智能低压电力电容器的制作方法

本发明涉及电力设备技术领域，确切的说电力电容器。

背景技术：

智能电容器是一种集成现代测控、电力电子、网络通讯、自动化控制、电力电容器等先进技术为一体的智能无功补偿装置，具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，价格更廉使用更加灵活，维护更加方便，使用寿命更长，可靠性更高的特点。改变了传统无功补偿装置落后的控制器技术及落后的机械式投切或机电一体化开关作为投切电容器的投切技术。

市场上现有的各厂家的智能电容器技术上或多或少都还有不完善的地方：如保护功能不完善：没有温度保护；各单体电容器没有自己的谐波保护；没有电流保护；以上这些缺陷会造成电容器烧毁损坏。通讯采用传统的485总线通讯慢、效率低。

技术实现要素：

本发明发明目的：为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种具备自身谐波、电压、电流保护，保护功能完善的智能低压电力电容器，具有结构紧凑的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种智能低压电力电容器，包括内设电容芯子的电容器本体以及设于电容器本体顶部的控制装置，控制装置包括断路器，用于采集相线上的电压、电流信号的电压电流信号采集电路，用于切断或连接断路器和电容器芯子的投切机构，以及单片机；

所述单片机包括与电压电流信号采集电路连接的信号滤波整形电路，

与信号滤波整形电路连接的A/D转换单元，用于将输入的信号转换为数字信号，

与A/D转换单元连接的无功补偿控制单元，无功补偿控制单元根据A/D转换单元输入的信号进行无功分析以发出无功补偿投切命令，

与信号滤波整形电路连接的过零捕捉电路，用于将输入的正弦波信号转换为方波信号并捕捉过零点输出过零信号，

以及过零投切控制单元，基于无功补偿控制单元的无功补偿投切命令，并在获得检测过零捕捉电路的过零信号时输出对应的过零投切驱动信号；

所述投切机构根据投切驱动信号对应切断或连接断路器和电容器芯子，其特征在于：所述的无功补偿控制单元为逻辑保护计算单元，

逻辑保护计算单元包括逻辑运算模块，用于计算电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素以及谐波量；

存储模块，存储有最大电压阀值、临界电压阀值、电流阀值、功率因数上限阀值、功率因数下限阀值和谐波量阀值；

以及比较模块，比较逻辑运算模块计算获得的电压值达到临界电压阀值或超过最大电压阀值时，向过零投切控制单元输出电容芯子切除控制信号；比较逻辑运算模块计算获得的电流值超出电流阀值时，向过零投切控制单元输出电容芯子切除控制信号；比较逻辑运算模块计算获得的谐波量超过谐波量阀值时向过零投切控制单元输出电容芯子切除控制信号；过零投切控制单元基于电容芯子切除控制信号向投切机构输出电容芯子切除驱动信号从而切除电容器芯子实现电容芯子的过压、过流和谐波保护；

所述无功补偿投切命令包括所述比较模块比较逻辑运算模块计算获得的功率因数大于预先存储的功率因数上限阀值，则向过零投切控制单元发出切除电容器芯子的无功切除命令，以及当计算的功率因数小于预先存储的功率因数下限阀值，则向过零投切控制单元发出投入电容器芯子的无功投入命令；

所述过零投切控制单元基于无功补偿投切命令并检测获得检测过零捕捉电路的过零信号时输出对应的过零投切驱动信号，达到电容器的过零投切实现无功补偿。

进一步设置为：所述过零投切控制单元还具有用于延时输出过零投切驱动信号的延时电路，延时电路确定的过零投切驱动信号输出时间T3=过零信号获得时刻T0+过零信号周期T1-投切机构的投切动作时间T2。

进一步设置为：所述单片机还包括有温度测量电路，在电容器本体内设有温度传感器，温度传感器与温度测量电路连接实现电容器本体内温度监测，温度测量电路与A/D转换单元连接实现温度信号处理转换为数字信号，所述单片机的存储模块内还存储有温度阀值，逻辑保护计算单元的比较模块还具有将温度测量电路测量的温度值与温度阀值比较，在温度测量电路测量所得的温度值达到温度阀值时向过零投切控制单元输出电容器芯子切除控制信号，过零投切控制单元根据电容器芯子切除控制信号向投切机构输出电容芯子切除驱动信号，从而实现电容芯子的温度保护。

