专利名称：一种电力电容器的动态自适应保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统自动化控制技术领域，特别涉及一种电力电容器的动态自适应保护装置。
背景技术：
按照我国“电力法”的规定，为了减少供电线路的损耗，提高发供电设备的利用率， 凡每月用电量在100千瓦以上的企事业单位，都要实行功率因数的力率考核。应对这种情况，并联电容器组装置是使用最为广泛的电力设备。统计表明，在工业场合由于并联电容器组的接入引起谐波电流增大，烧毁电容柜设备的现象经常发生。电容器一旦产生谐波电流放大，其后果通常是相当严重的，不仅会烧毁电容器本身，严重时，还会使接触器，馈电开关，甚至变压器都被烧毁，从而造成严重的电力事故。大家知道，由于电力电容器通常是长期工作在一个极其容易发生谐波电压冲击和谐波电流放大的工作环境中，加上电力电容本身的物理特性决定了它们在投入和切除过程中，经常受到浪涌电流和过电压的冲击，造成电力电容器的电容量、绝缘和损耗角等参数发生变化。当电力电容器在经过了一个阶段使用之后本身的参数发生变化，或者因为工作现场的负载等工况发生变化，都会重新造成谐波电流放大的情况，容易形成事故，造成设备的损失。针对可能发生的上述情况，传统的处理方法通常有下面二种(1)采用金属拉伸而不是铆接的方法来制作电力电容器的壳体以增加强度和密封性，当电力电容因为某些原因造成电流增大而导致损坏时，依靠气体膨胀的力量使电力电容的引线挣断，显然，这种物理处理方法仅仅是一种防御措施；(2)在低压电力电容器的接线端，安装一个与电力电容器额定电流相匹配的微型空气开关，当电力电容器的实际工作电流超过其额定电流某个数值时，微型空气开关自动切断电源，达到保护电力电容器不受到损坏的目的。实践证明，由于各种因素的影响，采用这种方法仍然避免不了电力电容器遭受损坏，而且，一旦电力电容器不投入电网，无功补偿也就失去了意义。所以上述的以物理方式来保护电力电容器本身及周边设备的方法仍然存在着难以保护电力电容器，不能有效延长电力电容器使用寿命的缺陷。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术中存在而提出一种对于电力电容器实行电子式动态自适应保护，不仅可以保护电力电容器，也可以显著延长电力电容器的使用寿命的电力电容器的动态自适应保护装置。本实用新型的目的是这样实现的一种电力电容器的动态自适应保护装置，包括实时测量并监控被保护电容器的三相工作电压和三相工作电流的嵌入式微型计算机MCU，其特征在于由三个电流互感器CT和三个电压互感器PT接入到多路选择器的输入端，多路选择器的输出端接入到嵌入式微型计算机MCU内部的A/D转换器的输入端，将取得的六个输入模拟电流信号和电压信号通过路选择器选择其中之一送入嵌入式微型计算机MCU内部的A/D转换器转换为数字信号；嵌入式微型计算机MCU的输出三根控制线接入到多路选择器的控制端；由外部控制信号KZ输入的控制端接入到嵌入式微型计算机的输入端，以决定当前控制指令是要求投入还是切除电力电容；由参数设置键接入到嵌入式微型计算机的输入端，将被保护电力电容的原始参数输入到嵌入式微型计算机中或通过参数设置键改变当前的显示三相电压值、三相电流值或者保护阀值；嵌入式微型计算机MCU的输出端通过控制继电器接入到控制投切开关K1-K3，嵌入式微型计算机通过对于相关数据的采集、分析和判断之后，输出控制信号通过控制继电器隔离后控制投切开关K1-K3，实现对电力电容器C1-C3的保护；嵌入式微型计算机的另一输出端接入到显示装置；嵌入式微型计算机的输出输入端接入具有无限次存储功能的铁电存储器。