一种低压线损智能补偿终端的制作方法

本实用新型涉及无功补偿技术，特别是电网功率因数偏低、无功功率线路损耗偏大的单相感性负荷用电领域，具体涉及一种低压线损智能补偿终端。

背景技术：

随着国家城市化进程的快速推进，大量的居住楼盘、高档商场、宾馆、办公室等民用建筑在城市中拔地而起，城市用电量也随之快速增长。但是，这些民用建筑场所使用的多为单相电感性负荷，导致低压电网功率因数严重偏低，无功功率线路损耗严重偏大。这与国家当前的“节能减排、绿色环保”的政策不相适应。采用无功补偿，是提高电能质量、挖掘电网潜力、降低线路损耗行之有效的办法。

无功功率问题普遍存在电能的“发、输、变、配、用”五个环节中，对电力系统稳定运行产生诸多不利影响。目前低压配电台区无功补偿装置以集中式智能电容器组补偿为主，将智能电容组接在配电变压器低压母线侧，根据低压母线上的无功功率控制智能电容器组的投切，补偿无功功率，在一定程度上提高配变利用率，同时起到阻隔作用，防止无功功率闯入上一级电网造成电压波动，降低网损。集中式补偿仅能降低配电变压器因输送无功功率所造成的损耗，无法降低因无功电流导致的低压主干线路的线损，其降损节电效益受到限制，无法解决因无功电流过大导致的线路末端低电压等问题。

结合近年来电力电子技术小型化、集成化的发展趋势，将无功补偿控制器与智能电容器组进行一体化和小型化设计，减少设备体积，使其能够直接安装于负载侧的表箱内，实现低压电网内部无功功率的多组分散末端补偿功能。相对于集中式补偿方案，不仅能降低配电变压器因输送无功功率所造成的损耗，还可减轻低压主干线路线损，达到更优的节电、降损目的。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种低压线损智能补偿终端，该补偿终端由外壳体和终端控制系统组成，终端控制系统具有控制单元、计量单元、电容器组、主控单元和显示单元。本实用新型的低压线损智能补偿终端直接安装于用户侧计量箱内，形成低压电网内部无功功率的多组分散补偿。本实用新型的低压线损智能补偿终端实现用户侧低压线损补偿，与常规低压无功补偿装置相比，体积更小，集成化程度更高。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种低压线损智能补偿终端，包括外壳体和终端控制系统，所述终端控制系统包括控制单元、计量单元、电容器组、主控单元和显示单元；所述主控单元包括主控显示及通信模块；所述显示单元包括液晶显示界面；所述控制单元包括磁保持继电器开关模块、终端电源转换模块及模拟信号采样模块；所述计量单元包括电流计量采样模块；所述电容器组为集成式电容器；所述主控显示及通信模块分别与电流计量采样模块、终端电源转换模块及模拟信号采样模块相连接；所述电流计量采样模块与终端电源转换模块及模拟信号采样模块相连；所述集成式电容器为一体式电容器。

优选的是，上述的由外壳体和终端控制系统组成的低压线损智能补偿终端，直接安装于用户侧计量箱内，形成低压电网内部无功功率的多组分散补偿。

在上述任一技术方案中优选的是，所述控制单元、计量单元、电容器组、主控单元和显示单元集成于低压线损智能补偿终端外壳体内部，各功能单元为集成式设计；电容器组位于低压线损智能补偿终端壳体内底部；控制单元安装于电容器组上方；计量单元直接固定在外壳体内，通过1组双排针与控制单元连接在一起，并通过2组软排线及一组排针与主控单元连接；显示单元位于主控单元上方。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体包括正面上盖和背面底壳，正面上盖与背面底壳通过铰链固定。

在上述任一技术方案中优选的是，所述背面底壳内部固定安装控制单元、主控单元的电路板以及电容器组。

在上述任一技术方案中优选的是，所述正面上盖布局液晶显示界面、控制按键、指示灯、微型断路器的窗口。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体左中部开孔位置用于液晶显示，显示单元下部及右部的圆形和方形孔分别为控制按键和指示灯位置。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体右中部为微型断路器开孔位置。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体顶侧设置有两位RJ45接口、三相四线接口、外部电流计量端子接口及固定耳朵；壳体右侧面设有接地端子。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体中部以下四周开有斜条形槽孔。

