一种无功补偿电容柜的测控系统及投切控制方法与流程

1.本技术涉及电气控制的技术领域，尤其是涉及一种无功补偿电容柜的测控系统及投切控制方法。


背景技术：

2.现有的综合测控系统为开关柜智能操控装置，它是针对当前中压系统开关柜研制开发的一种新型、多功能、智能化模拟动态指示装置，功能强大，它以一体化布局配套于开关柜，简化了开关柜的面板设计，美化了面板布局。
3.开关柜智能操控装置适用于3至10kv户内各中置柜、手车柜、固定柜、环网柜等多种开关柜，除具有动态模拟指示、带电显示及闭锁、温湿度显示及其控制、验电核相、二次回路电压值显示、人体感应带电提示及柜内照明、语音防误提示、时间日期显示、远方/就地操作、远程通信等功能外，还具有电力综合参数测量功能，使开关柜进一步智能化、网络化、数字化。
4.现有的开关柜智能操控装置适用于开关柜，但不适用于无功补偿电容柜。
5.为了提高无功补偿电容柜的智能化、网络化以及数字化，需要将每个功能元器件安装在无功补偿电容柜的面板上。现有的安装方式为根据需要安装的元器件在面板上用机械加工的方式开对应的安装孔，并将元器件放置在对应的安装孔处，其安装繁琐，接线复杂，且容错性低。


技术实现要素：

6.为了解决安装繁琐、接线复杂、容错性低的问题，本技术提供一种无功补偿电容柜的测控系统及投切控制方法。
7.第一方面，本技术提供的一种无功补偿电容柜的测控系统，采用如下的技术方案：一种无功补偿电容柜的测控系统，包括控制箱，所述控制箱内集成有主控单元、电容投切单元以及保护测控单元，所述主控单元分别电容投切单元以及保护测控单元连接；所述电容投切单元用于接收主控单元的控制信号，并基于所述控制信号控制电容柜内电容投切开关的分、合闸，以实现电容器的切除或投入；所述保护测控单元用于实时采集电容柜的数据信息；其中，所述数据信息包括开口三角电压、电容器组电流、零序电流以及温湿度信息；所述主控单元用于接收所述数据信息，并根据所述数据信息进行预警处理。
8.通过采用上述技术方案，通过在无功补偿电容柜的面板上制作规定尺寸的槽孔，将集成有各个单元的控制箱嵌入槽孔内，以一体化布局配套于无功补偿电容柜，实现无功补偿电容控制柜的智能化、网络化以及数字化，同时简化了无功补偿电容柜的面板设计，减少了二次接线，降低了误操作几率。
9.可选的，所述控制箱内还集成有电容柜开关状态监测单元，所述电容柜开关状态监测单元与主控单元连接，用于实时采集电容柜内电容器的状态信息；其中，所述状态信息
包括投入状态或切除状态；所述控制箱上设置有电容器状态指示单元，所述电容器状态指示单元与主控单元连接，用于根据所述状态信息，以一次回路动态模拟图的形式模拟显示电容投切开关的分、合闸指示。
10.可选的，所述控制箱内还集成有采样单元，所述采样单元用于采集电容柜内的线路信号，其中，所述线路信号包括线路电压和线路电流；所述主控单元与采样单元连接，用于根据所述线路信号控制电容柜内电容器的投入或切除。
11.可选的，所述主控单元连接有控制器，所述主控单元用于接收控制器发送的合、分闸命令，并基于所述合、分闸命令控制对应电容柜内电容器的投入或切除。
12.可选的，所述控制箱上设置有投入电容按钮以及切除电容按钮，所述投入电容按钮以及切除电容按钮分别与主控单元连接；按下所述投入电容按钮后输出合闸信号，所述主控单元基于所述合闸信号控制电容柜内电容投切开关的合闸，以实现电容器的投入；按下所述切除电容按钮后输出分闸信号，所述主控单元基于所述分闸信号控制电容柜内电容投切开关的分闸，以实现电容器的切除。
13.可选的，所述控制箱上还设置有转换开关，所述转换开关与主控单元连接，用于转换电容器的手动或自动投切控制。
14.第二方面，本技术提供的一种无功补偿电容柜的投切控制方法，采用如下的技术方案：一种无功补偿电容柜的投切控制方法，包括：获取电容柜内的线路信号；其中，所述线路信号包括线路电压和线路电流；根据所述线路电压和线路电流和设定的目标功率因数，计算线路的无功功率；基于所述线路电压和无功功率，确定当前线路运行的控制区域；根据所述控制区域对应的预设控制规则生成控制信号，所述控制信号用于控制电容柜内电容投切开关的分、合闸，以实现电容器的切除或投入。
15.通过采用上述技术方案，当只有一组电容柜单独使用时，基于线路电压和线路电流控制本柜电容投切开关的合、分动作，实现电容器组的自动控制。
