一種高壓晶閘管投切電容器裝置及投切方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種高壓晶閘管投切電容器裝置及投切方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中，變壓器、異步電機(jī)等設(shè)備要消耗大量的無功功率，這些無功功率如果不能及時得到補(bǔ)償，會對電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。在電力系統(tǒng)中廣泛采用機(jī)械開關(guān)投切電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償，采用機(jī)械開關(guān)具有動作速度慢、投切電容器時必然產(chǎn)生合閘涌流以及操作過電壓(即投切過渡過程)，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，尤其造成電容器自身損壞。目前隨著大功率電力電子器件可控硅控制技術(shù)的不斷發(fā)展，已基本取代傳統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備，徹底解決開關(guān)觸點(diǎn)機(jī)械動作的延時性和分散性與工頻正弦交流電源電壓變化的快速性和周期性之間的矛盾，但是由于晶閘管閥的主電路形式多樣化以及控制技術(shù)的多方向發(fā)展使其具有不同的控制形式和實(shí)現(xiàn)方法，大部分的高壓晶閘管投切電容器裝置成本高、設(shè)計過于復(fù)雜、可調(diào)量多、維護(hù)不方便等。隨著現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的變化，高壓晶閘管投切電容器裝置在設(shè)備運(yùn)行過程中仍有許多問題出現(xiàn)，直接導(dǎo)致所配套的無功補(bǔ)償裝置故障退出運(yùn)行，或因維護(hù)時間太長影響設(shè)備的恢復(fù)投運(yùn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、控制可靠精準(zhǔn)的且投切過程無沖擊浪涌的高壓晶閘管投切電容器裝置，并相應(yīng)提供一種操作簡便、控制精準(zhǔn)且無沖擊浪涌的投切方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
一種高壓晶閘管投切電容器裝置，包括電壓檢測單元、控制單元、電磁觸發(fā)單元以及串聯(lián)于主電路各相電路中的電容器組以及晶閘管組，各晶閘管組之間星形連接，所述電壓檢測單元與控制單元相連，所述電磁觸發(fā)單元分別與控制單元和晶閘管組相連；所述電壓檢測單元檢測各相電路的電壓信號并發(fā)送給控制單元，所述控制單元根據(jù)各相電路的電壓信號生成特定時刻的脈沖信號并發(fā)送給電磁觸發(fā)單元，所述電磁觸發(fā)單元根據(jù)特定時刻的脈沖信號生成特定時刻的觸發(fā)脈沖并發(fā)送給晶閘管組使對應(yīng)晶閘管組導(dǎo)通以完成電容器組的投入。
[0005]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
所述電磁觸發(fā)單元包括依次連接的脈沖分配單元、高頻電流源單元、親合磁環(huán)以及電磁觸發(fā)模塊，所述脈沖分配單元與所述控制單元相連，所述電磁觸發(fā)模塊包括多塊電磁觸發(fā)板，多塊電磁觸發(fā)板與各相電路中晶閘管組--對應(yīng)連接；所述脈沖分配單元對控制單元的脈沖信號進(jìn)行分相處理，并傳遞至高頻電流源單元，所述高頻電流源單元對分相處理后的脈沖信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、脈沖調(diào)制后生成高頻脈沖電流信號并傳遞至耦合磁環(huán)，所述耦合磁環(huán)對高頻電流信號耦合后再傳遞至電磁觸發(fā)板，所述電磁觸發(fā)板對耦合后的高頻電流信號進(jìn)行限流限幅處理后再輸出至對應(yīng)晶閘管組實(shí)現(xiàn)晶閘管組的觸發(fā)控制。
[0006]所述電磁觸發(fā)單元還包括用于給高頻電流源單元提供電源的直流電源單元。