在上述任一技术方案中优选的是，所述终端控制系统还包括基板、主板、交采板、接口板和开关板；接口板用于设置通信接口；开关板设有多组。

在上述任一技术方案中优选的是，所述主控显示及通信模块包括MCU核心装置、交流信号计量装置、存储装置、实时时钟装置、通信电路、指示灯显示及控制电路、同步开关控制电路，所述MCU核心装置、交流信号计量装置、存储装置、实时时钟装置、指示灯显示及控制电路、同步开关控制电路用于实现对电容器补偿前后的电网数据显示以及相关功能菜单设置、切换、数据存储、本地控制功能，所述通信电路用于实现多组终端设备的通信以及本地调试功能。

在上述任一技术方案中优选的是，所述模拟信号采样模块包括补偿电流电路、全波整流电路、ADC及过零检测电路、交流电压采样电路，所述模拟信号采样模块用于实现电容器电流过零切除、电压计量采样、温度采样功能。

在上述任一技术方案中优选的是，所述终端电源转换模块包括三抽头AC-AC变压器、整流桥电路以及DC-DC电路，用于完成对指示灯显示及控制电路、同步开关控制电路、通信电路和交流电压采样电路的供电。

在上述任一技术方案中优选的是，三抽头AC-AC变压器间相互隔离，以有效屏蔽各组电源间电磁干扰。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电流计量采样模块连接终端电源转换模块及模拟信号采样模块，完成外部电流采样，为电网功率因数计算以及无功补偿提供数据支撑。

在上述任一技术方案中优选的是，所述磁保持继电器开关模块具有90A最大切换电流，它在两倍额定工作电压下动作时间小于6ms。

在上述任一技术方案中优选的是，所述磁保持继电器开关模块包括开关控制电路；开关控制电路完成电容器的投切动作，内部设有至少6组开关板以层叠式纵向布局，悬于基板上方。

在上述任一技术方案中优选的是，所述集成式电容器包括至少6组电容器以及与电容器数量相匹配的组件。

在上述任一技术方案中优选的是，所述低压线损智能补偿终端内部集成6组电容器，6组电容器设置为：每相各两组，形成3档补偿容量，自动根据负荷情况进行投切，实现精细化补偿。

在上述任一技术方案中优选的是，所述低压线损智能补偿终端设置有至少4个控制按键，外壳体上设置有相应数量的按键开孔。

在上述任一技术方案中优选的是，所述低压线损智能补偿终端设置有至少10个指示灯，外壳体上设置有相应数量的指示灯开孔。

在上述任一技术方案中优选的是，所述低压线损智能补偿终端设置有至少1个拨动开关，外壳体上设置有相应数量的拨动开关开孔。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体上显示界面下方设置有4个直径11mm的圆形孔即为按键开孔，显示界面右侧上、中部开孔为指示灯开孔，显示界面右下侧设置的11mm*8mm方孔即为为拨动开关开孔。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体上微型断路器窗口上方设置有4个直径11mm的圆形孔即为三相四线顶端固定孔。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体顶部左侧上方两孔设置为通信接口。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体顶部左侧下方方孔设置为外部计量接口。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体顶部右侧上方设置有4个孔即为三相四线接入孔。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体右侧面中部设置有凸出螺帽即为接地端子。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电容器组为三相四线内部6组集成式长方形结构，容量为0.33-3kvar，6组小容量电容器定制而成的电容器组的结构的长、宽、高分别为190mm、120mm和110mm。

在上述任一技术方案中优选的是，所述三相四线内部6组集成式长方形结构，其本体上方集成有6只L线端子、1只N线端子、1只接地端子和2个温度焊点。

在上述任一技术方案中优选的是，所述磁保持继电器开关模块包括6组开关板，6组开关板以上下两排形式垂直固定于接口板，接口板垂直固定于基板。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体为钣金结构。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体的长宽高总尺寸为260mm*209mm*129mm。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体上显示界面尺寸为54mm*54mm。

