高低压电网功率因数自动补偿控制装置

摘要

本发明公开了一种高低压电网功率因数自动补偿控制装置,在高压电网补偿中,运用高压取样、高压调磁选样电路;高压取样、低压调磁选样电路,在低压电网补偿中,运用低压取样、低压调磁选样;低压自耦调磁选样电路,适用高压CT二次自耦或高压CT至CT2绕组自耦,具有筛选稳定感性电流信号的功能,送至JR构成的控制器,自动控制投切电容器补偿提高功率因数,适用于高低压电网,大、中、小型变电所、配电室自动补偿无功负荷损失。

说明书

本发明属高低压电网功率因数提高技术，特别涉及一种高低压电网功率因数自动补偿控制装置。

目前在高压电网运行的功率因数补偿装置，一般采用人工开合，高压开关投切高压电容，调整功率因数不准确，高压开关灭弧差，触点经常烧坏，原有的低压取样电路通过取样器一次绕组的电容、电阻、电感性负荷电流，取样器不能取出稳定的感性电流信号，投切电容时，使一次绕组电流减增，二次电流至控制器也随之减增，产生电容投切振荡，使开关开启频繁动作烧坏开关。现运行的功率因数控制器由电子元件组装，控制器故障率高，其运行的稳定性、可靠性差，补偿精度不准确，常常产生无效投切，电路复杂，给维修带来诸多不便。

本发明的目的在于解决以上技术不足，提供一种运行在高低压电网中从高低压总电源首端取样，筛选出稳定感性电流信号，至JR热继电器构成的控制电路控制器控制电磁开关或变压器与电磁开关组成的高压开关电路自动补偿，有效投切电容器的高低压电网功率因数自动补偿控制装置。

本发明的任务在于，所述的高低压电网功率因数自动补偿控制装置由高压功率因数补偿部分，低压功率因数补偿部分和控制部分构成，其中高压功率因数补偿部分由高压电网电源电路，高压取样电路、高压调磁选样电路及由它的电感电流至JR控制电路，高压感性、高压补偿容性负荷电路组成，高压感性、容性负荷电路电流经CT1-1一次，CT1-2二次绕组接至低压选样电流互感器CT2-1一次绕组，高压调磁电路由高压电流互感器CT3-2、CT4-2并接，接至低压选样电流互感器CT2-3调磁选样绕组，筛选出感性电流信号由二次CT2-2输出绕组至JR与电磁开关相配合联接构成控制电路控制器，控制高压补偿容性负荷电路，由电力变压器SJ与电磁开关联接组成高压开关电路，低压电容器C经电磁开关接至变压器SJ二次低压侧，容性电流经变压器至变压器SJ一次高压侧母线。

高压取样电路由电感L、电容C电流经高压取样电流互感器CT1-1,CT1-2二次绕组接至低压选样电流互感器CT2-1一次绕组；低压调磁电路由低压容性回路电流互感器CT3-2、CT4-2、CTN-2二次并接至低压选样电流互感器CT2-3调磁绕组，选出感性电流信号由二次CT2-2输出绕组至JR控制电路，(电流互感器CT3-2、CT4-2并接，接至选样电流互感器CT2-3调磁绕组，取出感性负荷信号，根据磁通率=磁势/磁阻=IN/RM，电阻、电感、电容负荷电流通过CT1-1一次。CT1-2二次至CT2-1，通过容性、阻性回路CT3-2、CT4-2二次至CT2-3，使CT2-1和CT2-3电流方向相反，安匝数相等而抵消，电感负荷通过CT1-2或CT2-1使CT2-2输出电感电流信号。通过CT1-1或CT2-1的电流，包括电阻、电容、电感负荷电流，对电容电感负荷电流相互补偿抵消，使CT1-1或CT2-1电容电感电流等值下降而CT2-3、CT3-2、CT4-2回路电容电流是不受电感补偿影响，稳定不变，CT2-3容性电流大于CT2-1容性电流，产生安匝数差变为有效输入，与CT2-1电容、电感抵消下降的安匝数，补充CT2-1电容电流或电感电流下降的安匝数，投切电容时，CT2-2输出电流稳定不变，避免投切电容振荡，筛选取出不受投切电容影响的电感性电流信号送至控制器)由控制电路电源经JR触头接点接至电磁开关线圈控制电磁开关与变压器组成的高压开关电路低压侧接触器CJ投切电容器C至变压器SJ二次，通过变压器变比为高压容性负荷电流，至主回路一次高压侧母线上，实现高压电网功率因数0.9-0.99集中自动补偿无功损失。