16.可选的，所述基于所述线路电压和无功功率和设定的目标功率因数，确定当前线路运行的控制区域步骤包括：获取预先设定的控制目标参数；其中，所述控制目标参数包括电压上限、电压下限、无功功率上限以及无功功率下限；将所述线路电压与电压上限以及电压下限进行比较，将所述无功功率与无功功率上限以及无功功率下限进行比较，根据比较结果确定当前线路运行的控制区域。
17.可选的，还包括：获取电容柜的数据信息；其中，所述数据信息包括开口三角电压以及电容器组电流；在所述开口三角电压以及电容器组电流大于对应设定数值的情况下，输出切除电容器组的控制信号，并闭锁投切控制功能，发出报警信息。
18.可选的，还包括：获取控制器发送的合、分闸命令；根据所述合、分闸命令控制对应电容柜内电容器的投入或切除。
19.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：通过在无功补偿电容柜的面板上制作规定尺寸的槽孔，将集成有各个单元的控制箱嵌入槽孔内，以一体化布局配套于无功补偿电容柜，实现无功补偿电容控制柜的智能化、网络化以及数字化，同时简化了无功补偿电容柜的面板设计，减少了二次接线，降低了误操作几率。
附图说明
20.图1是本技术其中一实施例示出的测控系统的正视图。
21.图2是本技术其中一实施例示出的测控系统的左视图。
22.图3是本技术其中一实施例示出的测控系统的结构框图。
23.图4是本技术其中一实施例示出的测控系统中单组电容柜的控制原理图。
24.图5是本技术其中一实施例示出的测控系统中多组电容柜的控制原理图。
25.图6是本技术其中一实施例示出的投切控制方法的流程图。
26.图7是本技术其中一实施例示出的电压无功九区图。
27.图8是本技术其中一实施例示出的电压无功九区图对应的控制逻辑图。
28.图9是本技术其中一实施例示出的电压无功11区图。
29.图10是本技术其中一实施例示出的电压无功11区图对应的控制逻辑图。
30.附图标记说明：1、控制箱；2、显示屏；3、按键；4、柜内照明开关；5、转换开关；6、一次回路动态模拟图；7、隔离开关分位置；8、隔离开关合位置；9、电容投切开关分位置；10、电容投切开关合位置；11、高压带电显示灯；12、闭锁指示灯；13、报警单元；14、投入电容按钮；15、切除电容按钮；16、后盖；17、前面板；18、接线端子。
具体实施方式
31.以下结合图1-图10对本技术作进一步详细说明。
32.无功补偿电容柜根据用电负荷的变化，控制电容器的投入和切除，进行电流补偿，以提高负载功率因数，降低无功功率，提高供电设备的效率，使线路电能损耗降到最低程度。
33.为了提高无功补偿电容控制柜的智能化、网络化以及数字化，本技术实施例公开一种无功补偿电容柜的测控系统。
34.作为测控系统的一种实施方式，如图1和图2所示，包括控制箱1，控制箱1包括后盖16和前面板17，其后盖16上设置有用于与电容柜连接的接线端子18。
35.如图1和图3所示，控制箱1内集成有主控单元、电容投切单元、电容柜开关状态监测单元、电容器状态指示单元、保护测控单元、显示单元以及通信单元，主控单元通过通信单元分别与电容投切单元、电容柜开关状态监测单元、电容器状态指示单元、保护测控单元以及显示单元连接。
36.通过在无功补偿电容柜的面板上制作规定尺寸的槽孔，将集成有各个单元的控制
箱1嵌入槽孔内，以一体化布局配套于无功补偿电容柜，实现无功补偿电容控制柜的智能化、网络化以及数字化，同时简化了无功补偿电容柜的面板设计，减少了二次接线，降低了误操作几率。
37.其中，电容投切单元与电容柜内的电容投切开关连接，用于接收主控单元的控制信号，并基于控制信号控制电容柜内的电容投切开关的分、合闸，继而控制电容器的切除或投入，以实现电容器组的自动控制。
38.保护测控单元用于实时采集电容柜的数据信息，主控单元用于接收数据信息，并根据该数据信息进行预警处理。其中，数据信息包括开口三角电压、电容器组电流、零序电流以及温湿度信息。
39.具体的，通过在电容柜内安装温湿度传感器，探测电容柜内的温湿度信息，并实时以无线通信传送给保护测控单元，再通过通信单元传送给主控单元。在主控单元检测到电容器组的温度或湿度高于对应设定阈值时，启动降温或除湿措施，同时发出报警信息。
