浅谈智能型低压无功补偿开关的开发设计 
周建民 
林德焱(江汉大学物理与信息工程学院,湖北武汉 430056)摘 要:智能型低压无功补偿开关集合了接触器和晶闸管无功补偿电容器投切开关的优点,具有功耗低、无冲击、无畸变的显著特点。关键词:开关; 无功补偿; 晶闸管中图分类号:TM531.4 文献标识码:B 文章编号:1002 0349(2005)02 0025 04BriefDiscussionontheDevelopmentandDesignofInterlligentLow voltageSwitchforReativeCompensationZHOUJian min,LINDe yan(InstituteofPhysicsandInformationEngineeringofJianghanUniversity,Wuhan430056,China)Abstract:Intelligentlow voltageswitchforreactivecompensation,whichiscombinatedwithcontac torsandtriacs,hasallthemeritsofcontactorsandtriacts.Thisswitchhasprominentfeaturesoflow powerdissipation,noshockandnocurrent distortion.Keywords:Switch; Reactivecompensation; Triacs1 
概述 
用接触器投切无功补偿电容器会产生很大的冲击电流,对电网造成干扰;由于投切补偿电容器瞬间接触器主触头拉弧现象,导致接触器主触头烧损,影响无功补偿装置的正常运行;由于接触器动作速度较慢,且寿命有限,所以不适用于需要快速频繁投切补偿电容器的场合。近些年,晶闸管投切补偿电容器装置(TSC)较好的解决了用接触器投切无功补偿电容器装置存在的问题。由于晶闸管是无触点开关,其使用寿命可以很长,而且晶闸管的投入时刻可以精确控制,能做到快速无冲击的将补偿电容接入电网,大大降低了对电网的冲击,保护了补偿电容器。但晶闸管存在两个主要问题,其一是功耗问题,由于晶闸管导通时有一定压降,所以长时间工作会产生较大有功损耗,产生的热量需用风扇解决通风散热问题;其二是晶闸管的交越失真现象造成电流波形畸变,产生谐波电流。随着人们对低压无功补偿重视程度的提高,低压无功补偿装置在城网、农网、工厂企业的安装数量迅猛增加。因此开发一种兼具接触器开关和TSC优点的投切装置,对提高低压无功补偿装置的可靠性,降低能源损耗有重大意义。我们开发的智能型低压无功补偿开关利用晶闸管投切补偿电容冲击无拉弧的优点,利用接触器长期运行低功耗无波形畸变的优点,将两者合二为一,分工合作,达到满足效果。2 基本原理和主电路智能型低压无功补偿开关的主回路接线如图1所示。图中双向晶闸管S1、S2和接触器K1、K2、K3共同组成主开关,S1、S2主要实现将补偿电容无冲击 
图1 主回路接线图地投入电网或从电网断开的功能,K1、K3在S1、S2可靠接通后闭合,将S1、S2短路,实现正常运行功能,K2实现接通或切断电路的功能,但无电流。它们投入补偿电容器的动作顺序是首先将K2闭合,然后分别将晶闸管S1、S2选相接通,再将接触器K1、K3闭合;从系统切除补偿电容的动作顺序时,首先在S1、S2接通的情况下断开K1、K3,然后停止S1、S2的触发信号,最后断开K2。投入补偿电容器的过程中,K2闭合后,电路未形成回路,无电流,晶闸管S1、S2采用选相接通方式,即在接触器端口间电压为0V时刻触发晶闸管导通,这种投入方式不会产生过电压,过电流倍数可以控制在2倍额定电流以内。切除补偿电容器过程中,停止S1、S2的触发信号后,电容电流过零时,晶闸管自然关断,不会对电网造成冲击。K1、K3接通和断开都是在S1、S2旁路导通的条件下完成,所以断口不会拉弧;K2不投切电流,断口也不会拉弧。这种投切方式有效保护了接触器主触头,大大延长接触器的使用寿命。3 控制板和工作时序S1、S2和K1、K2、K3的动作由控制板控制,控制板的核心芯片采用89C2051单片机。控制板的工作原理如图2所示。