在上述任一技术方案中优选的是，所述外壳体上微断控制窗口尺寸为81mm*54mm。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电容器组的外壳由钣金件加工制成，四周开有斜条形散热槽孔。

在上述任一技术方案中优选的是，所述终端控制系统还设有温度保护电路，用于对电容器组的温度进行实时监测。

与现有技术相比，本实用新型的上述技术方案具有如下有益效果：

本实用新型的低压线损智能补偿终端，可实现用户侧低压线损补偿，与常规低压无功补偿装置相比，体积更小，集成化程度更高；能够直接安装于负载侧的计量箱或电缆分支箱内，不仅能减小线路及变压器的损耗，而且能改变供电质量，有效地抑制和消除谐波；同时，设备维护方便，故障率较低；更重要的是与现在补偿技术相比，本终端能实现小电流过零投切以及无功补偿容量的智能调整。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的一优选实施例的硬件结构框图；

图2为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的一优选实施例的整体结构主视图；

图3为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的一优选实施例的整体结构左视图；

图4为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的一优选实施例的整体结构顶视图；

图5为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的一优选实施例的整体结构的内部底壳示意图；

图6为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的一优选实施例的整体结构的内部上盖示意图；

图7为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的一优选实施例的整体结构的内部布局主视图；

图8为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的一优选实施例的整体结构的内部布局左视图；

图9为按照本实用新型的低压线损智能补偿终端的另一优选实施例的现场方案示意图。

附图标记：

1、主控单元，2、显示单元，3、控制单元，4、电容器组，5、计量单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在无功补偿技术，特别是电网功率因数偏低、无功功率线路损耗偏大的单相感性负荷用电领域，为了克服现有技术的不足，本实用新型实施例提供了一种小型化、一体化的线损补偿装置：低压线损智能补偿终端。将本实用新型实施例所述的低压线损智能补偿终端直接安装于低压负载侧的表箱内，可提高线路末端电压，减少无功功率损耗，降低线损，改善电能质量。

