同步型智能分补电容器的制作方法

本发明属于低压电网无功补偿技术领域，具体涉及一种同步型智能分补电容器。

背景技术：

电网中的电力负荷大部分属于感性负荷，如电动机等。运行过程中功率因数低，线路电流增大，电能损耗增大，另外由于负荷分配不均衡，无功各相也不均衡，这样会造成共补电容器不能补偿或者某相过补偿，另外的相欠补偿，这些都是急需解决的问题。并且随着智能电网的发展，对无功补偿提出更高的技术要求，要求智能电容器和智能监控终端通信，通过远程后台能查看补偿效果及电容状态，同时电网故障，能提示报警，和一些开关设备，计量设备等实现综合监控，并且互不影响，缺相要能实现正常工作，不能影响通信和测量。当前无功补偿领域，分立器件熔断器，投切开关，电容器，以及功率因数控制器，组成补偿系统比较多，系统复杂，接线较多，容易造成故障；主流的智能电容器一般是两相ac供电，当缺a相或者c相时，智能电容器失电，不能工作；另外一些智能电容采用复合开关的模式投切电容器，复合开关中的可控硅成本高，产品良莠不齐，容易造成智能电容器故障；当前采用同步继电器投切的产品，一般都不带继电器时间测量，也不带反馈控制，只是简单的根据继电器拉合闸时间，进行固定补偿，当环境改变是，如继电器拉合闸时间有变，造成投切过零点偏移，发生涌流变大的现象；另外部分产品，单数码管显示，单个投切开关，参数固定，一些特殊场合，不能进行参数调整，来适应现场环境，导致报警不补偿，故而适用性和实用性受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构设置合理且适用性强的同步型智能分补电容器。

实现本发明目的的技术方案是一种同步型智能分补电容器，包括三相四线输入电源和与所述三相四线输入电源相连接的同步投切结构，还包括与所述三相四线输入电源相连接的断相调节电路，与所述断相调节电路相连接的电源电路，所述电源电路的输出端与所述同步投切结构相连接，还设置有与所述三相四线输入电源通过采样电路相连接的信号处理电路，与所述信号处理电路相连接的mcu处理器分补电容器，所述同步投切结构与所述分补电容器相连接，所述mcu处理器的控制端与所述同步投切结构相连接且在所述mcu处理器上还连接有通讯电路、用户交互单元。

所述分补电容器包括三个电容且三个电容成星型设置，三个电容的一端均与n相电连接且三个电容的另一端分别与a相、b相和c相电连接，在所述电容的内部固定有温度探测头，所述温度探测头与所述mcu处理器相连接。

所述同步投切结构包括同步磁保持继电器、断路器和拉合闸时间检测电路，所述拉合闸时间检测电路与所述mcu处理器相连接，在所述断路器上设置有断路器开关温度检测器，所述断路器开关温度检测器与所述mcu处理器相连接。

所述分补电容器的a相和n相各有一个与所述采样电路相连接的穿心电流互感器，还包括与所述mcu处理器相连接的电容过流保护电路、电压过谐波保护电路、电流过谐波保护电路、电容过温保护电路和电容衰减保护电路，所述电容过温保护电路与分补电容器中的电容相连接，所述电流互感器实时测量投入电容电流并通过mcu处理器得到实际电流和额定电流的差距并启动电容过流保护电路或电容衰减保护电路。

所述通讯电路包括两路rs485接口且在rs485接口上设置有通讯指示灯。

所述电源电路包括降压器和整流稳压器，所述整流稳压器的输出电压为直流24v、正负5伏和通讯电路用5伏电压。

所述用户交互单元包括带指示灯及按键的段码液晶片和警示蜂鸣器，用于实现测量参数显示和电容状态显示，并通过按键，对分补电容器进行参数设置进行调节。

所述mcu处理器的主芯片型号为stm8s207rb，驱动同步磁保持继电器的主芯片型号为ry8023。

所述采样电路包括与三相四线输入电源相连接的电压互感器和二次电流互感器，所述电压互感器将高电压信号变成隔离的低电压信号和二次电流互感器的输入电流信号均传输至信号处理电路,经信号处理电路处理后传输至mcu处理器。