单片机接受来自无功补偿控制器的投、切信号,高电平为投,低电平为切。89C2051接受到投切补偿电容信号后,即按照设计的动作顺序,分别给K1、S1、S2、K2、K3发出相应的信号。为了保证动作可靠,每两个动作信号之间时间间隔200ms以上,这样保证每次动作之前,前一次动作的暂态过程已经结束,其动作的时序和时间间隔如图3和图4所示,其中图3中的S1、S2触发信号的投入点分别在K1和K2断口电压过零时。 悺⊥? 控制板的工作原理 姟⊥? 投入补偿电容时序 Z 图4 切断补偿电容时序本开关适用于补偿电容器三角形连接或Y形连接方式中性点不接地。每次切除补偿电容器时都在S1、S2电流过零时自然切断,此时电容器电压达到峰值(正或负),断流后电容器开始通过自放电电阻放电,电容器电压逐步降低。为了降低补偿电容器再次投入时造成的电流、电压冲击,《低压无功补偿控制器订货技术条件》(DL/T597-1996)要求“投切动作间隔时间不小于300ms”。这一规定主要是针对接触器开关而定的,如果补偿电容器重新投入电网瞬间,电容器残压与电网电压相等,即可降低突然投入补偿电容器对电网的冲击。由于电容电压与电容电流的相位差为90°,即使在电压同相时投入补偿电容器,也可能产生不超过两倍额定电流的冲击电流。为了降低冲击电流幅值,我们采用精确同步措施,保•62•电力电容器 2005年 第2期 

证在晶闸管两端电压过零时可靠触发。为了保证晶闸管的可靠性,我们选择元件时留有一定裕度。同步信号检测是保证晶闸可靠工作和降低投入补偿电容器对电网冲击的关键,我们用过零比较电路实现同步。当晶闸管两端电压为零时,过零比较电路向单片机89C2051发出信号,单片机接受到过零信号,立即向相应的控制端口发出触发信号,经功率放大、隔离后去触发晶闸管。由于晶闸管S1、S2是短时工作制,所以无需加装散热器。4 其他问题作为主开关元件,一般无功补偿开关数量与补偿电容器数量一一对应,每台低压无功补偿电容柜内可能需要若干台复合开关。尽量减小单台复合开关的体积是电路和结构设计时必须考虑的重要因素。采取必须的保护措施,保证在非正常情况下元件的安全性,特别是接触器和晶闸管,在过压、欠压和突然失压等异常情况下,都必须受到可靠的保护。为了提高装置的可靠性,抗干扰、抗冲击等都是开发过程的主要内容。5 结束语智能型低压无功补偿开关综合了接触器和晶闸管投切无功补偿电容器的优点,具有对电网冲击小,功耗低,无波形畸变等显著优点。该开关对来自于主控制器的信号无特殊要求,比较易于实现,即使现有的无功补偿柜稍加改造即可应用,所以可以大面积推广此类开关作为接触器的替代产品。参考文献:[1] 谷永刚,肖国春,王兆安.晶闸管投切电容器技术的进展[J].高压电器,2003,(2):49-52.[2] 高宇英,刘乾业.智能型低压无功补偿装置若干问题的探讨[J].电力电容器,2002,(2):43-47.[3] 王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998.作者简介:周建民(1955-),男,河北人,副教授,硕士,主要从事输配电方面的研究。Email:sbo@webdz.com.cn(上接第13页)同一串联段上的并联台数(降低电容器的爆破能量),二则有较高的保护灵敏度,故在特大容量(例如单组容量在30Mvar及以上)的电容器组中多有采用。在实用的电容器组容量(32064～64126)kvar范围内,只有在60120kvar时采取3个单星形支路(即3×20040kvar)应用相电压差动保护或开口三角电压保护方式以外,其他均采用双星形中性点不平衡电流保护,故在容量占用率统计时两者均趋下降。4 结语通过对电容装置的数据/信息的统计分析得出的电容器组接线(保护)方式的选序,以及本文第3节中阐述意见,可供工程设计参考。对于容量为30Mvar及以上的特大容量电容器组,从统计数据来看,系采用双星形中性点不平衡电流保护方式居多,但并不排斥其他方式,故应结合实际运行经验,对各种方案进行技术经济比较之后择优选用。

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