過(guò)零投切開(kāi)關(guān)的低壓電力電容器設計

摘要：目前，我們經(jīng)常使用的電容器投切開(kāi)關(guān)在實(shí)際的運行過(guò)程中還存在著(zhù)很多問(wèn)題，新型的過(guò)零投切開(kāi)關(guān)主要利用微電子技術(shù)，同時(shí)企業(yè)對電路的結構等開(kāi)展了進(jìn)一步的優(yōu)化與調整，從而能夠從根本上進(jìn)一步的提高開(kāi)關(guān)的安全穩定性，使得電容器組能夠在開(kāi)展過(guò)零投切的過(guò)程中更加的準確與迅速。通過(guò)利用循環(huán)投切控制，以及利用共分補優(yōu)化組合的方式，能夠使得過(guò)零投切過(guò)程的工作效率得到進(jìn)一步的提升, 同時(shí)也能使得電容器的使用壽命得到進(jìn)一步的增長(cháng)，同時(shí)低壓電網(wǎng)的無(wú)功動(dòng)態(tài)補償變得更加的智能。

關(guān)鍵詞：電容器；投切開(kāi)關(guān)；過(guò)零

近些年來(lái)，電網(wǎng)中的非線(xiàn)性負荷以及感性電荷的數量得到了很大程度的提升，以及無(wú)功功率也明顯增多，這就使得受電端電壓的電壓以及功率因數降低, 終使得供電的質(zhì)量受到了非常嚴重的影響。裝設無(wú) 功補償設備的方式能夠有效的滿(mǎn)足低壓配電網(wǎng)無(wú)功功率的問(wèn)題。在開(kāi)展低壓電網(wǎng)無(wú)功補償的過(guò)程中，利用電容器來(lái)進(jìn)行補償是一種比較常用同時(shí)也較為有效的一種方式。另外在對投切開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇時(shí)，選擇的合理性是確保相關(guān)補償工作正常開(kāi)展的重要環(huán)節之一。從不同的投切開(kāi)關(guān)的性能出發(fā)，現如今經(jīng)常投入使用的電容器投切開(kāi)關(guān)中還存在很多的問(wèn)題需要解決，特別是在其安全穩定性方面，還需要做岀進(jìn)一步的改進(jìn)。新型的過(guò)零投切開(kāi)關(guān)的電路結構相對于以前做岀了很大的改變，使得可控硅的損壞問(wèn)題以及單觸電磁保持燒壞的問(wèn)題得到了有效的解決。另外，在該新型的過(guò)零投切開(kāi)關(guān)的作用下，以前較為常見(jiàn)的電弧的預燃和重燃現象也很少再發(fā)生，保證了工作的正常長(cháng)期運行，避免了很多故障的產(chǎn)生。另外，也實(shí)現了過(guò)零無(wú)涌流投切的目的，使得補償的過(guò)程更加的準確迅速。

1、過(guò)零投切的原理

在經(jīng)常需要進(jìn)行過(guò)零投切的場(chǎng)合，以當前的技術(shù)來(lái)說(shuō)，一般都會(huì )選擇接觸器。但接觸器在進(jìn)行相關(guān)的投切動(dòng)作時(shí)，因為缺乏與電路的電壓和電流間的穩定的相位關(guān)系，所以在實(shí)際的操作過(guò)程中無(wú)所避免的就會(huì )出現電流沖擊或者是過(guò)電壓的現象。關(guān)于此問(wèn)題相關(guān)研究單位開(kāi)展了很多的討論，并且提出了很多的處理措施，爭取實(shí)現技術(shù)上的突破，進(jìn)一步的提高過(guò)零投切的工作效率與工作質(zhì)量。目前已經(jīng)研究出了一種新型的電容器過(guò)零投切電路開(kāi)關(guān)，該裝置的出現彌補了原先裝置出現的諸多問(wèn)題，并且能夠實(shí)現少耗能。