40.通过在电容柜内安装与电容器连接的电流互感器、零序互感器以及放电线圈，实时检测电容柜内的开口三角电压、电容器组电流、零序电流，并实时以无线通信传送给保护测控单元，再通过通信单元传送给主控单元。在电容器组的开口三角电压和电流超过对应设定的数值时，主控单元输出切除电容器组的控制信号，电容投切单元基于该控制信号控制电容柜内的电容投切开关的分闸，继而控制电容器的切除；同时闭锁投切控制功能，并发出报警信息，待故障解除后，方可手动复位解除闭锁。
41.具体的，结合图1和图3，主控单元连接有报警单元13，具有实时报警提示功能，当电容器组运行过程中开口三角电压、过流、零序电流、过温保护动作后，测控系统闭锁投切并通过报警单元13语音播报相关报警信息，报警语音为“过流速断故障”、“过流限时故障”、“过压故障”、“零序电流故障”、“过温故障”等。
42.电容柜开关状态监测单元用于实时采集电容柜内电容器的状态信息；其中，状态信息包括投入状态或切除状态。在主控单元向电容投切单元输出切除或投入电容器组的控制信号后，主控单元向电容柜开关状态监测单元输出反馈信息，使得电容柜开关状态监测单元实时获取电容柜内电容器的状态信息。
43.电容器状态指示单元与电容柜开关状态监测单元连接，用于接收状态信息，根据该状态信息并以一次回路动态模拟图6的形式模拟显示电容投切开关的分、合闸指示。
44.具体的，电容器状态指示单元包括在一次回路动态模拟图6中的电容投切开关以及隔离开关的分、合位置处分别设置的发光条。在电容投切开关处于合闸状态时，电容投切开关的合位置处设置的发光条亮，同时隔离开关的输入接点闭合，隔离开关的合位置处设置的发光条亮。在电容投切开关处于分闸状态时，电容投切开关的分位置处设置的发光条亮，同时隔离开关的输入接点断开，隔离开关的合位置处设置的发光条亮；有助于工作人员通过观察控制箱1上的发光条，即可判断电容柜内电容器的状态。
45.另外，主控单元与电容柜内相应电压等级的传感器连接，采集主回路的带电情况；主控单元连接有高压带电显示灯11，用于在母线带电时，控制高压带电显示灯11电亮。
46.控制箱1上还设置有闭锁指示灯12，闭锁指示灯12与主控单元连接。在母线断电时，强制闭锁处于“解锁”状态，控制箱1面板上的闭锁指示灯12不亮，“闭锁”接点闭合；母线带电时，强制闭锁处于“闭锁”状态，闭锁指示灯12亮，“闭锁”接点断开。
47.作为测控系统的另一种实施方式，控制箱1内还集成有采样单元，采样单元用于采集电容柜内的线路信号，其中，线路信号包括线路电压和线路电流；主控单元与采样单元连接，用于根据线路信号控制电容柜内电容器的投入或切除。
48.结合图4，当只有一组电容柜单独使用时，主控单元接入线路电压ubuc和线路电流iaia＇的采样信号，即可实现作为单独的无功补偿控制保护终端，控制本柜电容投切开关的合、分动作，实现电容器组的自动控制。控制原理采用电压无功九区图控制原理，通过接入的电压、电流采样信号，计算出线路的无功功率，设定好控制目标参数后，利用电压、无功功率两个参数作为判别量，判定当前线路运行的控制区域，并根据控制区域对应的控制方式对电容器组进行自动投切控制，实现实时的无功自动补偿。其中，设定的控制目标参数包括电压上限、电压下限、无功上限、无功下限、目标功率因数等。
49.作为测控系统的另一种实施方式，结合图5，主控单元连接有控制器，主控单元用于接收控制器发送的合、分闸命令，并基于合、分闸命令控制对应电容柜内电容器的投入或切除。
50.当有多组电容柜同时使用时，利用控制器远程控制，通过通信单元接收上级控制器的合、分闸命令，控制本柜电容器投切开关的合、分动作，实现电容器组的自动控制，并上传测量数据、开关状态、手动/自动与保护报警闭锁信息。
51.作为测控系统的又一种实施方式，结合图1和图3，控制箱1上设置有投入电容按钮14以及切除电容按钮15，投入电容按钮14以及切除电容按钮15分别与主控单元连接；按下投入电容按钮14后输出合闸信号，主控单元基于所述合闸信号控制电容柜内电容投切开关的合闸，以实现电容器的投入；按下切除电容按钮15后输出分闸信号，主控单元基于所述分闸信号控制电容柜内电容投切开关的分闸，以实现电容器的切除。
52.通过投入电容按钮14以及切除电容按钮15，可以手动控制本柜电容器的投入与切除。
