复合开关在无功补偿中的应用_能源/化工_工程科技_专业资料。文档均来自网络,如有侵权请联系我删除文档
复合开关在无功补偿中的应用 无功补偿的开关应用情况 在用电设备中，存在着大量的感性负载（如电动机）， 这些感性负载在消耗有功功率的同时，也占用了大量的感性 无功功率，由于无功功率虚占了设备容量、增大了线路的电 流值，而线路的损失与电流的平方成正比。因此，无功功率 必须予以补偿。为了提高功率因数，一般企事业单位用电容 器的容性进行无功补偿。在补偿地点上可采取变电所集中补 偿、分区域集中补偿、分散就地补偿、分散与集中相结合等， 在补偿方式上可分为手动补偿和自动补偿。由于补偿地点和 方式关系到节电效果，关系到设备投资，关系到设备运行安 全与维护，因此，必须因地制宜地加以选择。目前，电力电 容器的投切开关有以下 3 种： (1)普通接触器 电容器的电流与电容电压对时间的微分成正比,当接触 器投入时,电容器上的初始电压与电 网电压在一般情况下不 相等,较大压差可达 1.4 倍的额定电压以上,当巨大的压差突 然加到电容器两端使电容器的电压发生突变时,则通过接触 器和电容器电流将高达 10 倍以上的额定电流。这种浪涌电 流有多种危害：一方面，在接触器触点处产生火花，使触点 粘住、无法分断而损坏；另一方面，缩短了电容器的使用寿 命；再者，对电网的巨大冲击而产生了干扰，可能使其他电 子设备无法正常工作。 (2)带预投电阻的专用接触器 这类接触器整体体积较大，事实上在工作时也没有真正 解决浪涌电流问题，同时，由于与接触器触点配合不理想使 电阻发热而损坏的现象时有发生，所以，这类接触器并不是 理想的电容投切接触器。 (3)过零触发固态继电器 交流继电器的内部往往用 2 个单向可控硅反并联或双向 可控硅构成,用于电容投切无功补偿时的工作原理是这样的： 当固态继电器接到投切信号时，还要判别触点两端的电压是 否接近于零电压，一旦等待到两端压差接近零电压时，则开 关闭合，投入工作；当固态继电器接到切断信号时，则可控 硅自然关断，即电流为零时关断。从上面的分析可以看出， 用于低压电容投切的固态继电器在投入和切断时的工作状 态非常理想，但他存在着一个致命的缺陷工作过程的发热和 谐波问题，这就限制了他在电容投切领域的进一步推广。 2 复合开关的工作原理 电容无功补偿分为单相补偿和三相补偿，采用的开关相 数也分为两种。无论是单相投切开关还是三相开关，机械式 接触器不可能较准确地做到开关两端电压过零时闭合，在电 流过零时切断，而固态继电器却能做到这一点。相反，在开 关闭合工作时，固态继电器产生损耗和电压电流谐波，而机 械式接触器却能避免这些问题。因此，吸取固态继电器和接 触器的优点将是较佳的选择。也就是希望电容无功补偿的投 切开关在投入和切断瞬时利用（双向）可控硅的特性，在平 时闭合工作时利用机械触点接触电阻极小的特性，构成了可 控硅和继电器（接触器）并联工作的开关即复合开关。 为了达到理想的工作状况，可控硅和继电器的开、断有 时序要求，假设复合开关的投入命令高电平为有效，则切断 命令为低电平有效；开关（可控硅、继电器）闭合用高电平 有效表示，则开关断开用低电平有效表示，其各信号动作时 序如图 1 所示。 在图 1 中 T1 为复合开关接收到投入命令后等待电压过 零所需的时间 T2 是继电器延时闭合设定时间 T0 为继电器闭 合动作时间 Tf 为继电器断开动作时间 T3 是可控硅延时断开 设定时间 T4 可控硅自然关断所需的时间。 在图１中 UKA，UKB，UKC，UKD，UKE，IKE 分别 表示投切信号、可控硅通断、继电器线圈通断信号、继电器 通断、电网电压、电容（或触点）电流。当复合开关接收到 投入命令时，可控硅的触发信号准备就绪，只要电压过零就 立刻触发可控硅，而继电器在接到投入命令后，要延时一段 时间，此时间在设计时必须保证：只有当可控硅导通后，才 能闭合继电器。当复合开关接收到切断命令后，继电器立即 断开，经过一段时间可控硅触发信号消失，据可控硅关断特 性，只有当通过可控硅阳极电流过零时，才能自然关断。 3 基于 PIC16C61 的复合开关 复合开关的工作原理 完全可以用分立元件来实现，其中的时序配合关系可以用电 阻电容的 延时电路完成其功能。但是，由于分立元件的参 数分散性以及可靠性差将会影响整个复合开关长期正常的 工作，因此，通过方案比较，采用了 PIC16C61 单片机来实 现复合开关的逻辑及控制时序。如图 2 所示。 图 2 中，合闸、分闸信号输入到单片机的 RB1，RB0 接 收过零信号，只有当合闸指令有效时，在过零时刻，通过“过 零处理”程序，RA1 就输出可控硅触发信号，使可控硅导通。 延时二个周期（40 ms）后，即通过“低高电平延时”程序处理， RA2 输出闭合信号有效，继电器闭合导通，完成了复合开关 一次合闸的动作；当分闸信号有效时，单片机 RA2 输出断开 信号使继电器立刻分断，同样延时二个周期（40 ms）后，通 过“高低电平延时”程序处理，RA1 输出低电平信号，使可控 硅关断，完成了一次分闸动作。 以上是单相复合开关的单片机实现情况。对于三相复合 开关：为了分析方便起见，假设开 关闭合的顺序为 A→B→C，如图 3 所示。当合闸指令有效时，由于此时 B， C 相的 K2，K3 断开，A 相可控硅可以立刻施以导通信号而 不需要检测电压过零点，接着检测 B 相的 K2 开关两端的电 压过零点，在过零时刻，使 B 相的可控硅导通；然后检测 C 相的 K3 开关两端的过零点，在过零时刻，使 C 相的可控硅 导通；较后，延时二个周期（40 ms）后，即通过“低高电平 延时”程序处理，输出继电器的闭合信号，继电器闭合导通， 完成了复合开关一次合闸的动作。三相复合开关的分闸过程 与单相复合开关类似，当所有的继电器断开并延时二个周期 （40 ms）后，通过“高低电平延时”程序处理，使可控硅关断， 完成了一次分闸动作。 由上述可知：三相复合开关用 PIC16C61 实现时，增加 一个过零输入信号、2 个可控硅控制信号和 2 个继电器控制 信号即可。整个动作过程由软件实现。 4 复合开关在无功补偿中的应用例子 某厂配电房低压总电流为 600 A，有功功率 350 kW，电 压 0.4 kV，要求功率因数提高到 0.95~0.99，那么其视在功率：
