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低压电力电容器的过零投切开关能减少运行中的电能损耗

近年来随着电网中非线性负荷和感性负荷的剧增,无功功率也大量增多,导致受电端电压下降,功率因数偏低,严重影响供电质量。因此,必须装设无功补偿设备来满足低压配电网无功功率的需求。由于目前普遍使用的电容器投切开关在运行中仍存在一些缺陷,新型过零投切开关采用微电子技术,通过改进电路结构提高开关的稳定性,能够对电容组进行准确、快速过零投切。采用循环投切控制,共、分补优化组合的补偿方式,延长了电容器的使用寿命,实现了低压电力电容器的无功动态补偿。

低压电力电容器过零投切系统主要由电压电流互感器、滤波电路、采样电路、数字信号处理器、微控制器、磁保持继电器驱动电路、过零检测与触发电路、补偿电容器、过零投切开关、RS-485通信、人机接口、电容状态指示、温度检测等组成。

1.参数采样与投切控制器

低压电容器过零投切采用高性能、高精度TMS320C28x系列32位定点处理器DSP和低功耗、高性能STC89C53微控制器。STC89C53微控制器通过电压电流互感器、滤波电路、采样电路获取低压电网的三相电压和电流参数, 经DSP实时计算出无功功率Q、功率因数λ、有功功率P、频率f、电容值C等电力运行参数, 根据用户的需求设定的各电力运行参数控制门阀通过单片机判断是否需要进行电容器组无功补偿。微控制器STC89C53通过RS-485通信可实现与处理器DSP之间的高速数据交换, 以满足系统的实时性要求。

低压电力电容器

2.过零投切开关

低压电容器过零投切开关由大功率磁保持继电器、双向晶闸管和阻容吸收电路等组成。由单片机控制过零点投切开关实现电力电容器的投切。电容器投入时:在检测到双向晶闸管两端电压为零时的时刻, 单片机发出触发脉冲导通双向晶闸管的指令, 电容器投入使用。然后再发出闭合大功率磁保持继电器的指令, 大功率磁保持继电器导通后, 单片机在检测到双向晶闸管电流过零时的时刻发出触发脉冲断开双向晶闸管的指令。电容器切除时:由单片机发出指令使双向晶闸管导通, 双向晶闸管导通后发出断开大功率磁保持继电器的指令, 再发出断开双向晶闸管的指令。大功率磁保持继电器在开关正常运行时维持通断状态, 而双向晶闸管只在开关投切瞬间导通工作, 这样避免了电容器投切的涌流冲击, 减小了运行中的电能损耗。

3.晶闸管过零检测与触发电路

为了防止电容器组投切的瞬间出现合闸涌流和过电压冲击, 必须保证双向晶闸管两端电压为零或电流过零时刻投切电容器, 因此, 要求选择具有过零检测与触发能力强、理想的芯片来驱动双向晶闸管。晶闸管过零检测与触发电路主要由两个光电耦合器、双向可控硅、电阻、电容器等组成。如图5所示, 驱动芯片MOC3083是新型光电耦合器件, 内置过零检测的电路, 当晶闸管被检测到端电压为零或电流过零时, MOC3083发出触发脉冲给晶闸管导通或断开。图5中, 阻容吸收电路由R1、C1构成, 可有效避免电路过电压的冲击;压敏电阻RV能承受较大冲击能量, 可抑制电路的异常过电压。

通过以上内容可知,所设计的低压电力电容器过零投切开关,综合了电子开关和机械开关的各项优势。通过测试,可实现无涌流、无功耗的快速准确过零点投切,具有成本低、损耗小、控制方式灵活,维护方便,电容器的使用寿命长的优点。同时投切电容器可灵活采用共、分补优化组合的补偿方式,解决了低压电网负荷的变化,三相符合不平衡的无功功率补偿问题。

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