断相调节电路是采用跨接电容来实现的，容值为每相2uf-10uf，星形接法，零线接中性点，当a或者c相断电时，经该相的电容和零线形成回路供电，正常工作。本发明具有积极的效果：本发明的结构设置合理，结构简单体积小，方便接线与安装，也有利于进行检修维护与扩容，并且其可以实现断电任何相时电容器都能正常测量和显示，保证了使用稳定性和可靠性，并且其过零点控制精准，有利于降低涌流，同时也方便用户进行交互设计，实现精确的无功补偿，并且实时测量电容器内部温度以及电流，实时异常切除保护，同时可以实时检测电容及断路器开关的温度，在温度过高时会切除电容器，防止发生火灾事故，保证了使用安全性，适用性强且实用性好。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的结构框示意图；

图2为本发明中拉合闸时间检测电路的具体电路图；

图3为本发明中同步投切结构的具体电路图；

图4为本发明中通讯电路的具体电路图。

具体实施方式

（实施例1）

图1至图4显示了本发明的一种具体实施方式，其中图1为本发明的结构框示意图；图2为本发明中拉合闸时间检测电路的具体电路图；图3为本发明中同步投切结构的具体电路图；图4为本发明中通讯电路的具体电路图。

见图1至图4，一种同步型智能分补电容器，包括三相四线输入电源1和与所述三相四线输入电源相连接的同步投切结构2，还包括与所述三相四线输入电源相连接的断相调节电路3，与所述断相调节电路相连接的电源电路4，所述电源电路的输出端与所述同步投切结构相连接，还设置有与所述三相四线输入电源通过采样电路12相连接的信号处理电路5，与所述信号处理电路相连接的mcu处理器6分补电容器7，所述同步投切结构与所述分补电容器相连接，所述mcu处理器的控制端与所述同步投切结构相连接且在所述mcu处理器上还连接有通讯电路8、用户交互单元9。本实施例中，信号处理电路，采用正负5伏供电，以2.5伏为基准，输入的电压电流信号负半周抬高2.5伏，以利于mcu采样，分别采集相电压相电流和功率因数。断相调节电路不增加有功，断任意相，都不影响智能电容的测量显示和通讯，并且断相后该相电压很低，不影响其他设备缺相判断，并且此部分线路，即可以内置在分补电容器里面，也可以外置，应用灵活。mcu处理器全波采样计算出电网参数，根据无功功率的大小和电容的容量，控制同步开关投切，实现精确的无功补偿，并且实时测量电容器内部温度以及电流，实时异常切除保护，同时用户交互部分指示电容状态和工作状态，并根据电网的状况，利用按键来更改设置参数，以适应电网现场的状况；隔离的485通讯，在电容器之间，电容器和控制器之间，自动组网，形成更大容量的补偿系统，另一路485信号备用，可以接入远程监测平台或者ttu智能终端。所述分补电容器7包括三个电容且三个电容成星型设置，三个电容的一端均与n相电连接且三个电容的另一端分别与a相、b相和c相电连接，在所述电容的内部固定有温度探测头10，所述温度探测头与所述mcu处理器相连接。采用三相四线星型接法，可分相补偿，如果三相同时投入，也可共补偿。在电容器内部具有压力开关，故障变形后，会拉断开关，使电容器脱离电网，以免造成事故，另外内部有ntc温度电阻，虽内部温度变化，阻值实时变化，mcu根据阻值，计算温度显示并进行过温保护与恢复。

所述同步投切结构2包括同步磁保持继电器、断路器和拉合闸时间检测电路，所述拉合闸时间检测电路与所述mcu处理器相连接，在所述断路器上设置有断路器开关温度检测器，所述断路器开关温度检测器与所述mcu处理器相连接。实现继电器拉合闸时间的测量，形成自适应反馈控制，保证电压过零点投入，电流过零点切除。