实施例1

如图1至图8所示，本实施例提供一种低压线损智能补偿终端，它包括外壳体和终端控制系统，终端控制系统包括控制单元3、计量单元5、电容器组4、主控单元1和显示单元2，主控单元1包括主控显示及通信模块，显示单元2为液晶显示界面，控制单元3包括磁保持继电器开关模块、终端电源转换模块及模拟信号采样模块，计量单元5包括电流计量采样模块，电容器组为集成式电容器。主控显示及通信模块分别与电流计量采样模块、终端电源转换模块及模拟信号采样模块相连接；电流计量采样模块与终端电源转换模块及模拟信号采样模块相连；集成式电容器为一体式电容器。由外壳体和终端控制系统组成的低压线损智能补偿终端，直接安装于用户侧计量箱内，形成低压电网内部无功功率的多组分散补偿。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，外壳体包括正面上盖和背面底壳，正面上盖与背面底壳通过铰链固定；控制单元3、计量单元5、电容器组4、主控单元1和显示单元2集成于低压线损智能补偿终端外壳体内部，各功能单元为集成式设计；电容器组4位于低压线损智能补偿终端壳体内底部；控制单元3安装于电容器组上方；计量单元5直接固定在外壳体内，通过1组双排针与控制单元连接在一起，并通过2组软排线及一组排针与主控单元连接；显示单元2位于主控单元上方。具体布局：背面底壳内部固定安装控制单元、主控单元的电路板以及电容器组；正面上盖布局液晶显示界面、控制按键、指示灯、微型断路器的窗口；外壳体左中部开孔位置用于液晶显示，显示单元下部及右部的圆形和方形孔分别为控制按键和指示灯位置；外壳体右中部为微型断路器开孔位置；外壳体顶侧设置有两位RJ45接口、三相四线接口、外部电流计量端子接口及固定耳朵；壳体右侧面设有接地端子。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，终端控制系统还包括基板、主板、交采板、接口板和开关板。接口板用于设置通信接口。开关板设有多组。开关板为同步开关板。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，主控显示及通信模块包括MCU核心装置、交流信号计量装置、存储装置、实时时钟装置、通信电路、指示灯显示及控制电路、同步开关控制电路，MCU核心装置、交流信号计量装置、存储装置、实时时钟装置、指示灯显示及控制电路、同步开关控制电路用于实现对电容器补偿前后的电网数据显示以及相关功能菜单设置、切换、数据存储、本地控制功能，通信电路用于实现多组终端设备的通信以及本地调试功能。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，模拟信号采样模块包括补偿电流电路、全波整流电路、ADC及过零检测电路、交流电压采样电路，模拟信号采样模块用于实现电容器电流过零切除、电压计量采样、温度采样功能。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，终端电源转换模块包括三抽头AC-AC变压器、整流桥电路以及DC-DC电路，用于完成对指示灯显示及控制电路、同步开关控制电路、通信电路和交流电压采样电路的供电。通信电路为485通信电路。三抽头AC-AC变压器间相互隔离，有效屏蔽各组电源间电磁干扰。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，电流计量采样模块连接终端电源转换模块及模拟信号采样模块，完成外部电流采样，为电网功率因数计算以及无功补偿提供数据支撑。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，磁保持继电器开关模块具有90A最大切换电流，它在两倍额定工作电压下动作时间小于6ms。磁保持继电器开关模块包括开关控制电路；开关控制电路完成电容器的投切动作，内部设有至少6组开关板以层叠式纵向布局，悬于基板上方，保证了空间利用率。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，集成式电容器包括6组电容器以及与电容器数量相匹配的组件。6组电容器设置方式：每相各两组，形成3档补偿容量，自动根据负荷情况进行投切，实现精细化补偿。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，设置有4个控制按键，外壳体上设置有相应数量的按键开孔。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，设置有10个指示灯，外壳体上设置有相应数量的指示灯开孔。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，设置有1个拨动开关，外壳体上设置有相应数量的拨动开关开孔。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，外壳体上显示界面下方设置有4个直径11mm的圆形孔即为按键开孔，显示界面右侧上、中部开孔为指示灯开孔，显示界面右下侧设置的11mm*8mm方孔即为为拨动开关开孔。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，外壳体上微型断路器窗口上方设置有4个直径11mm的圆形孔即为三相四线顶端固定孔。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，外壳体顶部左侧上方两孔设置为485通信接口，外壳体顶部左侧下方方孔设置为外部计量接口，外壳体顶部右侧上方设置有4个孔即为三相四线接入孔，外壳体右侧面中部设置有凸出螺帽即为接地端子。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，电容器组为三相四线内部6组集成式长方形结构，容量为0.33-3kvar，6组小容量电容器定制而成，长、宽、高分别为190mm、120mm和110mm，其本体上方集成有6只L线端子、1只N线端子、1只接地端子和2个温度焊点。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，磁保持继电器开关模块包括6组开关板，6组开关板以上下两排形式垂直固定于接口板，接口板垂直固定于基板。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，外壳体为钣金结构，外壳体中部以下四周开有斜条形槽孔，保证电容器组散热。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，外壳体的长宽高总尺寸为260mm*209mm*129mm。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，外壳体上显示界面尺寸为54mm*54mm。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，外壳体上微断控制窗口尺寸为81mm*54mm。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，电容器组的外壳由钣金件加工制成，四周开有斜条形散热槽孔。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端还设有温度保护电路，用于对电容器组的温度进行实时监测。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，微型断路器开关、磁保持继电器以及各功能模块为小型封装。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，为了实现设备小型化，需对电容器和变压器进行特殊定制，同时微断开关、磁保持继电器以及各功能模块在保证功能、性能的提前下优先选择小型封装，以满足产品结构要求。内部多组同步开关板以层叠式纵向布局，悬于基板上方，交采板的电流计量板采用倒置方式与基板连接，在保证电气安全的前提下，实现内部空间的最大化利用。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，电容器组本体采用镶嵌式设计，安装于设备底部，同时采用可拆卸式底壳，方便电容器组本体的安装维护及更换。