所述的“由三个电流互感器CT和三个电压互感器PT接入到多路选择器的输入端以及多路选择器的输出端接入到嵌入式微型计算机内部的A/D转换器的输入端”，组成了对于电压和电流模拟量输入信号检测部分，具体电路连接关系如下(1)三相电压检测的连接关系如下由三个电阻R4、R2和R3组成Y型电阻分压器取得电压信号UA，电压信号UA接电阻R4的一端，电阻R4的另外一端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接电阻R3的一端和集成电路US2B的第5脚，电阻R3的另一端接地，集成电路US2B的第6脚接集成电路US2B的第7脚和集成电路U5的第14脚；同理另外两个电压信号UB和UC的连接关系与以上相同，分别由电阻R5、R6和R7 组成Y型电阻分压器，电压信号UB接电阻R5的一端，电阻R5通过电阻R6连接集成电路 US5B的第5脚，电阻R7的一端接电阻R6另一端接地，集成电路US5B的第6脚接集成电路 US5B的第7脚和集成电路U5的第15脚；分别由电阻R8、R9和RlO组成Y型电阻分压器， 电压信号UC接电阻R8的一端，电阻R8通过电阻R9连接集成电路US5A的第3脚，电阻RlO 的一端接电阻R9另一端接地，集成电路US5A的第2脚接集成电路US5A的第1脚和集成电路U5的第12脚；(2)三相电流检测的连接关系如下电流互感器LA的一端接电阻RCTA的一端和电阻REl的一端，电阻REl的另一端接电阻RE6的一端和集成电路U14C的第10脚，电流互感器LA的另一端和电阻RCTA的另一端以及电阻RE6的另一端接地，集成电路U14C的第9 脚接集成电路U14C的第8脚和集成电路U5的第5脚，同理两个电流互感器LB和LC的连接关系与以上相同，集成电路U14A的第1脚和集成电路U14B的第7脚分别接集成电路TO 的第2脚和第4脚；集成电路U5的第1脚、第6脚和第13脚接地；集成电路U5的第3脚接集成电路 U14D的第12脚，集成电路U14D的第13脚接集成电路U14D的第14脚，同时接嵌入式微型计算机MCU内部的A/D转换器输入端；嵌入式微型计算机MCU的输出端A、B、C分别接集成电路TO的第11脚、第10脚和第9脚，其目的是选择6个信号之一，经由另外一个射极跟随器U14D送入嵌入式微型计算机MCU的A/D转换器的输入端口。所述的电力电容器的动态自适应保护装置主体控制部分电路连接关系为[0020]控制信号KZ的一端接电阻Rl的一端，电阻Rl另一端接光耦合电路Ul的二极管正极，光耦合电路Ul的二极管负极接控制信号KZ的另一端，光耦合电路Ul的三极管集电极接+5V，光耦合电路Ul的三极管发射极接电阻RE5和电阻RS4的一端，电阻RS4的另外一端和电容Cl的一端接地，电阻RE5的另一端接电容Cl的一端和嵌入式微型计算机MCU的 RA4端，嵌入式微型计算机的VDD端、电容C33、C8和电阻RD9的一端接+5V，电容C33、C8和电阻RD9的另一端接地和接嵌入式微型计算机的MCLR端；按键SET和按键UP的一端接+5V，按键SET和按键UP的另一端分别接电阻RSl和 RS2的一端和嵌入式微型计算机MCU的RBO和RBl端，电阻RSl和RS2的另外一端和嵌入式微型计算机MCU的VSS端接地；嵌入式微型计算机MCU的RB5端接电阻RE5的一端，电阻RE5的另外一端接三极管B9的基极，三极管B9的发射极接地，三极管B9的集电极接二极管DUl和继电器Jl 一端， 二极管DUl和继电器Jl另外一端接+12V，继电器Jl的两个触头控制投切开关K1-K3的通断；嵌入式微型计算机MCU的RB2和RB3端口接电阻RD2和RD4的一端以及铁电存储器的集成电路U3的SCL和SDA脚，电阻RD2、RD4和集成电路U3的VCC脚接+5V，集成电路 U3 的 NC、AO、Al、A2 禾口 GND 脚接地。