文章首先對過(guò)零投切進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，過(guò)零投切主要是利用了電容器的特性，投入電容器時(shí)，如果電容器端的電壓與電網(wǎng)的電壓之間存在著(zhù)較大的落差，所以可能導致電容器的電壓岀現突變的情況，終導致合閘涌流的產(chǎn)生，該涌流可能會(huì )導致晶閘管受到破壞，所以為了避免相關(guān)故障的產(chǎn)生，投入電容器的時(shí)間應該把握在當前端電壓和電網(wǎng)的電壓相等時(shí)。

2、過(guò)零投切的系統

低壓電力電容器過(guò)零投切系統的組成成分較多，主要有電壓電流互感器，濾波電路，釆樣電路，數字信號處理器，微控制器，磁保持繼電器驅動(dòng)電路等重要部件。除此以外，數字信號處理器和單片機還有電 容狀態(tài)指示，事件記錄以及故障報警等重要功能。人機接口的主要組成部分為顯示器和鍵盤(pán)，其主要的功能是對系統參數進(jìn)行設置，并將電力參數顯示到顯示器中，供人們利用與參考。

2.1參數采樣與投切控制器

低壓電容器的過(guò)零投切過(guò)程對處理器和微控制器的性能要求較高，一般都會(huì )選擇性能較為良好的32位定點(diǎn)處理器，以及同樣具備較高性能，同時(shí)也不需要消耗太多能量的STC89C53微控制器。STC89C53微控制器對低壓電網(wǎng)的三相電壓與電流參數的獲得主要可以通過(guò)三個(gè)重要途徑，分別包括電壓電流互感器，濾波電路以及采樣電路。利用DSP可以將相關(guān)的參數實(shí)時(shí)的計算岀來(lái)，然后通過(guò)相關(guān)的數據進(jìn)行分析?？蛻?hù)的需求決定著(zhù)我們是否需要進(jìn)行電容器組的無(wú)功補償工作，而這一過(guò)程的判斷要依托單片機進(jìn)行。微控制器與處理器之間需要通過(guò)RS-485通信來(lái)實(shí)現信息的高速傳遞，從而能確保系統開(kāi)展相關(guān)工作的實(shí)時(shí)性。

2.2過(guò)零投切開(kāi)關(guān)

低壓電容器過(guò)零投切開(kāi)關(guān)的主要組成為大功率磁保持繼電器，雙向晶閘管以及阻容吸收電路等。電力電容器的投切需要利用單片機來(lái)對零點(diǎn)投切進(jìn)行控制。在進(jìn)行電容器投入工作時(shí)，單片機根據其工作的基本原理將會(huì )在雙向晶閘管的兩端電壓為零時(shí)開(kāi)始發(fā)岀相關(guān)的指令，從而能夠利用觸發(fā)脈沖來(lái)對雙向晶閘 管進(jìn)行導通，以便能夠順利開(kāi)展電容器投入工作。大功率繼電器收到相關(guān)的指令被導通，當晶閘管的電流為零時(shí)，單片機就會(huì )根據相關(guān)的參數以及自身檢測的結果來(lái)判斷是否需要斷開(kāi)雙向晶閘管，導通以后再發(fā)出相關(guān)的信號來(lái)依據順序分別斷開(kāi)大功率的磁保持繼電，再斷開(kāi)雙向晶閘管。當開(kāi)關(guān)處于正常工作的狀態(tài)時(shí)，我們需要保持大功率磁保持繼電器的通斷，但不需要一直保持雙向晶閘管的通斷，它只需要在開(kāi)關(guān)投切的瞬間保持通斷即可，這樣做的目的是為了解決電容器投切時(shí)的涌流沖擊問(wèn)題，同時(shí)也有效的減少了在運行過(guò)程中的能量損耗。

