静止式无功功率自动补偿装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出了一种静止式无功功率自动补偿装置，适合容量在４００ＫＶＡ～２５００ＫＶＡ，电压为３８０Ｖ、６６０Ｖ、１１４０Ｖ，频率为５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、４００Ｈｚ的工矿企业及飞行器等耗电量大而功率因素低的电力用户使用。本装置的特点是直接检测感性负荷的无功电流峰值，每个周波对每相电流检测和补偿一次，使补偿电流快速跟随负荷的无功电流变化，响应时间≤２０毫秒；另外还采用了补偿电容予偏置和控制无触点开关触发时间的办法确保补偿电容投入切出不出现尖峰脉冲电流。（*该技术在1999年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术属于一种电力系统无功功率自动补偿装置，用于改善电力用户的负荷功率因数，适合于容量在400KVA－2500KVA、电压为380V、660V、1140V，频率为50HZ、60HZ、400HZ的工矿企业、宾馆饭店以及飞行器等耗电量大而功率因数低的电力用户使用。现在的无功功率自动补偿方法有两类。第一种类型的无功功率自动补偿方法是基于积算仪表的测量原理，测量一段给定时间(例如10秒、20秒、1分钟或3分钟)内的平均功率因数，从而决定下一个测量周期应投入的补偿电容。但这类装置的响应速度不能满足一些实际工作的需要，并且由于这类装置的执行机构是机电式接触器，补偿电容用接触器投入，不可避免地会出现尖峰脉冲电流，尖峰脉冲电流幅度往往是电容额定电流峰值的若干倍，这种脉冲性质的电流不仅对改善功率因数无所贡献，而且还会导致电容器损耗增加，温升增高，寿命降低。这类装置整定的响应速度越快，尖峰脉冲电流频度越高，电容温升越高。因此，除其他原因外，补偿电容发热是制约这类装置响应速度的重要因素。例如，国家定型的BJ(F)－3Z自动控制静电电容补偿装置最快的响应速度是10秒，陕西省渭南电子仪器研究所的COSφ－4型自动功率因数补偿器最小一级电容的响应速度最快为3秒，即便如此，该装置对感应电机启动过程吸收最大无功功率的最初一、两秒是无能为力的。天津电气传动设计研究所研制的PGJ－10型自动功率因数调节器，为了保持较高的响应速度又要避免补偿电容过热，设置了备份电容器，备份电容与在线电容交替使用，但由于PGJ－10型装置的执行机构仍然是接触器，所以其响应速度不会超过接触器允许的每小时数百次，即响应速度不会小于数秒。这类装置的另一个缺点也是由于执行机构是机电式接触器，从而电容投入不可避免地对电网产生尖峰脉冲电流，使电网波形恶化。第二类型的无功功率自动补偿方法是把测得的三相电压和三相电流的采样值输入计算机，计算出一个测量周期内的平均无功功率，据此决定下一个测量周期应投入的补偿电容量。这种装置的缺点是装置复杂、成本高，响应速度也只能达到40毫秒左右。本技术的目的是设计一种响应速度快、检测方法简单，补偿电容投入切出无尖峰脉冲，并采用半导体无触点开关作为投切补偿电容执行机构的无功功率自动补偿装置。本技术的设计思想是(1)直接检测感性负荷无功电流峰值。感性负荷电流可以看成是一个与相应电压同相位的有功电流分量和一个比相应电压滞后90°的无功电流分量之和。从时间座标上看，当相应的电压即时值为零时，有功电流分量即时值亦为零，而无功电流即时值恰逢峰值，就是说相应电压过零时刻所检测到的感性负荷电流即时值恰好是其无功电流分量的峰值。(2)被检测到的某相无功电流峰值被用作投入补偿电容的依据。由于预先适当的标定，投入的补偿电容提供的补偿电流的峰值恰好等于被检测到的该相负荷无功电流峰值，即负荷得到了完全的补偿。(3)保证补偿电容投入切出没有尖峰脉冲电流的两个措施一是补偿电容预先偏置在电网电压的正峰值或负峰值上；二是无触点开关在电网电压正峰值触发导通(如果补偿电容是正峰值予偏置)，或者无触点开关在电网电压负峰值触发导通(如果补偿电容是负峰值予偏置的)。保证无触点开关是零电压零电流启通或关断，这样补偿电容中就不会有尖峰脉冲电流出现。本技术的设计方案是该装置由计量单元、继电控制单元、吸收电路、补偿电容三相电流显示、固定补偿电容单元、触发脉冲放大电路、时钟信号发生器、模数转换和锁存单元、开关电容器组、系统启停联锁电路和Y－△转换电路组成的。