53.另外，在手动状态下，当隔离开关在分闸位置时，按投入电容按钮14，电容投切开关无动作，此时投入电容按钮14处于闭锁状态；当隔离开关在合闸位置时，按投入电容按钮14，电容投切开关合闸；在手动状态下，当电容投切开关处于合闸状态时，按动隔离开关操作手柄上的电磁锁，电磁锁无反应，此时隔离开关操作手柄处于闭锁状态，无法操作；当电容投切开关处于分闸状态时，按动隔离开关操作手柄上的电磁锁，电磁锁动作，此时隔离开关操作手柄可操作。
54.作为测控系统的又一种实施方式，控制箱1上还设置有转换开关5，转换开关5与主控单元连接，用于转换电容器的手动或自动投切控制。通过转换开关5可实现本柜电容器组的手动与自动投切控制，在手动状态下，可通过投入电容按钮14与切除电容按钮15实现电容器组的投切控制；在自动状态下，可实现通过控制器自动控制或基于采样单元实现电容器组的投切控制，且两种状态相互闭锁。
55.控制箱1上还设置有柜内照明开关4，柜内照明开关4与主控单元连接，且主控单元与电容柜内的照明灯连接。通过柜内照明开关4，可控制电容柜内照明灯的启闭。
56.作为测控系统的又一种实施方式，显示单元包括设置在控制箱1上的显示屏2，用于显示电容器组开口三角电压、电流、零序电流、开关合/分状态、手/自动状态、闭锁信息、
实时报警信息、温湿度信息，可记录最近50条保护动作记录、保护动作值、动作时间，记录的内容自动保存，掉电不丢失，并可通过按键3操作修改参数设置。
57.基于上述一种无功补偿电容柜的测控系统，本技术实施例还公开了一种无功补偿电容柜的投切控制方法。
58.作为投切控制方法的一种实施方式，结合图6，包括：100，获取电容柜内的线路信号；其中，线路信号包括线路电压和线路电流。
59.101，根据线路电压和线路电流，计算线路的无功功率。
60.102，基于所线路电压和无功功率和设定的目标功率因数，确定当前线路运行的控制区域。
61.103，根据控制区域对应的预设控制规则生成控制信号，控制信号用于控制电容柜内电容投切开关的分、合闸，以实现电容器的切除或投入。
62.具体来说，当只有一组电容柜单独使用时，接入线路电压和线路电流，即可实现作为单独的无功补偿控制保护终端，控制本柜电容投切开关的合、分动作，实现电容器组的自动控制。
63.其中，步骤102具体包括：1021，获取预先设定的控制目标参数；其中，所述控制目标参数包括电压上限、电压下限、无功功率上限以及无功功率下限。
64.1022，将所述线路电压与电压上限以及电压下限进行比较，将所述无功功率与无功功率上限以及无功功率下限进行比较，根据比较结果确定当前线路运行的控制区域。
65.需要说明的是，控制区域的划分可以根据不同的应用场景采用电压无功九区图控制原理或者电压无功11区图控制原理。
66.结合图7和图8，作为控制区域划分的一种实施方式，采用电压无功九区图控制原理。
67.具体的，根据国家标准中的电压合格范围确定电压上限与电压下限，也可以根据用户要求设定；根据用户要求设定无功功率上限与无功功率下限。基于电压上限、电压下限、无功功率上限以及无功功率下限，并以线路电压作为纵坐标，以无功功率作为横坐标建立坐标轴，则得到电压无功九区图。
68.其中，每个区域的划分策略包括：在所述无功功率小于无功功率上限且大于无功功率下限，且所述线路电压小于电压上限且大于电压下限的情况下，确定当前线路运行处于0号区域；在所述线路电压大于电压上限，且所述无功功率小于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于1号区域；在所述线路电压大于电压上限，且所述无功功率小于无功功率上限且大于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于2号区域；在所述线路电压大于电压上限，且所述无功功率大于无功功率上限的情况下，确定当前线路运行处于3号区域；在所述线路电压小于电压上限且大于电压下限，且所述无功功率小于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于4号区域；
在所述线路电压小于电压上限且大于电压下限，且所述无功功率大于无功功率上限的情况下，确定当前线路运行处于5号区域；在所述线路电压小于电压下限，且所述无功功率小于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于6号区域；在所述线路电压小于电压下限，且所述无功功率小于无功功率上限且大于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于7号区域；在所述线路电压小于电压下限，且所述无功功率大于无功功率上限的情况下，确定当前线路运行处于8号区域。
