CN202142861U - 一种共补型低压智能液晶组合式电力电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种共补型低压智能液晶组合式电力电容器，包括：一个接收外部AC380V电源输入的电源变换器，为各单元电路供电；CPU单元通过线缆分别与操控面板单元、RS485通讯单元、温度传感放大器单元、信号处理电路连接；信号处理电路接收信号采集单元的数据；CPU单元通过线缆与同步开关模块控制电路连接；同步开关模块控制电路通过连接端子与同步开关模块连接；第一、第二同步开关、与“三角形”连接的三个电力电容器连接。本实用新型所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器，采用液晶显示，投切开关采用同步开关，成本降低而且投切时的更加安全，对电网冲击电流小，寿命长，RS485通信单元设有插拔式接口，接线更方便，对操作人员要求低。

Description

一种共补型低压智能液晶组合式电力电容器

技术领域

本实用新型涉及用于低压0.4KV无功功率补偿的智能组合电力电容器，具体说是一种共补型低压智能液晶组合式电力电容器。 

背景技术

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗。 

然而实际应用中，提前预加电容器，容易在用电低谷阶段，出现过补，现在基本淘汰不使用。现在用户无功功率补偿措施通常都是在0.4KV配电屏端通过功率因数控制器来控制多组电力电容器的投切，使功率因数达到0.95左右。 

传统的配电屏无功功率补偿设备包括：电力刀开关，熔断器，无功补偿检测装置，电容器专用投切接触器，电力电容器等，如需达到消除谐波功能，还需另加谐波消除电抗线圈。其存在如下缺点：投切电流大，对线路产生浪涌冲击电流，电容器专用投切接触器触点寿命短，接线繁杂，占用空间大，维护检修不方便，成本高，机械连接部件多，设备容易失效。而市场上现有的智能或类智能型产品，操作界面都比较繁琐，对操控人员技术要求很高，需要专人跟踪技术指导，无法大面积普及，极大的限制了无功功率补偿器的推广使用，造成能源浪费。 

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种共补型低压智能液晶组合式电力电容器，采用液晶显示，显示内容更加丰富直观，投切开关采用目前先进的同步开关替代常用的复合开关，不仅大大降低了成本，而且投切时的更加安全，对电网冲击电流小，寿命长，低成本，具有过压，欠压，过流，过温保护，同时RS485通信单元增加了插拔式接口，使用多台联网和在电容补偿柜中使用时接线更方便，安装操作简便、直观，对操作人员只要求普通电工就能确保设备可靠运行。 

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是： 

一种共补型低压智能液晶组合式电力电容器，其特征在于，包括： 

一个接收外部AC380V电源输入的电源变换器1，为CPU单元5和以下各单元电路提供一路-5V电源、一路+24V电源、两路+5V电源供电；其中，主电源VDD1+5V供CPU单元5使用，同时VDD1+5V和VDD2-5V提供给信号处理电路3，VDD3+24V供给同步开关模块控制电路6，VDD4+5V提供给RS485通信单元8； 