一种所述的电力电容器的动态自适应保护装置，其特征在于嵌入式微型计算机在上电初始化后，首先调出存储于铁电存储器FRAM中的保护阀值数据，然后，查看有没有投切指令，如果没有，则切除电力电容；如果有，则检测电压看当前是否过电压并且超时，有过电压且超时则切除电力电容器；没有过电压且超时则投入电力电容，同时检测三相电压和三相电流，经过前面叙述的软件滤波过程之后，检查是否需要调整保护阀值；如果需要调整，新的保护阀值存入FRAM存储器；之后，先进行欠流判断的环节；如果欠流立即切除电力电容器；再进行过流判断的环节；如果过流而且超时则切除电力电容器；然后返回到有无投切指令的判断环节，如此循环。所述的保护阀值是这样确定的通过基本的电工学公式，计算出当前被保护电容器的衰老程度，进而确定该电容器的当前保护阀值；计算电容器衰老程度的方法是1)按照以下公式计算出电容器的当前电容量Qc
权利要求1.一种电力电容器的动态自适应保护装置，包括实时测量并监控被保护电容器的三相工作电压和三相工作电流的嵌入式微型计算机MCU (3)，其特征在于由三个电流互感器(CT)和三个电压互感器(PT)接入到多路选择器(1)的输入端，多路选择器⑴的输出端接入到嵌入式微型计算机MCU(3)内部的A/D转换器⑵的输入端， 将取得的六个输入模拟电流信号和电压信号通过路选择器(1)选择其中之一送入嵌入式微型计算机MCU(3)内部的A/D转换器( 转换为数字信号；嵌入式微型计算机MCU (3)的输出三根控制线接入到多路选择器(1)的控制端；由外部控制信号KZ输入的控制端接入到嵌入式微型计算机的输入端，以决定当前控制指令是要求投入还是切除电力电容；由参数设置键(7)接入到嵌入式微型计算机的输入端，将被保护电力电容的原始参数输入到嵌入式微型计算机中或通过参数设置键(7)改变当前的显示三相电压值、三相电流值或者保护阀值；嵌入式微型计算机MCU(3)的输出端通过控制继电器(5)接入到控制投切开关(K1K3)， 嵌入式微型计算机通过对于相关数据的采集、分析和判断之后，输出控制信号通过控制继电器(5)隔离后控制投切开关(K1-K3)，实现对电力电容器(C1-C3)的保护；嵌入式微型计算机的另一输出端接入到显示装置；嵌入式微型计算机的输出输入端接入具有无限次存储功能的铁电存储器(6)。
2.根据权利要求1所述的电力电容器的动态自适应保护装置，其特征在于所述的“由三个电流互感器(CT)和三个电压互感器(PT)接入到多路选择器(1)的输入端以及多路选择器(1)的输出端接入到嵌入式微型计算机内部的A/D转换器O)的输入端”，组成了对于电压和电流模拟量输入信号检测部分，具体电路连接关系如下(1)、三相电压检测的连接关系如下由三个电阻R4、R2和R3组成Y型电阻分压器取得电压信号UA，电压信号UA接电阻R4的一端，电阻R4的另外一端接电阻R2的一端，电阻 R2的另一端接电阻R3的一端和集成电路US2B的第5脚，电阻R3的另一端接地，集成电路 US2B的第6脚接集成电路US2B的第7脚和集成电路U5的第14脚；同理另外两个电压信号UB和UC的连接关系与以上相同，分别由电阻R5、R6和R7组成 Y型电阻分压器，电压信号UB接电阻R5的一端，电阻R5通过电阻R6连接集成电路US5B的第5脚，电阻R7的一端接电阻R6另一端接地，集成电路US5B的第6脚接集成电路US5B的第7脚和集成电路U5的第15脚；分别由电阻R8、R9和RlO组成Y型电阻分压器，电压信号 