69.在采用上述九区图的情况下，0号区域对应的预设控制规则为电容器不动作；1号区域-4号区域对应的预设控制规则均为切除电容器；5号区域-8号区域对应的预设控制规则均为投入电容器。
70.结合图9和图10，作为控制区域划分的另一种实施方式，采用电压无功11区图控制原理。
71.具体的，电压上限与电压下限可以根据国家标准中的电压合格范围确定，也可以根据用户要求设定。无功功率上限与无功功率下限是根据电容柜电容器组容量及目标功率因数按照下列公式计算得来的。
72.具体来说，qmb=p*tgφ；=qmb+0.7*qc；=qmb-0.7*qc；其中，qmb为目标无功功率，p为系统当前的有功功率，cosφ为目标功率因数，tgφ由目标功率因数得出（即由sin
²
φ+cos
²
φ=1，tgφ=sinφ/cosφ得出），qc为单个电容柜内电容器组容量。
73.无功功率上限与无功功率下限两个参数不是固定不变的，当系统当前的有功功率发生变化后，无功功率上限与无功功率下限也跟随发生变化，有助于保证最优的补偿效果，对线路电压、以及无功功率的调节精度最高。
74.基于电压上限、电压下限、无功功率上限、无功功率下限以及投切一组电容器引起的母线电压最大变化量uq，并以线路电压作为纵坐标，以无功功率作为横坐标建立坐标轴，则得到电压无功11区图。
75.其中，每个区域的划分策略包括：在所述无功功率小于无功功率上限且大于无功功率下限，且所述线路电压小于电压上限且大于电压下限的情况下，确定当前线路运行处于0号区域；在所述线路电压大于电压上限，且所述无功功率小于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于1号区域；在所述线路电压大于电压上限，且所述无功功率小于无功功率上限且大于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于2号区域；在所述线路电压大于电压上限，且所述无功功率大于无功功率上限的情况下，确定当前线路运行处于3号区域；在所述线路电压小于电压上限且大于电压下限，且所述无功功率小于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于4号区域；在所述线路电压小于电压上限且大于电压下限，且所述无功功率大于无功功率上
限的情况下，确定当前线路运行处于5号区域；在所述线路电压小于电压下限，且所述无功功率小于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于6号区域；在所述线路电压小于电压下限，且所述无功功率小于无功功率上限且大于无功功率下限的情况下，确定当前线路运行处于7号区域；在所述线路电压小于电压下限，且所述无功功率大于无功功率上限的情况下，确定当前线路运行处于8号区域；在所述线路电压小于电压上限且大于电压下限，且无功功率小于无功功率下限，但切除电容器后线路电压将小于电压下限的情况下，确定当前线路运行处于9号区域；在所述线路电压小于电压上限且大于电压下限，且无功功率小大于无功功率上限，但投入电容器后线路电压将大于电压上限的情况下，确定当前线路运行处于10号区域。
76.在采用上述11区图的情况下，0号区域、9号区域以及10号区域对应的预设控制规则为电容器不动作；1号区域-4号区域对应的预设控制规则均为切除电容器；5号区域-8号区域对应的预设控制规则均为投入电容器。
77.作为投切控制方法的另一种实施方式，包括以下步骤：200，获取控制器发送的合、分闸命令；201，根据合、分闸命令控制对应电容柜内电容器的投入或切除。
78.当有多组电容柜同时使用时，利用控制器远程控制，通过通信单元接收上级控制器的合、分闸命令，控制本柜电容器投切开关的合、分动作，实现电容器组的自动控制，作为投切控制方法的另一种实施方式，包括以下步骤：获取电容柜的数据信息；其中，数据信息包括开口三角电压以及电容器组电流；在开口三角电压以及电容器组电流大于对应设定数值的情况下，输出切除电容器组的控制信号，并闭锁投切控制功能，发出报警信息。
79.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。