进一步设置为：所述投切机构包括磁保持继电器以及用于控制磁保持继电器的投切驱动电路，投切驱动电路为全桥驱动电路。

进一步设置为：所述逻辑保护计算单元为采用傅里叶算法的傅里叶算法单元。

进一步设置为：所述单片机上还设有用于通讯组网的CAN通讯接口。

进一步设置为：所述断路器架设于电容器本体顶部，断路器下方形成安装空间，集成有电压电流信号采集电路的信号采集集成电路板设于断路器下方的安装空间内，所述电容器本体顶部还架设有信号转接电路板，信号转接电路板与断路器沿着电容器本体顶部长度方向排布，所述投切机构为磁保持继电器和用于控制磁保持继电器的投切驱动电路集成形的过零投切模块，过零投切模块和单片机焊接于信号转接电路板上，所述信号转接电路板与信号采集集成电路板独立设置并经信号线连接，所述单片机、过零投切模块和信号采集集成电路板经信号转接电路板通讯连接。

进一步设置为：所述电容器本体的顶部设有供给断路器安装的第一安装柱以及供信号采集集成电路板安装的第二安装柱，第二安装柱低于第一安装柱，断路器架设于第一安装柱上，并在断路器下方形成所述安装空间，所述信号采集集成电路板设于安装空间内并固定安装在第二安装支柱上。

进一步设置为：所述电容器本体顶部设有供信号转接电路板安装的第三安装柱，信号转接电路板架设于第三安装柱上，并在信号转接电路板下方形成装配空间，电容器本体顶部上的接线端子设于所述装配空间内。

本发明具有如下有益效果：采用过零检测实现过零投切控制，不会产生涌流，过零投切采用延时控制，达到更为精确的控制；采用逻辑保护计算单元和过零投切控制单元实现过流、过压、欠压以及谐波保护以及电网无功补偿时的电容器投切控制，具有结构紧凑，工作可靠的优点，同时对电容器本体内的温度进行监测，达到温度保护功能，使得电力电容器具有完善的保护功能，保证电力电容器工作可靠；采用CAN总线实现电力电容器间组网通讯，具有通讯速率高，抗干扰能力强；另外，电力电容器的控制装置的结构设计合理，布局整洁紧凑，便于拆装维护，一定程度上减少内部信号之间干扰，保证控制装置工作稳定可靠。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例智能低压电力电容器原理图；

图2为本发明具体实施例逻辑保护计算单元原理框图；

图3为本发明具体实施例过零投切控制单元过零投切原理框图；

图4为本发明具体实施例智能低压电力电容器结构示意图。

具体实施方式

参见附图1至附图3，本发明公开的一种智能低压电力电容器，包括内设电容芯子11的电容器本体1以及设于电容器本体1顶部的控制装置，电容器本体1包括壳体12、设于壳体12内的电容芯子11以及盖于壳体12顶端口部的顶盖13，顶盖13上设有接线端子（图中被绝缘罩罩住，未显示），所述控制装置包括断路器2，用于采集相线上的电压、电流信号的电压电流信号采集电路，用于切断或连接断路器2和电容器芯子11的投切机构，以及单片机4；电压电流信号采集电路包括电流互感器31、电压互感器和信号采集集成电路板32，信号采集集成电路板32与电流互感器31、电压互感器连接，实现将电网的电流、电压信号转换为低压信号（通常为5V以内）输出；本具体实施例中投切机构包括磁保持继电器以及用于控制磁保持继电器的投切驱动电路，投切驱动电路优选为全桥驱动电路，如采用DMOS结构的驱动芯片DRV8800来实现，其输出电压范围在8V~36V，驱动电流高达2800mA，单个芯片即可实现驱动，更加简单可靠，适用范围广；