UC接电阻R8的一端，电阻R8通过电阻R9连接集成电路US5A的第3脚，电阻RlO的一端接电阻R9另一端接地，集成电路US5A的第2脚接集成电路US5A的第1脚和集成电路U5的第12脚；(2)、三相电流检测的连接关系如下电流互感器LA的一端接电阻RCTA的一端和电阻 REl的一端，电阻REl的另一端接电阻RE6的一端和集成电路U14C的第10脚，电流互感器 LA的另一端和电阻RCTA的另一端以及电阻RE6的另一端接地，集成电路U14C的第9脚接集成电路U14C的第8脚和集成电路U5的第5脚，同理两个电流互感器LB和LC的连接关系与以上相同，集成电路U14A的第1脚和集成电路U14B的第7脚分别接集成电路TO的第 2脚和第4脚；集成电路U5的第1脚、第6脚和第13脚接地；集成电路TO的第3脚接集成电路U14D 的第12脚，集成电路U14D的第13脚接集成电路U14D的第14脚，同时接嵌入式微型计算机MCU(3)内部的A/D转换器⑵输入端；嵌入式微型计算机MCU(3)的输出端A、B、C分别接集成电路U5的第11脚、第10脚和第9脚，其目的是选择6个信号之一，经由另外一个射极跟随器U14D送入嵌入式微型计算机MCU (3)的A/D转换器的输入端口。
3.根据权利要求1所述的电力电容器的动态自适应保护装置，其特征在于所述的电力电容器的动态自适应保护装置主体控制部分的电路连接关系如下控制信号KZ的一端接电阻Rl的一端，电阻Rl另一端接光耦合电路Ul的二极管正极， 光耦合电路Ul的二极管负极接控制信号KZ的另一端，光耦合电路Ul的三极管集电极接 +5V，光耦合电路Ul的三极管发射极接电阻RE5和电阻RS4的一端，电阻RS4的另外一端和电容Cl的一端接地，电阻RE5的另一端接电容Cl的一端和嵌入式微型计算机MCU(3)的 RA4端，嵌入式微型计算机的VDD端、电容C33、C8和电阻RD9的一端接+5V，电容C33、C8和电阻RD9的另一端接地和接嵌入式微型计算机的MCLR端；按键SET和按键UP的一端接+5V，按键SET和按键UP的另一端分别接电阻RSl和RS2 的一端和嵌入式微型计算机MCU的RBO和RBl端，电阻RSl和RS2的另外一端和嵌入式微型计算机MCU的VSS端接地；嵌入式微型计算机MCU的RB5端接电阻RE5的一端，电阻RE5的另外一端接三极管B9 的基极，三极管B9的发射极接地，三极管B9的集电极接二极管DUl和继电器Jl 一端，二极管DUl和继电器Jl另外一端接+12V，继电器Jl的两个触头控制投切开关(K1-K3)的通断； 嵌入式微型计算机MCU的RB2和RB3端口接电阻RD2和RD4的一端以及铁电存储器 (6)的集成电路U3的SCL和SDA脚，电阻RD2、RD4和集成电路U3的VCC脚接+5V，集成电路U3的NC、AO、Al、A2和GND脚接地。
专利摘要本实用新型涉及一种电力电容器的动态自适应保护装置，由三个电流互感器和三个电压互感器接到多路选择器，多路选择器接到嵌入式微型计算机A/D转换器，嵌入式微型计算机输出三根控制线接到多路选择器；由参数设置键接到嵌入式微型计算机，嵌入式微型计算机通过控制继电器接到控制投切开关K1-K3，嵌入式微型计算机输出控制信号控制投切开关，实现对电力电容器保护，嵌入式微型计算机接到显示装置和接入具有无限次存储功能的铁电存储器，不仅保护电力电容器，也显著延长电力电容器的使用寿命。
文档编号H02H7/16GK202103412SQ201120056480
公开日2012年1月4日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者刘学宝, 林在荣 申请人:郑州鼎慧中贝机电设备有限公司