首先分别测量被补偿变压器次级或被补偿供电母线的三个线电流，并将测得电流转变成正比的三个电压值，经放大后通过多路开关送进模数转换器，转换成三组K位二进制数码，再输入无功电流锁存器，取各相电压过零时刻锁存的各相电流即时值作为各相使能信号，分别选择触发各相补偿电容的K个无触点开关，向变压器三相次级分别投入补偿电容，补偿电容按K级二进权设置，最小电容C0提供的无功电流相应于锁存二进制数码的单位值1。利用时钟信号发生器产生十二个依次间隔十二分之一周期的方波信号，方波脉冲前沿分别相应于某个相电压或某个线电压的过零时刻，用对应相时钟方波的上升沿或下降沿更新无功电流锁存器的内容，补偿电容予先偏置在对应相电压的正峰值(或负峰值)，用正峰值(或负峰值)时刻对应的时钟方波的上升沿触发该相补偿电容的无触点开关，保证半导体无触点开关在零电压和零电流条件下启通或关断。 附图说明如下图1静止式无功功率自动补偿装置的原理方框图。图2A开关电容接线方式1。图2B开关电容接线方式2。图3A半导体无触点开关方案1。图3B半导体无触点开关方案2。图4开关电容选择触发一个周期的波形图。图5时钟信号波形。图6A静止式无功功率自动补偿装置Y0接线不对称补偿时序逻辑。图6B静止式无功功率自动补偿装置△接线对称补偿时序逻辑。图7A测量三个线电流的测量单元。图7B测量一个线电流的测量单元。图8模数转换框图。图9A测量三个线电流的无功电流检测锁存单元的框图。图9B测量一个线电流的无功电流检测锁存单元的框图。图10选择触发电路框图。图11时钟信号发生器框图。图12电压测压单元框图。图13系统启停联锁电路框图。图14静止式无功功率自动补偿装置电路原理图(由A11、A12、A13、A14、A21、A22、A23、A24、A31、A32、A33、A34共十二张小图按三行四排列组合成一张完整电路图)。图15、Y－△转换装置电路原理图。(由B11、B12、B21、B22共四张小图按两行两列排列组合而成)。结合图1说明本技术的系统方框图方框7是开关补偿电容器组，补偿电容器通过半导体无触点开关接到待补偿的电力变压器次级负荷侧，开关电容器组有若干级，每一级开关电容接线方式有两种，如图2(A、B)所示，最小一级的一相电容值记为C0，比C0大一级的电容值计为C1，依次是C2、C3......而且各级每相电容值有如下关系C0＝C1／2、C2＝C3／2，……这样用K级开关可以得到2的K次方种不同数值的电容组合0，C0，2C0，4C0，8C0，…2K－1·C0，由于模数转换电阻梯级电路的特殊设置，系统的分辨能力即需要投入的电容值和实际投入的电容值之间的差距不大于C0／2，图3(A、B)为半导体无触点开关，它可以是两只同容量晶闸管反并联也可以是一只晶闸管和一只同容量的二极管反并联。方框2是电流测量单元，分别测量三个线电流，输出电压与被检测电流成正比，该单元的三个输出电压(相应于三个线电流)通过多路开关送到模数转换器(方框9)，如果负荷性质是三相对称的，本技术的方框2可以简化，只测量一个线电流，该被测电流转换成正比的输出电压并送到模数转换器，图7(A、B)分别为测量三个线电流和一个线电流测量单元结构图。方框9是模数转换单元，它把方框2输出信号在整定的范围内变成正比的二进制数码。方框9输出二进制数码的位数K要与系统开关电容的级数吻合。图1中的方框10是无功电流检测锁存单元由系统时钟脉冲使能信号保证锁存的是无功电流值(二进制数码)，图9A是不对称负荷情况下无功电流检测锁存单元的结构图。图9B是对称负荷情况下无功电流检测锁存单元的结构图。