在低压电网功率因数自动补偿控制装置中，由低压电网电源电路，低压取样电路、低压调磁电路由CT2-2筛选出电感电流至JR热元件由CT2-2接热继电器与电磁开关相配合联接构成控制电路控制器接至补偿容性负荷电路电磁开关线圈、低压补偿容性负荷电路、阻性负荷电路和电感负荷电路组成，低压调磁选样电路由低压容性、阻性回路的低压电流互感器CT3-2、CT4-2二次绕组并接至选样电流互感器CT2-3调磁绕组、二次CT2-2输出电感电流至JR控制电路；低压取样调磁选样电路由电感L、电阻R、电容C的负荷电流通过取样电流互感器CT1-1一次，CT1-2二次接CT2-2自耦绕组输入端，低压容性、阻性回路电流互感器CT3-2、CT4-2二次并接，至电流互感器CT2-3调磁选样绕组，选样电流互感器二次绕组CT2-2输出端电感电流至JR由CT2-2接至JR构成的控制电路控制器；直接低压取样调磁选样电路，由电感L、电阻R、电容C负荷电流通过电流互感器CT2-1一次由低压电阻R、电容C回路的电流互感器CT3-2、CT4-2二次绕组并接，至选样电流互感器CT2-3自耦绕组调磁选样，经CT2-2输出电感电流至JR由CT2-2接至JR构成的控制电路；低压取样电路由电感L负荷接电流互感器CT1-1后端母线上，电流经电流互感器CT1-1，取样电流互感器CT1-2二次接CT2-2，电容C、电阻R负荷接至取样电流互感器CT1-1前端电源母线上，CT2-2自耦绕组输出端电感电流至JR由CT2-2接至JR构成的控制电路；直接低压取样电路由电感L负荷接至电流互感器CT2-1后端母线上，电流通过电流互感器CT2-1，电容C、电阻R负荷接至CT2-1前端母线上，选样CT2-2选出电感电流由电流互感器CT2-2输出端接至JR构成的控制电路。

电流互感器二次CT2-2电感电流至JR由CT2-2接至双金属片式热继电器1JR-NJR热元件串并联与电磁开关接点串并联或串联由电源经JR触头接点接至电磁开关线圈控制电磁开关动作构成JR热元件串并联信号传送控制器控制电路。电流互感器二次CT2-2输出电感电流至JR控制JR由CT2-2接至双金属片热继电器1JR-NJR热元件并联与电磁开关接点串联由电源经JR触头接点接至电磁开关线圈控制电磁开关动作构成JR热元件并联信号传送控制器控制电路。电流互感二次CT2-2输出电感电流至JR控制JR由CT2-2接至热继电器1JR-NJR热元件构成控制电路控制器。JR控制电路，由电流互感器CT二次电感电流至JR控制JR由CT2-2接至双金属片式热继电器1JR-NJR与电磁开关相配合联接构成的控制电路控制器，控制投切电容C，实现低压电网功率因数0.9-0.99自动补偿。

高低压电网功率因数自动补偿控制装置，选样电流互感器CT2为多抽头、多变比的三绕组、两绕组、两绕组二次自耦；自耦单绕组组成。JR控制电路由指示电路、信号闭锁电路、联锁电路、信号传送电路、分流、分压电路、1JR供电电路、JR-2接点自分流信号传送电路、电流大小粗调微调电路组成。

该功率因数自动补偿控制装置主要优点是：在高压电网功率因数自动补偿中，运用高压取样、高压调磁电路；高压取样、低压调磁电路，在低压电网功率因数自动补偿中，运用低压取样、低压调磁、低压自耦调磁选样电路，也适用高压CT二次自耦或高压CT至CT2绕组自耦选样，取样电流准确，具有筛选稳定感性电流信号的功能控制JR，有效投切电容器，解决高低压电网功率因数自动补偿，高低压取样调磁选样电路互相通用，此电路具有选出电感L、电阻R、电容C、其中任意电流信号功能、设计科学，电路简便，经久耐用，易于维修制作。