CPU单元5通过线缆与一个采用液晶显示的操控面板单元4连接，操控面板单元4用于人机对话并显示相关信息； 

CPU单元5通过线缆与一个外部RS485通讯单元8连接，所述RS485通讯单元8设有插拔式接口； 

CPU单元5通过线缆与温度传感放大器单元9连接； 

CPU单元5通过线缆与信号处理电路3连接； 

信号处理电路3接收信号采集单元2的数据； 

所述信号采集单元2包括一个电压互感器21和一个电流互感器22；电压互感器21检测AC相的电压，电流互感器22检测B相线的电流，测量电网配电参数； 

CPU单元5通过线缆与同步开关模块控制电路6连接； 

同步开关模块控制电路6通过连接端子与同步开关模块7连接， 所述同步开关模块设有第一、第二同步开关71、72； 

第一、第二同步开关71、72与“三角形”连接的三个电力电容器CAP1、CAP2、CAP3连接； 

三个电力电容器CAP1、CAP2、CAP3构成为用于补充低压0.4KV的电力电容器单元10。 

在上述技术方案的基础上，CPU单元5的型号为STC12C5A60S2。 

在上述技术方案的基础上，第一同步开关71的K1引脚与三相相线的A相连接， 

第二同步开关72的K2引脚与三相相线的C相连接， 

第一同步开关71的K2引脚与“三角形”连接的三个电力电容器的公共端A1连接， 

第二同步开关72的K1引脚与“三角形”连接的三个电力电容器的公共端C1连接， 

“三角形”连接的三个电力电容器的公共端B1连接三相相线的B相。 

在上述技术方案的基础上，操控面板单元4下部设有设定键、向上键、向下键，中部设有一个液晶显示屏，液晶显示屏上部设有若干显示当前工作状态的LED指示灯。 

在上述技术方案的基础上，温度传感放大器单元9包括热敏电阻RT，热敏电阻RT与电阻R1串联分压后输出到CPU单元5。 

在上述技术方案的基础上，电流互感器22的型号为CT05-1，电压互感器21的型号为PT01-4。 

本实用新型所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器，采用液晶显示，显示内容更加丰富直观，投切开关采用目前先进的同步开关替代常用的复合开关，不仅大大降低了成本，而且投切时的更加安全，对电网冲击电流小，寿命长，低成本，具有过压，欠压，过流，过温保护，同时RS485通信单元增加了插拔式接口，使用多台联网和 在电容补偿柜中使用时接线更方便，安装操作简便、直观，对操作人员只要求普通电工就能确保设备可靠运行。 

附图说明

本实用新型有如下附图： 

图1本实用新型的结构示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。 

本实用新型所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器，以CPU单元5为核心，通过一个电压互感器和一个电流互感器对外部的电压信号、电流信号取样。其具体结构如图1所示，包括： 

一个接收外部AC380V电源输入的电源变换器1，为CPU单元5和以下各单元电路提供一路-5V电源、一路+24V电源、两路+5V电源供电；其中，主电源VDD1+5V供CPU单元5使用，同时VDD1+5V和VDD2-5V提供给信号处理电路3，VDD3+24V供给同步开关模块控制电路6，VDD4+5V提供给RS485通信单元8； 

CPU单元5通过线缆与一个采用液晶显示的操控面板单元4连接，操控面板单元4用于人机对话并显示相关信息；本实用新型所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器在联机控制时，可以通过操控面板单元4设定一台为主机(通信地址设置为零地址)，其他为从机(通信地址设置成非零不重复序号)；主机作为主控制设备对配电信息采集计算，并根据计算结果与控制目标比较，对从机发出电容器投切命令，从机电容器投切按循环投切方式接受控制，以实现小范围连接，避免各台单独工作，出现一起投入，一起切断现象； 

CPU单元5通过线缆与一个外部RS485通讯单元8连接，所述RS485通讯单元8设有插拔式接口；本实用新型所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器间可通过RS485通讯单元8进行485通讯， 实现联网控制功能；RS485通讯单元8可采用现有技术实现； 

CPU单元5通过线缆与温度传感放大器单元9连接；温度传感放大器单元9用于采集电容器温度，对电容器实现过温保护； 

CPU单元5通过线缆与信号处理电路3连接； 

信号处理电路3接收信号采集单元2的数据； 

所述信号采集单元2包括一个电压互感器21和一个电流互感器22；电压互感器21检测AC相的电压，电流互感器22检测B相线的电流，测量电网配电参数； 

CPU单元5通过线缆与同步开关模块控制电路6连接； 

同步开关模块控制电路6通过连接端子与同步开关模块7连接，所述同步开关模块设有第一、第二同步开关71、72； 

第一、第二同步开关71、72与“三角形”连接的三个电力电容器CAP1、CAP2、CAP3连接。三个电力电容器CAP1、CAP2、CAP3构成为用于补充低压0.4KV的电力电容器单元10，三个电力电容器间为“三角形”连接。 

在上述技术方案的基础上，CPU单元5的型号为STC12C5A60S2。CPU单元5为控制核心，CPU单元5采用宏晶科技的STC12C5A60S2单片机，该单片机可以工作在1T模式，比普通51系列单片机速度快8～12倍，满足产品测量控制要求。 

在上述技术方案的基础上，第一同步开关71的K1引脚与三相相线的A相连接， 

第二同步开关72的K2引脚与三相相线的C相连接， 

第一同步开关71的K2引脚与“三角形”连接的三个电力电容器的公共端A1连接， 

第二同步开关72的K1引脚与“三角形”连接的三个电力电容器的公共端C1连接， 

“三角形”连接的三个电力电容器的公共端B1连接三相相线的 B相。 

在上述技术方案的基础上，操控面板单元4下部设有设定键、向上键、向下键，中部设有一个液晶显示屏，液晶显示屏上部设有若干显示当前工作状态的LED指示灯。 

操控面板单元4工作过程如下： 

在上电复位后，主液晶显示屏显示公司拼音缩写，亮1秒，之后共补型低压智能液晶组合式电力电容器进入自动运行状态，自动LED指示绿灯亮。 

进入自动控制状态后，液晶显示屏显示电压和功率因数，当出现过电压时，液晶显示屏显示过压的电压值和过压提示语，如有投入电容则切除已投入的电容，并在电网电压降至过压保护值以下10VAC前禁止电容器再次投入；当出现过温时，液晶显示屏显示过温的温度值和过温提示语，切除已投入的电容，并在电容器温度降至过温保护值以下5℃前禁止电容器再次投入。 