如果负荷性质是对称的，无论补偿电容是Y0或△接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括计量单元，继电控制单元、吸收电路、补偿电容三相电流显示、固定补偿电容单元、触发脉冲放大电路的静止式无功功率自动补偿装置，其特征在于：（１）具有无功电流峰值的模数转换和锁存单元，该单元由三只特殊变比（变比范围１０００∶１～１０００ ０∶１按补偿系统容量选择）的电流互感器ＬＡ↓［３］、ＬＢ↓［３］和ＬＣ↓［３］分别测量被补偿变压器负荷侧Ａ，Ｂ和Ｃ三相负荷总电流，ＬＡ↓［３］、ＬＢ↓［３］和ＬＣ↓［３］次级绕组分别跨接电阻Ｒ↓［ｓａ］、Ｒ↓［ｓｂ］和Ｒ↓［ｓｃ］把测得的电流信号转变成同频率正比例的电压信号，这三个电压信号分别经联锁继电器ＺＪ↓［１］三个触点（１７－１８，５７－５８，６７－６８）接到增益可调的运算放大器ＡＭＰ↓［ａ］、ＡＭＰ↓［ｂ］、ＡＭＰ↓［ｃ］的倒相输入端，运算放大器的输出分别经过多路开关ＭＰＸ的三个通道接到比较器ＣＰ↓［ｉ］（ｉ＝１，２……２↑［ｋ］－１）的非倒相输入端，ＣＰｉ（ｉ＝１，２，……２↑［ｋ］－１）的倒相输入端分别接到电阻Ｒｉ（ｉ＝０，１，２……２↑［ｋ］－１）组成的门槛梯级电路，比较器ＣＰｉ（ｉ＝１，２，……２↑［ｋ］－１）输出逻辑信号送到Ｋ位二进优先编码器Ｋ－１个高位输入端，Ｋ位二进优先编码器可以用２↑［ｋ－３］片三位优先编码器ＭＣ１４５３２串级和（Ｋ－１）个或门ＯＲ↓［１］，ＯＲ↑［２］……ＯＲ↓［ｋ－１］组成，上述每个或门应有Ｋ－２个输入端，Ｋ位二进优先编码器的Ｋ个输出作为无功电流峰值锁存器ＬＱ↓［ａ］、ＬＱ↓［ｂ］和ＬＱ↓［ｃ］的并行数据输入，上述三个锁存器的输出（共３Ｋ个）进入Ｙ－Δ转换单元；其Ｒ↓［２］↑［Ｋ］－１一端接到Ｃ↓［１７］和Ｒ↓［ＴＨ］，Ｃ↓［１７］另 一端接地，Ｒ↓［ＴＨ］另一端接到电位器Ｐ↓［ＴＨ］，Ｐ↓［ＴＨ］滑触端与另一固定点相连接到二极管Ｄ↓［１］～Ｄ↓［６］组成的三相全波整流电路的输出端，整流电路输入是ＴＢ↓［１］～ＴＢ↓［３］的次级绕组ａｂ↓［７］－ａｂ＇↓［７］、ｂｃ↓［７］－ｂｃ＇↓［７］和ｃａ↓［７］－ｃａ＇↓［７］的电压，从而对模数转换的门坎值作相应的修正；如果补偿电容是Δ接线方式但补偿行为是不对称方式的话，Ｙ－Δ转换单元的三个锁存器ＬＱ↓［ａｂ］、ＬＱ↓［ｂｃ］和ＬＱ↓［ｃａ］（每锁存器有Ｋ个输出 ）的输出依次分别作ＡＢ、ＢＣ和ＣＡ相每相Ｋ路补偿电容无触点开关触发电路的使能信号，即ＬＱ↓［ａｂ］、ＬＱ↓［ｂｃ］和ＬＱ↓［ｃ...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括计量单元、继电控制单元、吸收电路、补偿电容三相电流显示、固定补偿电容单元、触发脉冲放大电路的静止式无功功率自动补偿装置，其特征在于(1)具有无功电流峰值的模数转换和锁存单元，该单元由三只特殊变比(变比范围1000∶1～10000∶1按补偿系统容量选择)的电流互感器LA3、LB3和LC3分别测量被补偿变压器负荷侧A，B和C三相负荷总电流，LA3、LB3和LC3次级绕组分别跨接电阻Rsa、Rsb和Rsc把测得的电流信号转变成同频率正比例的电压信号，这三个电压信号分别经联锁继电器ZJ1三个触点(17-18，57-58，67-68)接到增益可调的运算放大器AMPa、AMPb、AMPc的倒相输入端，运算放大器的输出分别经过多路开关MPX的三个通道接到比较器CPi(i=1，2，……2k-1)的非倒相输入端，CPi(i=1，2，……2k-1)的倒相输入端分别接到电阻Ri(i=0，1，2……2k-1)组成的门槛梯级电路，比较器CPi(i=1，2，……2k-1)输出逻辑信号送到K位二进优先编码器K-1个高位输入端，K位二进优先编码器可以用2k-3片三位优先编码器MC14532串级和(K-1)个或门OR1，OR2……ORk-1组成，上述每个或门应有K-2个输入端，K位二进优先编码器的K个输出作为无功电流峰值锁存器LQa、LQb和LQc的并行数据输入，上述三个锁存器的输出(共3K个)进入Y-△转换单元；其R2K-1一端接到C17和RTH，C17另一端接地，RTH另一端接到电位器PTH，PTH滑触端与另一固定点相连接到二极管D1～D6组成的三相全波整流电路的输出端，整流电路输入是TB1～TB3的次级绕组ab7-ab′7、bc7-bc′7和ca7-ca′7的电压，从而对模数转换的门坎值作相应的修正；如果补偿电容是△接线方式但补偿行为是不对称方式的话，Y-△转换单元的三个锁存器LQab、LQbc和LQca(每锁存器有K个输出)的输出依次分别作AB、BC和CA相每相K路补偿电容无触点开关触发电路的使能信号，即LQab、LQbc和LQca的输出依次分别为ND1、ND2……NDk，NDk+1……ND2k，ND2l+1……ND3k的