

图2为本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜无功调整特性示意图。

图3为本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜的系统布置图示意图。

图4为本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜的控制器组成图。

图5为本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜的三相不平衡调节流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。应当理解的是，本文中所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型的原理，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜，包括金属柜体10、补偿主回路、控制器及回路、散热风扇；所述金属柜体作为设备的安装载体；所述补偿主回路包括母排1、TCR5、TCR投切开关2、FC6、FC投切开关3，所述TCR5和所述FC6元件内部均采用三角形接线；所述控制器及回路包括用于控制无功功率的大小的无功补偿控制器4、为了方便柜内走线的接线端子8、用于传递输入输出量的信号电缆9，在TCR旁边设置散热风扇7。TCR5(Thyristor Controlled Reactor)为晶闸管控制电抗器，FC6(Fixed Capacitor)固定电容器组。本实用新型所述的具备三相不平衡调节功能的无功补偿柜不仅可以对无功补偿进行精细化控制，而且可以对三相不平衡进行动态调节。无功补偿控制器用于控制无功功率的大小，接线端子是为了方便柜内走线，信号电缆用于传递输入输出量(如电流、电压信号、TCR控制信号、FC控制信号等)；由于TCR内部发热量较大，在靠近TCR处设置了散热风扇7；同时为了防止雷电对整套设备的冲击，在母排上并联了氧化锌避雷器12；为了保证柜内设备的安全，设置了机壳接地柱11。

优选的，所述无功补偿控制器为在配电变压器18低压侧母线上安装的静止无功补偿器SVC(Static Var Compensator)，所述静止无功补偿器的具体配置情况为TCR5加FC6组合，不平衡三相负载连接于低压侧母线上，TCR5与FC6均以三角形接线安装于低压母线三相之间，并分别控制TCR5的各相触发延迟角。如图1所示，不平衡三相负载连接于低压母线上，TCR与FC均以角形接线安装于低压母线三相之间。TCR采用电抗器串联双向晶闸管14，通过控制晶闸管的触发延迟角来开断电抗器15，进而线性控制其输出的感性无功的大小，其无功输出特性如图2的TCR无功曲线所示；FC采用固定容量连接的电容器组，用于提供容量不变的容性无功，其无功输出特性如图2的FC无功曲线所示。为了消除TCR回路产生的谐波对电容器的冲击，在FC回路上串入了消谐线圈16。整套装置的基本原理为：FC提供定量的容性无功，TCR根据负载情况分别产生各相触发延迟角来控制对应的晶闸管，进而产生对应的各相感性无功，上述容性无功、感性无功的叠加，可以提高三相负载的平衡度，其无功调整特性如图2的TCR-FC合成无功曲线。与以往SVC方案不同的是，本方案采用对TCR和FC均采用三角形接线，并分别控制TCR的各相触发延迟角，以此产生三相之间的有功转移特性，达到调节三相平衡度的目的。方案采用了TCR的线性调节特性，能够无级差地调节各相无功功率，解决了以往方案中只能三相固定控制等容量无功的问题。另外，本方案还在FC回路中串入了消谐线圈了，解决了因TCR投切晶闸管引起的谐波干扰。

优选的，TCR5采用电抗器串联双向晶闸管，通过控制晶闸管的触发延迟角来开断电抗器，进而线性控制其输出的感性无功的大小。

FC6采用固定容量连接的电容器组，用于提供容量不变的容性无功。

在FC6回路上串入能消除TCR5回路产生的谐波对电容器的冲击的消谐线圈。

无功补偿控制器包括电源模块，用于给无功补偿控制器提供直流电源；采样模块，用于采集母线三相电压、配电变压器低压侧三相电流、控制开关的位置信号；HMI模块，用于提供用户操作的接口，可以实现用户定值输入、事件弹窗、状态量显示功能；DSP控制板，用于实现负载运行状态的检测与控制；驱动板，用于驱动TCR的晶闸管导通、FC的开关投切等功能；通讯模块，用于实现与主站信息的交互，可以将信息上传至主站，并接受主站的控制。

无功补偿柜的基本工作原理为：将图1所示的配变电压侧的电流互感器19、电压互感器20信号、开关位置信号等经电缆接入柜内的接线端子，并最终通过电缆接入无功控制器的相应输入端子上。无功补偿控制器可以根据上述输入信息，判断出三相负载的运行状态。控制器内部有专门的控制逻辑，可以根据用户设定的控制目的(如功率因数大小、不平衡度大小)，产生相应的控制信息，并驱动TCR、FC等控制对象，实现通过对开关投切、晶闸管通断等操作来补偿无功、调节三相不平衡的目的。

作为整套设备的核心部件，无功补偿控制器用于实现无功量的精细化控制，下面具体介绍其组成及工作原理。如图4的虚线框所示，整个控制器主要由电源模块、采样模块、HMI模块、DSP控制板、驱动板、通讯模块组成。其中电源模块用于给控制器提供直流电源；采样模块用于采集母线三相电压、配电变压器低压侧三相电流、控制开关的位置信号等；HMI模块用于提供用户操作的接口，可以实现用户定值输入、事件弹窗、状态量显示等功能；DSP控制板用于实现负载运行状态的检测与控制；驱动板用于驱动TCR的晶闸管导通、FC的开关投切等功能；通讯模块用于实现与主站信息的交互，可以将信息上传至主站，并接受主站的控制。

本实用新型的显著特点就是可以实现三相不平衡负载13的精细控制，下面重点阐述其控制流程。从图5可知：无功补偿器通过采样模块得到配电变压器低压侧的三相负荷电流、电压信号，分别计算得到三相的有功功率、无功功率、不平衡度等信息，然后将不平衡度与用户不平衡定值进行比较。当不平衡度小于用户定值时，无需进行调节；当不平衡度大于用户定值时，控制器计算得到三相之间需要补偿的无功量。该无功量由TCR和FC共同产生，由于FC的容量固定，可以通过简单的运算得到各相TCR应该输出的无功量，然后根据TCR无功输出特征曲线与触发延迟角的函数关系，通过查表得到各相TCR对应的触发延迟角。控制器在对应的时刻触发相应的晶闸管，使各相TCR输出特定的无功功率，进而使三相负载平衡。为了克服调节过程中的暂态效应，在TCR驱动令发出后，控制器会延时等待5分钟。在延时完成后，控制器会再次采集调节后的电流、电压信息，并对调节效果进行判断。当不满足控制要求时，控制器会重复上述控制逻辑，直至满足用户设置要求。由于控制器采用了PID闭环控制策略，可以实现对三相不平衡度的实时跟踪和连续补偿，达到精细化控制的目的。

综上所述，上述无功补偿柜采用TCR+FC组合的形式对三相不平衡负载进行精细化控制，实现无功补偿、三相不平衡调节的双重目的，改善了配电变压器及其负载的运行环境。整套设备功能集成度高，综合考虑了防雷、散热、安全接地等因素，特别适合安装于三相不平衡较为严重的感性负载场合(如车间配电所400V侧等)。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。