2.3磁保持繼電器驅動(dòng)電路

大功率磁保持繼電器一般都具有較強的承載能力，在實(shí)際運行的過(guò)程中一般不會(huì )消耗太多的能量。在其內容有磁鋼以及線(xiàn)圈，這些組分在工作的過(guò)程中都需要聽(tīng)從來(lái)自單片機的指令。磁保持繼電器在選擇的過(guò)程中可以考慮HFE9型，該繼電器具備雙線(xiàn)圈的裝置。在開(kāi)展合分閘的工作時(shí)，主控芯片輸出的高電平能夠使得三極管被導通，其所持續的時(shí)間大概維持在50ms左右，在之后主控芯片來(lái)進(jìn)行低電平的輸出，磁保持繼電器來(lái)完成碰頭工作，從而完成合分閘的過(guò)程。

2.4晶閘管過(guò)零檢測與觸發(fā)電路

電容器投切的過(guò)程中可能會(huì )出現合閘涌流和過(guò)電壓沖擊的現象，所以為了解決這一問(wèn)題，對電容器的投切過(guò)程進(jìn)行保護，我們須要在雙向晶閘管的電壓或電流為零時(shí)再開(kāi)始進(jìn)行電容器的投切工作。在進(jìn)行 芯片的選擇時(shí)，考慮到上述的相關(guān)問(wèn)題，我們在選擇芯片時(shí)應盡量考慮其過(guò)零檢測以及觸發(fā)的能力，選擇各方面都具有明顯優(yōu)勢的理想芯片來(lái)開(kāi)展對雙向晶閘管的驅動(dòng)工作。MOC3083驅動(dòng)芯片是一種具有較強工作能力的芯片，它內部的電路能夠進(jìn)行過(guò)零檢測，當晶閘管出現兩端電壓等零的情況時(shí)，其就會(huì )發(fā)出相關(guān)的觸發(fā)脈沖的信號，來(lái)對晶閘管進(jìn)行導通或者是斷開(kāi)。另外，在此過(guò)程中壓敏電阻的使用使得電路異常過(guò)電壓的現象得以解決，這一過(guò)程主要依靠的還是壓敏電阻良好的承受沖擊的能力。

2.5補償方式的分析

投切電容器組的補償方式可以選擇共，分布優(yōu)化組合，這樣的補償方式具有較高的靈活性，有效的完善了低壓電網(wǎng)負荷變化的問(wèn)題，同時(shí)三相負荷不平衡的無(wú)功功率補償問(wèn)題也得到了良好的解決。在負載平衡時(shí)，可以釆用共補的方式，而在負載不太平衡或存在很大的波動(dòng)時(shí)，可以采用先進(jìn)行共同補償，再進(jìn)行分別補償的方法。針對居民用電，其一般使用的都是單相負載，所以其變動(dòng)通常都比較大，三相負載往往會(huì )出現過(guò)分不平衡的情況，而且針對于不同的相來(lái)說(shuō)其所要求的補償電容量也不同。無(wú)功補償的差異之大使得我們在選擇補償方式時(shí)不能選擇共補的方式，所以這時(shí)候單獨補償的方式是較好的解決方法。該方法能夠有效的減少資源的浪費，其自身具備著(zhù)非常良好的合理性。

3、投切流程的設計

無(wú)功功率以及功率因數是影響低壓電力電容器過(guò)零投切控制工作的兩大重要因素，其中無(wú)功功率對其 的影響比較的明顯。另外，低壓電力電容器過(guò)零投切控制工作的開(kāi)展需要根據無(wú)功功率以及功率因素這兩方面來(lái)進(jìn)行。低壓電網(wǎng)的電力運行參數需要通過(guò)采樣電路來(lái)得出，并用DSP來(lái)進(jìn)行計算，得到相關(guān)的值以后需要跟提前設定好的相關(guān)值進(jìn)行一定的比較，投入或切除補償的電容器組的電容量值就是通過(guò)我們的比較來(lái)進(jìn)行確定的。在進(jìn)行電容器的選擇時(shí)，循環(huán)投切是一種比較實(shí)用以及合理的一種方式，依據時(shí)間的不同來(lái)進(jìn)行不同的操作，比如說(shuō)先投入的電容器需要先行撤出，而后投入的電容器需要等前面的電容器撤出后再撤出。這樣的撤出方式能夠有效的降低投切的過(guò)程中電容器的溫度，使得電容器的使用年限得到進(jìn)一步的提升。循環(huán)投切的方式使得投切的過(guò)程更加的準確，過(guò)往我們選擇的投切方式都是以某一單一元素作為依據，這樣的方式容易產(chǎn)生重復投切振蕩的現象。