附图说明：

图1示高压电网功率因数自动补偿控制装置高压取样高压调磁选样至JR控制电路及高压补偿容性负荷电路电感负荷电路电路图。

图2示高压电网功率因数自动补偿控制装置高压取样低压调磁选样至JR控制电路及高压补偿容性负荷电路高低压电感负荷电路电路图。

图3示低压功率因数自动补偿控制装置低压取样低压调磁选样至JR控制电路及低压补偿容性负荷电路和电感、电阻负荷电路电路图。

图4示低压功率因数自动补偿控制装置直接低压取样低压调磁选样至JR控制电路及低压补偿容性负荷、电阻、电感负荷电路电路图。

图5示低压功率因数自动补偿控制装置低压取样至JR控制电路及低压补偿容性负荷电路、电感、电阻负荷电路电路图。

图6示低压功率因数自动补偿控制装置低压直接取样至JR控制电路及低压补偿容性负荷电路、电感、电阻负荷电路电路图。

图7示15回路JR热元件串并联功率因数自动补偿控制器电路图之一。

图8示15回路JR热元件串并联功率因数自动补偿控制器电路图之二。

图9示由15回路改为10回路JR热元件串并联功率因数自动补偿控制器电路图。

图10示由10回路改为7回路JR热元件串并联功率因数自动补偿控制器电路图。

图11示由10回路改为9回路JR热元件串并联功率因数自动补偿控制器电路图。

图12示9回路JR热元件并联功率因数自动补偿控制器电路图。

图13示由9回路改为2-4回路JR热元件并联功率因数自动补偿控制器电路图。

实施例一：图1为高压电网功率因数自动补偿控制装置电路，为高压取样、高压调磁选样电路，由高压电网电源电路，高压取样电路高压调磁电路至JR控制电路，高压电感负荷电路、高压补偿容性负荷电路组成。由高压电源开关SN经高压取样电路CT1-1一次，接至电感负荷L、补偿电容C电力变压器SJ一次，CT1-2二次绕组至低压选样电流互感器CT2-1一次绕组，高压调磁电路由容性回路高压电流互感器CT3-2、CT4-2并接，接至选样电流互感器CT2-3调磁绕组，(可由CT3-2至CTN-2并接至CT2-3绕组)二次CT2-2输出绕组筛选出电感电流信号至JR控制JR由CT2-2接至热继电器与电磁开关相联接构成的控制电路，控制电磁开关接触器CJ-10等线圈CJ-10动作投切电容器C至电力变压器SJ二次低压侧通过变压器SJ变比变压为高压电容负荷电流送至变压器SJ一次经GN8、LFG、SN-10至高压侧母线，取代高压开关投切高压电容器负荷，实施高压电网功率因数集中自动补偿，适用于高压电网大型变电所若干台变压器补偿无功负荷损失。

实施例二：图2为高压电网功率因数自动补偿控制装置，为高压取样、低压调磁选样电路，由高压电网电源电路，高压取样电路低压调磁电路至JR控制电路、高低压电感负荷电路、高压补偿容性负荷电路组成，由高压电源开关SN至高压取样电路，经高压电流互感器CT1-1一次至电感L、补偿电容器变压器一次，CT1-2二次绕组接至低压选样电流互感器CT2-1一次绕组，低压容性回路电流互感器CT3-2至CTN-2二次并接，接至CT2-3调磁绕组，筛选出电感电流信号，由CT2-2输出绕组至JR控制电路控制器，控制变压器SJ二次低压侧电磁开关CJ-10等线圈CJ-10动作投切电容器C送至变压器SJ二次低压侧，变为高压电容电流，送至变压器SJ一次高压侧母线。实施高压电网功率因数集中自动补偿，适用于高压中型变电所。多台变压器无功负荷补偿。

实施例三：图3为低压功率因数自动补偿控制装置电路结构，由低压电源电路，在电源首端取样，低压取样电路，低压调磁选样电路，筛选出电感电流至JR控制器控制电路，低压电阻、电感负荷电路，低压补偿容性负荷电路组成，由低压电源开关DW经电流互感器CT1-1至电阻R、电感L、电容负荷，使R、L、C负荷电流通过CT1-1一次CT1-2二次接至选样电流互感器CT2-2自耦绕组输入端，低压容性、阻性回路CT3-2、CT4-2二次并接接至CT2-2中的部分绕组CT2-3自耦调磁绕组(或由CT3-2至CTN-2二次至CT2-3、只1个容性回路的由CT4-2接至CT2-3绕组)筛选出电感电流信号至JR控制JR由CT2-2绕组输出端接JR与电磁开关相联接构成的控制电路控制器控制电磁开关接触器等线圈接触动作投切电容器电流通过JR、XL、CJ10、RL1、DW送至变压器二次电源母线上，集中自动补偿功率因数，适用于低压单台变压器无功负荷补偿。

实施例四：图4为低压电网功率因数自动补偿控制装置电路结构，同图3，由图3的CT2替代CT1直接取样调磁选样输出至JR控制电路。

实施例五：图5为低压电网功率因数自动补偿装置电路结构的低压取样电路，由低压电源开关DW分别接至电阻负荷R、电容负荷C、电感负荷L的负载，使电感负荷电流接CT1-1后端母线，电流通过取样电流互感器CT1-1一次、CT1-2二次接至选样电流互感器CT2-2自耦绕组输入端，电容C负荷、电阻R负荷接至取样电流互感器CT1-1一次前端母线上，电流不通过取样电流互感器CT1-1，由电流互感器CT2-2输出筛选电感电流至JR由CT2-2接至JR控制电路控制器，控制电磁开关投切电容C，通过JR、XL、CJ10、RL1、DW送至电源首端母线上，集中自动补偿功率因数，适用于低压单台变压器无功负荷补偿。