[0007]還包括用于檢測各相電路中晶閘管組電壓的電壓檢測電路，所述電壓檢測電路與所述電磁觸發(fā)單元相連；所述電壓檢測電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、二極管V1、穩(wěn)壓二極管V2、電容C2，所述電阻Rl和電阻R2串聯(lián)后與所述對應(yīng)晶閘管組并聯(lián)，所述電阻R3與電容C2串聯(lián)后分別與二極管Vl、穩(wěn)壓二極管V2并聯(lián)后再與電阻R2并聯(lián)，所述電容C2并聯(lián)有一信號發(fā)射器；當(dāng)所述晶閘管組承受正向電壓時，所述二極管Vl以及穩(wěn)壓二極管V2處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)所述晶閘管組承受反向電壓時，所述二極管Vl以及穩(wěn)壓二極管V2處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0008]所述晶閘管組包括多個反并聯(lián)晶閘管，多個反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)于每相電路中。
[0009]每個反并聯(lián)晶閘管均并聯(lián)有一阻容吸收回路，所述阻容吸收回路包括相互串聯(lián)的電阻R和電容Cl。
[0010]本發(fā)明還相應(yīng)公開了一種基于如上所述的高壓晶閘管投切電容器裝置的投切方法，包括以下步驟:
在主電路正常運(yùn)行時，所述電壓檢測單元檢測主電路的三相電壓中的Ua和Ub并發(fā)送給控制單元；
所述控制單元根據(jù)Ua和Ub計算線電壓Uab，并生成在線電壓Uab過零時刻的A相和B相脈沖信號并發(fā)送給電磁觸發(fā)單元，并生成C相電壓過零時刻的C相脈沖信號并發(fā)送給電磁觸發(fā)單元；
所述電磁觸發(fā)單元根據(jù)A相、B相和C相脈沖信號生成對應(yīng)時刻的觸發(fā)脈沖信號，在線電壓Uab過零時，將A相和B相觸發(fā)脈沖信號發(fā)送給A相和B相的晶閘管組使其導(dǎo)通，并在后續(xù)C相電壓過零時，將C相觸發(fā)脈沖信號發(fā)送給C相的晶閘管組使其導(dǎo)通，從而完成整個主電路電容器組的補(bǔ)償投入。
[0011]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
所述控制單元的各相脈沖信號經(jīng)脈沖分配單元進(jìn)行分相處理后，經(jīng)高頻電流源單元光電轉(zhuǎn)換、脈沖調(diào)制后生成對應(yīng)相的高頻脈沖電流信號，再經(jīng)耦合磁環(huán)耦合、以及電磁觸發(fā)板限流限幅后生成觸發(fā)脈沖信號發(fā)送至對應(yīng)的晶閘管組進(jìn)行觸發(fā)控制。
[0012]所述控制單元在進(jìn)行脈沖信號發(fā)送前，先通過電壓檢測電路對各相的晶閘管組進(jìn)行電壓檢測，當(dāng)檢測到的電壓異常時，則停止脈沖信號的發(fā)送并輸出報警信號。
[0013]所述脈沖分配單元實(shí)時對高頻電流源單元的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)高頻電流源單元的狀態(tài)異常時，停止對高頻電流源單元的脈沖信號的分配。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明的高壓晶閘管投切電容器裝置，采用晶閘管組進(jìn)行電容器組的投入切換，響應(yīng)速度快，可靠性高；而且通過對各相電壓的監(jiān)控以生成各相晶閘管組的脈沖信號，可調(diào)量少，控制簡單而且控制精準(zhǔn)；晶閘管組通過脈沖信號進(jìn)行觸發(fā)，可有效避免過渡過程的涌流，保障電容器組的安全可靠運(yùn)行。另外晶閘管組采用電磁觸發(fā)的方式進(jìn)行觸發(fā)，結(jié)構(gòu)簡單，而且高頻電流信號進(jìn)行觸發(fā)脈沖的傳遞，抗干擾性強(qiáng)、并且電磁觸發(fā)板無延遲，觸發(fā)脈沖信號精準(zhǔn)。本發(fā)明的高壓晶閘管投切電容器裝置的投切方法不僅具有如上裝置所述的優(yōu)點(diǎn)，而且在對各相晶閘管組進(jìn)行觸發(fā)時，采用A相和B相在線電壓Uab過零時導(dǎo)通，其導(dǎo)通點(diǎn)既不是A相的峰值點(diǎn)也不是B相的峰值點(diǎn)，無滲流投入，并且延時后在C相電壓過零時導(dǎo)通，同樣也無涌流投入；另外只需檢測A相和B相兩相電壓，而C相通過計算獲得，可有效避免電網(wǎng)電壓不對稱等干擾，其穩(wěn)定性更高，較采用三相信號采集的檢測方式、控制更簡單可靠，同時進(jìn)一步限制電容器組投入時刻的涌流。