一个输入；如果补偿电容是Y0接线方式但补偿行为是不对称方式的话，补偿系统中不需要Y-△转换单元，此时LQa、LQb和LQc的数据输出直接用作A、B和C三相每相K路补偿电容无触点开关触发电路的使能信号，即LQa、LQb和LQc的输出依次分别为ND1，ND2……NDk，NDk+1……ND2k，ND2k+1……ND3k的一个输入；如果补偿方式是对称的，无论补偿电容是△还是Y0接线方式，补偿系统均不需要Y-△转换单元和多路开关，此时特殊变比互感器只用一个，例如只用LA3，而LB3和LC3省略，锁存器LQc省略，LQb的Di(i=0，1，……k-1)输入依次分别接在LQa的Qi(i=0，1，……k-1)输出上，此时LQa的数据输出直接用作A相(或AB相)K路补偿电容无触点开关触发电路的使能信号，即LQa的输出依次分别为ND1，ND2……NDk的一个输入，而LQb的数据输出同时用作B相(或BC相)和C相(或CA相)每相K路补偿电容无触点开关触发电路的使能信号，即LQb的输出依次接到NDk+1，NDk+2……ND2k的一个输入，LQb的输出还依次接到ND2k+1，ND2k+2，……ND3k的一个输入；(2)具有时钟信号发生器，时钟信号发生器由三只变压器TS1～TS3次级绕组出线端信号和分别经滤波电容C11～C16分别依次进入CPa、CPb、CPc、CPab、CPbc和CPca六个方波发生器产生六个方波脉冲依次为-a、-b、-c、-ab、-bc和-ca作为补偿系统控制的六个时钟脉冲，该六个时钟脉冲经六个倒相器派生出另外六个倒相的时钟脉冲依次为a、b、c、ab、bc和ca，时钟脉冲的上升沿和下降沿对应于电网相应电压(相电压或线电压)的过零时刻，时钟脉冲信号对-ab和-ca，-bc和-ab，-ca和-bc分别用来控制多路开关MPX的三个通道的通断，时钟脉冲信号对-ab和a、-bc和b、-ca和c分别用来控制锁存器LQa、LQb和LQc，时钟脉冲信号对-ab和a，-bc和b，-ca和c还用来控制联锁D触发器INTa，INTb，INTc；如果补偿电容是△接线的，那么时钟脉冲信号c、a和b用来控制无触点开关触发信号前沿、控制或非门NOR5、NOR7和NOR9；如果补偿电容是Y0接线的，那么时钟脉冲信号bc、ca、ab用来控制无触点开关触发信号前沿、控制或非门NOR5、NOR7和NOR9；(3)开关电容器组是三相K级，即每相开关电容有K路，K路电容值关系按二进权设置，即C0，2C0，4C0，……2k-1C0，最小电容C0接入电网能提供的无功电流的峰值等于作无触点开关触发电路使能信号的锁存器输出码是单位值1相应的电流值，每路有一个无触点开关控制该路补偿电容，由无触点开关使能信号决定该路补偿电容是否投入补偿作用；每路补偿电容自进线自动开关10C的该相主触点负荷侧接到该相电源上；每路补偿电容由三部分串联而成(一)快速熔断器RDi；(二)无触点开关Di-Si，其中Di是功率二极管其电流额定值与所控制的补偿电容电流有效值匹配；Si是与Di同电流容量的晶闸管，Di和Si反并联(Di也可以是晶闸管)；(三)补偿电容Ci和并联的放电电阻Ri下标i=a0，a1……ak-1，b0，b1……bk-1，c0，c1……ck-1；(4)具有系统启停联锁，它由较高电压正电源(例如，+12V、+15V等)通过系统继电控制串联触头组(10C的辅助常开触头，ZJ常开触头和JA2的常闭触头)接到二极管D11的阴极与电阻R100的公共端，二极管D11的阳极与R100的公共端接到倒相器INV1的输入端，同时接到由电容C100，C101和电阻R100组成的并联电路的一端，并联电路另一端接地；INV1输出端接到倒相器INV2的输入端，INV2输出端接到K位优先编码器的联锁输入端使补偿作用投入前优先编码器K位输出线均处于高阻状态；INV1的输出端还通过电阻Rft1和电容Cft1组成的并联防干扰电路接到联锁D触发器INTa、INTb和INTc的D输入端；采用联锁D...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴迪生，
申请(专利权)人：西安煤矿机械厂，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]