所述分补电容器的a相和n相各有一个与所述采样电路相连接的穿心电流互感器11，还包括与所述mcu处理器相连接的电容过流保护电路、电压过谐波保护电路、电流过谐波保护电路、电容过温保护电路和电容衰减保护电路，所述电容过温保护电路与分补电容器中的电容相连接，所述电流互感器实时测量投入电容电流并通过mcu处理器得到实际电流和额定电流的差距并启动电容过流保护电路或电容衰减保护电路。有多种保护，如电压过谐波，电流过谐波，三相电压不平衡，电容过温，过压，欠压，同步信号丢失等保护，线路a相和零线各有一个电流互感器，实时测量投入电容电流，如果实际电流和额定容量计算的电流差距大，电流异常，过流或者欠流切除电容器，以免发生事故。

所述通讯电路包括两路rs485接口且在rs485接口上设置有通讯指示灯。

所述电源电路包括降压器和整流稳压器，所述整流稳压器的输出电压为直流24v、正负5伏和通讯电路用5伏电压。电源电路为单路输入，三路输出，把交流ac380伏转换为直流24伏，正负5伏和隔离通讯的5伏电源，为了适应缺任意相，智能分补电容能工作，变压器输出电压相对会高，宽电压范围。

所述用户交互单元包括带指示灯及按键的段码液晶片和警示蜂鸣器，用于实现测量参数显示和电容状态显示，并通过按键，对分补电容器进行参数设置进行调节。用户交互部分为段码液晶片加指示灯按键，来实现测量参数显示和电容状态显示，并能通过按键，对分补电容器进行参数设置进行更改，以适应不同的应用场合。可选配蜂鸣器报警，蜂鸣器为直流低功耗间断鸣叫类型，当电容报警或者线路报警时，蜂鸣器鸣叫，报警消失后，停止鸣叫。

所述mcu处理器的主芯片型号为stm8s207rb，驱动同步磁保持继电器的主芯片型号为ry8023。采用stm8s207rb，外置晶振温漂小，更稳定；并且该芯片容量大，功能强，使用灵活，基本满足实际需要。采用集成电路ry8023，功率大，线路简洁可靠。

所述采样电路12包括与三相四线输入电源相连接的电压互感器121和二次电流互感器122，所述电压互感器将高电压信号变成隔离的低电压信号和二次电流互感器的输入电流信号均传输至信号处理电路,经信号处理电路处理后传输至mcu处理器。

断相调节电路是采用跨接电容来实现的，容值为每相2uf-10uf，星形接法，零线接中性点，当a或者c相断电时，经该相的电容和零线形成回路供电，正常工作。断相调节电路，不增加有功，断任意相，都不影响智能电容的测量显示和通讯，并且断相后该相电压很低，不影响其他设备缺相判断，并且此部分线路，即可以内置在分补电容器里面，也可以外置，应用灵活。

本发明的结构设置合理，结构简单体积小，方便接线与安装，也有利于进行检修维护与扩容，并且其可以实现断电任何相时电容器都能正常测量和显示，保证了使用稳定性和可靠性，并且其过零点控制精准，有利于降低涌流，同时也方便用户进行交互设计，实现精确的无功补偿，并且实时测量电容器内部温度以及电流，实时异常切除保护，同时可以实时检测电容及断路器开关的温度，在温度过高时会切除电容器，防止发生火灾事故，保证了使用安全性，适用性强且实用性好。

本实施例中使用的标准零件可以从市场上直接购买，而根据说明书和附图的记载的非标准结构部件，也可以直根据现有的技术常识毫无疑义的加工得到，同时各个零部件的连接方式采用现有技术中成熟的常规手段，而机械、零件及设备均采用现有技术中常规的型号，故在此不再作出具体叙述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。