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明投切電容器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中晶閘管組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的電壓檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明中電磁觸發(fā)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中標(biāo)號表示:1、電容器組；2、晶閘管組；21、反并聯(lián)晶閘管；22、阻容吸收回路；3、電磁觸發(fā)單元；31、脈沖分配單元；32、高頻電流源單元；33、親合磁環(huán)；34、電磁觸發(fā)模塊；341、電磁觸發(fā)板；35、直流電源單元；4、電壓檢測電路；5、控制單元；6、電壓檢測單元。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0021]如圖1至圖4所示，本實(shí)施例的高壓晶閘管投切電容器裝置，包括電壓檢測單元6、控制單元5、電磁觸發(fā)單元3以及串聯(lián)于主電路三相電路中的電容器組I以及晶閘管組2，各晶閘管組2的末端采用星形連接，電壓檢測單元6與控制單元5相連，電磁觸發(fā)單元3分別與控制單元5和晶閘管組2相連；電壓檢測單元6檢測各相電路的電壓信號并發(fā)送給控制單元5，控制單元5根據(jù)各相電路的電壓信號生成特定時刻的脈沖信號并發(fā)送給電磁觸發(fā)單元3，電磁觸發(fā)單元3根據(jù)特定時刻的脈沖信號生成特定時刻的觸發(fā)脈沖并發(fā)送給晶閘管組2使對應(yīng)晶閘管組2導(dǎo)通以完成電容器組I的投入；當(dāng)需要切除電容器組I時，控制單元5封鎖脈沖信號的發(fā)送，電磁觸發(fā)單元3停止晶閘管組2的觸發(fā)，晶閘管組2則因無觸發(fā)信號而在電壓過零時刻自然關(guān)斷。本發(fā)明的高壓晶閘管投切電容器裝置，采用晶閘管組2進(jìn)行電容器組I的投入切換，響應(yīng)速度快，可靠性高；而且通過對各相電壓的監(jiān)控以生成各相晶閘管組2的脈沖信號，可調(diào)量少，控制簡單而且控制精準(zhǔn)；晶閘管組2通過脈沖信號進(jìn)行觸發(fā)，可有效避免過渡過程的涌流，保障電容器組I的安全可靠運(yùn)行。
[0022]本實(shí)施例中，電磁觸發(fā)單元3包括依次連接的脈沖分配單元31、高頻電流源單元32、耦合磁環(huán)33、電磁觸發(fā)模塊34以及用于給高頻電流源單元32提供電源的直流電源單元35，脈沖分配單元31與控制單元5相連，電磁觸發(fā)模塊34包括多塊電磁觸發(fā)板341，多塊電磁觸發(fā)板341與各相電路中晶閘管組2 —一對應(yīng)連接；脈沖分配單元31對控制單元5的脈沖信號進(jìn)行分相處理，并傳遞至高頻電流源單元32，高頻電流源單元32對分相處理后的脈沖信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、脈沖調(diào)制后生成高頻脈沖電流信號后，通過高壓絕緣線傳遞至耦合磁環(huán)33，耦合磁環(huán)33對高頻電流信號耦合后再傳遞至電磁觸發(fā)板341，電磁觸發(fā)板341對耦合后的高頻電流信號進(jìn)行限流限幅處理后再輸出至對應(yīng)晶閘管組2實(shí)現(xiàn)晶閘管組2的觸發(fā)控制。晶閘管組2采用電磁觸發(fā)的方式進(jìn)行觸發(fā)，結(jié)構(gòu)簡單，并且高頻電流信號進(jìn)行觸發(fā)脈沖的傳遞，抗干擾性強(qiáng)，另外觸發(fā)無延遲，觸發(fā)脈沖信號精準(zhǔn)；其中電磁觸發(fā)板341不需要外部提供電源，因而不受外界電源穩(wěn)定性的影響，運(yùn)行安全可靠。
[0023]如圖3所示，本實(shí)施例中，還包括用于檢測各相電路中晶閘管組2兩端電壓的電壓檢測電路4，電壓檢測電路4與電磁觸發(fā)單元3相連；電壓檢測電路4包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、二極管V1、穩(wěn)壓二極管V2、電容C2，電阻R1和電阻R2串聯(lián)后與對應(yīng)晶閘管組2并聯(lián)，電阻R3與電容C2串聯(lián)后分別與二極管V1、穩(wěn)壓二極管V2并聯(lián)后再與電阻R2并聯(lián)，電容C2并聯(lián)有一信號發(fā)射器；當(dāng)晶閘管組2承受正向電壓達(dá)到一定值時，二極管VI以及穩(wěn)壓二極管V2處于截止?fàn)顟B(tài)，而