在共补型低压智能液晶组合式电力电容器处于自动运行状态(运行状态LED指示绿灯亮)时，按设定键，液晶屏显示内容依次在电压和功率因数、B相电流和无功功率、电容器温度、补偿电流和故常代码之间切换。 

在共补型低压智能液晶组合式电力电容器处于自动运行状态(运行状态LED指示绿灯亮)时，先按向上键并保持再按设定键，共补型低压智能液晶组合式电力电容器进入设置状态，再按设定键在电容器补偿无功容量、功率因数下限、投切电容器延时、电流互感器变比、电容器过压保护值、电容器过温保护温度值、本机的通信地址之间切换，按向上键增加当前设置参数的参数值，按向下键减小当前设置参数的参数值，所设定的新参数值自动保存。其中，当设定完本机的通信地址后，需要再次按设定键才返回自动运行状态。 

在共补型低压智能液晶组合式电力电容器处于自动运行状态(运行状态LED指示绿灯亮)时，先按向下键并保持再按设定键，共补型低压智能液晶组合式电力电容器进入手动状态(运行状态LED指示红灯亮)，按向上键投入电容，电容状态LED指示绿灯亮，按向下键切除电容，电容状态LED指示红灯亮，按设定键返回自动运行状态。 

上述操控面板单元4采用的直观人性化的控制面板具有以下优点：显示内容直观，液晶显示屏显示内容和相应提示语。 

在上述技术方案的基础上，温度传感放大器单元9包括热敏电阻RT，热敏电阻RT与电阻R1串联分压后输出到CPU单元5。热敏电阻RT是一个NTC(负温度系数)器件，受温度变化，其本身阻值也会降低，热敏电阻RT与电阻R1串联分压后输出到CPU单元5，经压频转换后将频率信号输入到CPU单元5，经CPU单元5计算，与操控面板单元4设定值对比，判断是否过温，是否切断电力电容器，同时可以在操控面板单元4上查询当前温度值。 

在上述技术方案的基础上，电流互感器22的型号为CT05-1，电流互感器22将一次电流互感器输出的0～5A电流信号转化成CPU单元5可处理的小信号，输入到整流放大电路3，经压频转换后将频率信号输入到CPU单元5，经CPU单元5计算，测量出电网电流信号； 

电压互感器21的型号为PT01-4，电压互感器21感应出来和电源电压成比例的电压信号，输入到信号处理电路3，经压频转换后，产生与测量信号成比例的频率信号输入到CPU单元5，经CPU单元5计算后，与操控面板单元4设定值进行对比，检测是否过压、欠压，当过压时切断电力电容器，当欠压时禁止投入电力电容器，但允许切除电力电容器，确保电力电容器可靠运行不会损坏； 

同时，与电流信号进行对比，根据相位角的差距，计算无功功率大小， 该无功功率超过操控面板单元4设定值时，投入电力电容器，进行无功功率补偿，提升电力线路供电效率。 

本实用新型所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器，只需要一只电流互感器和一只电压互感器，电流互感器22用于检测B相相线的电流，电压互感器21用于检测AC相的电压，通过CPU运算以后得出当前的功率因数和无功功率，如当前的功率因数低于设定值呈感性，滞后LED指示灯亮且无功功率大于电容器无功补偿设定值时，三相同时接通电力电容器，以补偿提高功率因数，通过测量相角差，当电网容性时，超前LED指示灯亮同时切断三相补偿电力电容器。本实用新型中，三相电力电容器做“Δ”连接(“三角形”连接)，同时对三相相进行补偿。例如，低压总电流为100A，电压0.4kV，有功功率55KW，功率因数提高到0.96以上，则视在功率： 

$S=\sqrt{3}\mathrm{UI}=\sqrt{3}\×400\×100=69.28\mathrm{kVA}---\left(1\right)$

无功功率： 

$Q=\sqrt{S^2-P^2}=\sqrt{{69.28}^2-{55}^2}=42.12\mathrm{kVAR}---\left(2\right)$

原功率因数： 

cosφ＝P/S＝0.79                               (3) 