本实施例所述的低压线损智能补偿终端，主控单元、控制单元的各功能模块电路的核心控制板安装在基板正上方，纵向间距符合电气标准，可进一步压缩终端装置的体积。

具有上述结构的低压线损智能补偿终端，体积小，补偿无功功率3档自动调节，可直接安装于用户侧计量箱内，形成低压电网内部无功功率的多组分散补偿方案。该低压线损智能补偿终端主要由主控显示及通信模块、终端电源转换及模拟信号采样模块、电流计量采样模块、磁保持继电器开关模块以及集成式电容器构成，能够通过对电网信号采样、计量获取电网功率因数以及无功功率等有效信息，可根据实际无功缺失情况，智能分配电容器进行投入补偿，有效降低线路损耗，提高电能质量。与传统低压无功补偿装置相比，低压线损智能补偿终端集成度更高，可实现小信号过零投切以及无功补偿容量的智能分配。

与现有技术相比，本实施例提供的低压线损智能补偿终端，可实现用户侧低压线损补偿，与常规低压无功补偿装置相比，体积更小，集成化程度更高；能够直接安装于负载侧的计量箱或电缆分支箱内，不仅能减小线路及变压器的损耗，而且能改变供电质量，有效地抑制和消除谐波。同时，设备维护方便，故障率较低。更重要的是与现在补偿技术相比，本终端能实现小电流过零投切以及无功补偿容量的智能调整。

实施例2

基于实施例1和图1至8所述的低压线损智能补偿终端，进行现场方案实施。

依据用电计量箱技术标准可知表箱左侧横向空间距离为230mm，可将低压线损智能补偿终端安装于此。集成式电容器本体尺寸为190mm*120mm*110mm，终端设备宽度设计为209mm，电容器水平安装，保留操作余量。将表箱内总开关、导轨、集中器（电源端子）、总线盒 整体上移，导轨位置重新定制调整。由于采取壁挂式安装，电容器等体积及重量较大器件适宜靠终端下方安装。终端的显示单元在设备左上方，控制及设置按键、微型断路器等在显示单元下方和右方，外部电流计量接线端子、RJ45通信接口以及三相四线接口在终端顶部侧面。

本实施例的低压线损智能补偿终端为三相分补形式，电容器组本体由6块容量为0.33Kvar-3Kvar范围的电容器集成化设计而成，每相可独立补偿0.33Kvar-3.33Kvar无功功率。终端控制系统硬件包括基板、主板、交采板、接口板和开关板。其中，用于电容器组投切的6块开关板以上下两排形式垂直固定在接口板上，接口板又垂直固定于基板底部位置，保证空间的最大化利用。同时，强电和弱电信号分别布局在接口板左右两侧。

低压三相四线传输线接入本实施例的低压线损智能补偿终端，通过微型断路器控制终端系统的总开关，微型断路器输出侧分别与一体式电容器组本体N线端子以及开关板中磁保持继电器电压输入脚相连。基板实现系统AC-AC降压、控制电路供电、交流采样等功能，通过软排线与上层主板连接通信；主板完成交采信号的计量处理、开关板投切控制、各种状态指示灯控制、数据存储、时钟获取、LCD液晶显示界面等功能。交采板完成外部电流数据采样和485通信功能。

由于安装空间限制，本实施例的电容器组外壳采用接触和四周开槽散热设计方式，不仅可通过电容器组与钣金外壳体之间接触传导，还能利用其与外部空气的温差实现循环散热，增强了内外空气对流所带来的导热效应。同时，该终端内部设有温度保护电路，对电容器组温度进行实时监测，确保装置的可靠运行，钣金外壳体保证终端良好的防爆性。

以上所述仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非是对本实用新型的范围进行限定；以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围；在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。