所述单片机包括与电压电流信号采集电路连接的信号滤波整形电路，实现对电压电流信号采集电路输出的模拟信号做滤波、放大等抗干扰处理，

与信号滤波整形电路连接的过零捕捉电路，过零捕捉电路获取信号滤波整形电路输出的电压信号，用于将输入的正弦波信号转换为方波信号并捕捉过零点输出过零信号，

与信号滤波整形电路连接的A/D转换单元，信号滤波整形电路的电流、电压信号同时经A/D转换单元转换为数字信号，

与A/D转换单元连接的无功补偿控制单元，无功补偿控制单元根据A/D转换单元输入的信号进行无功分析以发出无功补偿投切命令，

以及过零投切控制单元，基于无功补偿控制单元的无功补偿投切命令，并在获得检测过零捕捉电路的过零信号时输出对应的过零投切驱动信号；

所述投切机构根据投切驱动信号切断或连接断路器2和电容器芯子11，从而达到过零投切实现无功补偿；

其中，无功补偿控制单元采用逻辑保护计算单元；

逻辑保护计算单元包括逻辑运算模块、存储模块和比较模块，

所述逻辑运算模块用于计算电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素以及谐波量；

所述存储模块，用于存储最大电压阀值、临界电压阀值、电流阀值、功率因数上限阀值、功率因数下限阀值和谐波量阀值，为便于使用，在电力电容器上还设有按键操作模块和液晶显示模块，通过按键操作模块可设定存储模块内的相应预设值（最大电压阀值、临界电压阀值、电流阀值、功率因数上限阀值、功率因数下限阀值和谐波量阀值）；

所述比较模块，用于将逻辑运算模块的检测分析获得的计算值与存储模块内的预设值进行比较；比较逻辑运算模块计算获得的电压值达到临界电压阀值或超过最大电压阀值时，向过零投切控制单元输出电容芯子切除控制信号；比较逻辑运算模块计算获得的电流值超出电流阀值时，向过零投切控制单元输出电容芯子切除控制信号；比较逻辑运算模块计算获得的谐波量超过谐波量阀值时向过零投切控制单元输出电容芯子切除控制信号；过零投切控制单元基于电容芯子切除控制信号向投切机构输出电容芯子切除驱动信号从而切除电容器芯子实现电容芯子的过压、过流和谐波保护；

另外，比较逻辑运算模块计算获得的功率因数大于预先存储的功率因数上限阀值，则向过零投切控制单元发出切除电容器芯子的无功切除命令，以及当计算的功率因数小于预先存储的功率因数下限阀值，则向过零投切控制单元发出投入电容器芯子的无功投入命令，从而构成无功补偿投切命令进行相应的无功补偿投切控制；所述过零投切控制单元基于无功补偿投切命令并检测获得检测过零捕捉电路的过零信号时输出对应的过零投切驱动信号，达到电容器的过零投切实现无功补偿（即在过零投切控制单元获得无功投入命令时基于过零信号向投切机构输出过零投入驱动信号，在过零投切控制单元获得无功切除命令时基于过零信号向投切机构输出过零切除驱动信号，达到电容器芯子的切断和连接控制），其中，逻辑保护计算单元为采用傅里叶算法的傅里叶算法单元，分析1~20次的谐波量。

另外，所述单片机还包括有温度测量电路，在电容器本体1内设有温度传感器5，温度传感器5可采用NTC器件，温度传感器与温度测量电路连接实现电容器本体内温度监测，温度测量电路将采集的温度信息转变为小电压信号（通常为5V以内）并输出，温度测量电路与A/D转换单元连接实现温度信号处理转换为数字信号，所述单片机的存储模块内还存储有温度阀值，逻辑保护计算单元的比较模块还具有将温度测量电路测量的温度值与温度阀值比较，在温度测量电路测量所得的温度值达到温度阀值时向过零投切控制单元输出电容器芯子切除控制信号，过零投切控制单元根据电容器芯子切除控制信号向投切机构输出电容芯子切除驱动信号，从而实现电容芯子的温度保护。

为达到更为精确的过零投切控制，所述过零投切控制单元还具有用于延时输出过零投切驱动信号的延时电路，延时电路确定的过零投切驱动信号输出时间T3=过零信号获得时刻T0+过零信号周期T1-投切机构的投切动作时间T2。过零投切具有更精确和可靠。