补偿电容： 

$Q_c=P[\sqrt{\frac{1}{{\cos }^2{\mathrm{\φ}}_1}-1}-\sqrt{\frac{1}{{\cos }^2{\mathrm{\φ}}_2}-1}]---\left(4\right)$

$=26.6\mathrm{kVAR}$

根据计算所得，则需相应补偿25KVar的共补电容较合适。智能共补电容器选用20+5KVar组合方式，根据计算结果投入一组20KVar(此时电容状态LED指示灯C1绿灯亮)和一组5Kvar(此时电容状态LED指示灯C2绿灯亮)，可以达到较好的无功补偿目的。 

本实用新型工作原理如下： 

通过电流互感器，把强电流转变为和电流成比例的弱电压信号， 通过电压互感器，把高电压转变为弱电压信号；转换后的电流信号、电压信号送入信号处理电路3，把模拟信号通过压频转化后将频率信号输入到CPU单元5，同时CPU单元5计算两个信号的相位差，继而计算得到功率因数和无功功率，以判断是否投入补偿电容，或切断电力电容器，通过驱动电路，驱动同步开关模块，实现过零投切，避免对电网的大电流冲击，延长投切开关的触点寿命。 

具体实现原理是：在CPU单元5检测到无功功率超过设定的值的时候经过延时，以投入A相电容为例，先检测A电压过零点，检测到电压零点后，延时一定时间(延时时间为电压波形的半周期与同步开关的闭合动作时间的差值)，同步开关动作时间要求小于5ms，这样确保电容器在电压过零时投入，实现对电网无冲击电流接入电力电容器，切除电容时，先检测A电流过零点，检测到电流零点后，延时一定时间(延时时间为电压波形的半周期与同步开关的断开动作时间的差值)，同步开关动作时间要求小于5ms，这样确保电容器在电流过零时切除，避免拉弧现象。 

Claims (6)

1.一种共补型低压智能液晶组合式电力电容器，其特征在于，包括：

一个接收外部AC380V电源输入的电源变换器(1)，为CPU单元(5)和以下各单元电路提供一路-5V电源、一路+24V电源、两路+5V电源供电；其中，主电源VDD1+5V供CPU单元(5)使用，同时VDD1+5V和VDD2-5V提供给信号处理电路(3)，VDD3+24V供给同步开关模块控制电路(6)，VDD4+5V提供给RS485通信单元(8)；

CPU单元(5)通过线缆与一个采用液晶显示的操控面板单元(4)连接，操控面板单元(4)用于人机对话并显示相关信息；

CPU单元(5)通过线缆与一个外部RS485通讯单元(8)连接，所述RS485通讯单元(8)设有插拔式接口；

CPU单元(5)通过线缆与温度传感放大器单元(9)连接；

CPU单元(5)通过线缆与信号处理电路(3)连接；

信号处理电路(3)接收信号采集单元(2)的数据；

所述信号采集单元(2)包括一个电压互感器(21)和一个电流互感器(22)；电压互感器(21)检测AC相的电压，电流互感器(22)检测B相线的电流，测量电网配电参数；

CPU单元(5)通过线缆与同步开关模块控制电路(6)连接；

同步开关模块控制电路(6)通过连接端子与同步开关模块(7)连接，所述同步开关模块设有第一、第二同步开关(71)、(72)；

第一、第二同步开关(71)、(72)与“三角形”连接的三个电力电容器CAP1、CAP2、CAP3连接；

三个电力电容器CAP1、CAP2、CAP3构成为用于补充低压0.4KV的电力电容器单元(10)。

2.如权利要求1所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器，其特征在于：CPU单元(5)的型号为STC12C5A60S2。

3.如权利要求1所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器， 其特征在于：第一同步开关(71)的K1引脚与三相相线的A相连接，

第二同步开关(72)的K2引脚与三相相线的C相连接，

第一同步开关(71)的K2引脚与“三角形”连接的三个电力电容器的公共端A1连接，

第二同步开关(72)的K1引脚与“三角形”连接的三个电力电容器的公共端C1连接，

“三角形”连接的三个电力电容器的公共端B1连接三相相线的B相。

4.如权利要求1所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器，其特征在于：操控面板单元(4)下部设有设定键、向上键、向下键，中部设有一个液晶显示屏，液晶显示屏上部设有若干显示当前工作状态的LED指示灯。

5.如权利要求1所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器，其特征在于：温度传感放大器单元(9)包括热敏电阻RT，热敏电阻RT与电阻R1串联分压后输出到CPU单元(5)。

6.如权利要求1所述的共补型低压智能液晶组合式电力电容器，其特征在于：电流互感器(22)的型号为CT05-1，电压互感器(21)的型号为PT01-4。 

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