4、影響投切精度的因素分析

影響精度的因素主要存在于三個(gè)方面，它們分別是過(guò)零方波的延遲時(shí)間，繼電器的動(dòng)作響應時(shí)間以及交流電的半周期。這三方面的因素雖然不具備非常重要的作用，但是三者都會(huì )產(chǎn)生一定程度的誤差，特別 是某些難以補償的誤差。對于某些誤差來(lái)說(shuō)，技術(shù)性的操作問(wèn)題往往會(huì )對投切的精度產(chǎn)生一定的影響。對于過(guò)零信號的精度來(lái)說(shuō)，在制定相關(guān)的電路方案時(shí)我們已經(jīng)基本確定了要使用的相關(guān)儀器，而儀器的選擇將會(huì )對精度產(chǎn)生非常嚴重的影響。不管輸出的是怎樣的波形，延遲誤差的出現往往是難以避免的。所以說(shuō)，在對過(guò)零檢測的電路進(jìn)行設計時(shí)，要充分的考慮到重復誤差的影響，盡量以減少重復誤差為主要設計原則，進(jìn)一步的提升波長(cháng)的穩定性。另外，過(guò)零檢測的電路不要使用一些普通的二極管或是光電耦合器，因為這些設備往往會(huì )產(chǎn)生較大的誤差。

5、安科瑞電容補償裝置介紹

AZC/AZCL系列智能電力電容補償裝置是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ幱扇劢z、復合開(kāi)關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線(xiàn)連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補償裝置。改變了傳統無(wú)功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，具有補償效果更好，體積更小，功耗更低，價(jià)格更廉，節約成本更多，使用更加靈活，維護更方便，使用壽命更長(cháng)，可靠性更高的特點(diǎn)，適應了現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的更高要求。

（1）AZC系列智能電容器采用晶閘管復合開(kāi)關(guān)投切，較佳投切點(diǎn)，實(shí)現無(wú)弧通斷；完善的保護功能，集成在一個(gè)模塊內，安裝方便。

AZC系列智能電容器選型：

（2）AZCL是在A(yíng)ZC基礎上，串接合適電抗率（7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境，14%適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境）的電抗，可有效解決諧波，避免諧振放大諧波，保護電容柜本身壽命。

AZCL系列智能電容器選型：

上述兩種智能電容器采用LCD液晶顯示器，可實(shí)時(shí)顯示三相母線(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等電參量。通過(guò)內部晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找較佳投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現無(wú)弧通斷；保證過(guò)零投切，無(wú)涌流、觸點(diǎn)不燒結、微能耗、無(wú)諧波；同時(shí)具有抗干擾、防雷擊和電源缺相、空載跳閘的保護功能，特別適用于無(wú)功補償時(shí)切換電容器，不需加裝散熱器。

6、結語(yǔ)

低壓電力電容器過(guò)零投切開(kāi)關(guān)自身具備很多的優(yōu)勢，而且它也同時(shí)包含了機械開(kāi)關(guān)和電子開(kāi)關(guān)的綜合 優(yōu)勢，所以在實(shí)際的操作過(guò)程中，其檢測的結果往往能夠更加的準確。同時(shí)也不需要消耗太多的能量，無(wú)涌流的影響。另外其還有成本低，損耗的能量少，控制的方式比較的靈活等特點(diǎn)，另外其電容器的使用壽命也得到了進(jìn)一步的提升。在投切電容器的過(guò)程中，共分補優(yōu)化組合的補償方法具有較強的靈活性，解決了很多難以解決的問(wèn)題。

【參考文獻】

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• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版
• 安科瑞電能質(zhì)量監測與治理選型手冊.2019.11版