本具体实施例中，所述单片机上还设有用于通讯组网的CAN通讯接口。不仅便于多个智能电容器组网以形成无功补偿系统，而且提高了无功补偿系统的工作效率。

另外，本发明创造的电力电容器对电网的补偿可实现单独分补、单独共补以及分补和共补组合的混合补偿。

为使得控制装置在硬件布局结构上更佳，本具体实施例中采用，如附图2（为更好的指示出本发明创造结构上的改进，其中接线和各电路板的元器件形成的功能电路根据上述介绍，本技术人员能够实现本发明创造，因此对各电路板上元器件和连接线省略）所示：所述断路器2架设于电容器本体1顶部，断路器2下方形成安装空间，集成有电压电流信号采集电路的信号采集集成电路板32设于断路器2下方的安装空间内，所述电容器本体1顶部还架设有信号转接电路板6，信号转接电路板6与断路器2沿着电容器本体1顶部长度方向排布，所述投切机构为磁保持继电器和用于控制磁保持继电器的投切驱动电路集成形的过零投切模块7，过零投切模块7和单片机4焊接于信号转接电路板6上，所述信号转接电路板6与信号采集集成电路板32独立设置并经信号线（图中信号线省略）连接，所述单片机4、过零投切模块7和信号采集集成电路板32经信号转接电路板6通讯连接。

将控制装置在硬件上各部分整合设置，采用断路器2和信号采集集成电路板32呈纵向排布设置，信号转接电路板6与断路器2沿电容器本体1顶部长度方向排布，信号转接电路板6和信号采集集成电路板32为独立的两块板设计通过信号线进行通讯连接，设置信号转接电路板6，方便过零投切模块7和单片机4固定安装，且信号转接电路板6完成相应各部分的通讯连接，实现信号的转接功能；从而使得智能电力电容器整体结构布置整洁紧凑，便于装配；而且信号采集电路将输入的高压信号转换成低压信号经信号线、信号转接电路板给到单片机，单片机经信号转接电路板对过零投切模块输出相应控制信号，实现高低压信号一定程度上的分开设置，使得智能电力电容器工作稳定可靠。信号转接电路板上电路为供给信号连通的一般线路，其所起作用为信号导通。

本具体实施例中，所述电容器本体1的顶部设有供给断路器2安装的第一安装柱81以及供信号采集集成电路板32安装的第二安装柱82，第二安装柱82低于第一安装柱81，断路器2架设于第一安装柱81上，并在断路器2下方形成所述安装空间，所述信号采集集成电路板32设于安装空间内并固定安装在第二安装支柱82上。采用支柱安装，断路器和信号采集集成电路板的安装固定结构简单。第二安装柱上设有沿轴向延伸的螺钉孔，信号采集集成电路板架设在第二安装柱上并将螺钉锁入螺钉孔内达到将信号采集集成电路板锁固在第二安装柱上。

所述电容器本体1顶部设有供信号转接电路板6安装的第三安装柱83，在电容器本体1的顶盖上设有两排第三安装柱83，每排第三安装柱83中具有3根，每排第三安装柱83中各根第三安装柱沿着长度方向排布，第三安装柱83顶部设有螺纹孔，信号转接电路板6经锁紧螺钉锁固在第三安装柱顶部，信号转接电路板6架设于第三安装柱83上，并在信号转接电路板下方形成装配空间，电容器本体1顶部上的接线端子设于所述装配空间内。该结构设置下，信号转接电路板的安装结构简单，而且架空设计，便于穿线和散热。

另外，在所述电容器本体1顶部的接线端子上罩设有与接线端子一一对应的绝缘罩14，绝缘罩14固定安装在电容器本体1的顶盖上，绝缘罩14侧壁上开设有供电源线穿过的穿线窗孔141。实现对接线端子的保护，以及提高安全性。穿线窗孔优先开设在绝缘罩朝向电容器本体顶盖的长度方向的侧壁上，实现内侧布线，整体更为整洁。