实施例六：图6同图5由图5的CT2替代CT1，直接取样至JR控制电路控制器。

实施例七：图7、8、9、10为高低压电网功率因数自动补偿装置的15、10、7路JR热元件串并联控制电路原理图，控制电路由指示电路、信号闭锁电路、供电电路、信号传送电路、分流、分压电路、联锁电路、1JR自分流电路电流大小微调粗调电路组成。控制电路由电流互感器为三绕组、两绕组、两绕组二次自耦和自耦单绕组多抽头多变比电流互感器CT2-2串接电流表A，接热继电器1JR-NJR热元件、电阻R绕组串并联与中间继电器1J-NJ、热继电器1JR-2接点串并联或串联由电源经JR触头至电磁开关线圈控制电磁开关动作构成JR热元件串并联信号传送控制电路控制器。

选样电流互感器CT2-2的K1串接电流表A或K1、K2并接电压表，控制器接功率因数表、JR或J输出点至控制器输出端子输出C相经接触器线圈至B相，二极管、电阻、发光二极管串联并接接触器线圈两端或电阻、发光二极管串联并接接触器线圈两端构成指示电路。由电源c相接至手动开关KNX-1至KNX-15，由KNX-1至KNX-15另一端接控制器输出端，构成手动投切电路。控制器电源开关K常闭接点，并接在K1、K2两端对选样电流互感器CT2-2二次短接，构成闭锁电路；使JR控制器停止工作时JR热元件无电流信号。

变压器二次一端接K1另一端串2J接点R1、1JR绕组接至K1构成对1JR绕组供电电路2J动作使1JR维持动作状态。

1JR热元件与1J接点串联接至K1、K2构成信号传送电路。2JR、9JR串联与1J、3J接点串并联接至K1、K2构成对2JR、9JR信号传送电路和对1JR分流对2JR和9JR分压电路。3JR-8JR、R2串并联与2J、3J、4J接点串并联至K1、K2构成对3JR-9JR的信号传送电路及对2JR热元件分流、对2JR-9JR热元件分压电路。10JR-13JR热元件串并联与3JZ7接点串联接至K1、K2构成对10JR-13JR热元件信号传送和对2JR-9JR分流电路。14.15JR热元件R3串并联与4JZ7接点串联接至K1、K2构成对14-15JR、R3信号传送电路和对2JR-13JR的分流电路。2J接点一端接电源，另一端接1JR输出接点构成对1JR联锁电路。JR继电器下端加装热继电器1JR-2接点自并分流电阻构成1JR自分流电路。图8的15回路改10回路，将R2两端短接，拆除R2、R3和4J常开常闭及11JR至15JR。图9的10回路改7回路，将9JR及8JR两端短接，拆除8-10JR,R2、R3和3J常开常闭触点。如图9、10所示拆除JR，用电阻R取代部分JR热元件或不用电阻代JR热元件可分别改制14、13、12……2中任意回路。

实施例八：图11由图9将1J常开短接拆除3J常开、常闭触点和10JR热元件、电阻R2、R3改制。

实施例九：图12为9回路JR热元件并联功率因数自动补偿控制器电路图，控制电路由选样电流互感器CT2-2二次串接电流表A，接至热继电器的热元件1JR-NJR、电阻R绕组并联与中间继电器1J-NJ接点串联由电源经JR触头接点接1J-NJ线圈控制1J-NJ动作构成JR热元件并联控制器控制电路。闭锁电路、联锁电路、供电电路与1JR信号传送电路、1JR自分流电路与图8相同。

2JR.9JR热元件并接K1、K2构成信号传送电路。3JR-6JR并联与2J接点串联接至K1、K2构成对3JR-6JR信号传送电路和对9JR、2JR分流电路。7JR热元件串接5J接点，8JR热元件串接6J接点并接在K1、K2，构成7JR、8JR信号传送和2JR至6JR和9JR分流电路。拆除JR，用电阻R代9JR-3JR中部分热元件或不用电阻代JR热元件可分别改成8、7、6……2中任意回路。

实施例十：图13为2-4回路控制电路，它由图12的9回路拆除1JR、5-9JR和2J、5J、6J，由1JR热元件并接电流互感器CT2-2的K1、K2两端构成对1JR热元件的信号传送。2-3JR热元件并联与1CJ10常开接点串联并接在K1、K2两端构成对1JR的分流和对2-3JR的电流信号传送。3JR下端加装热继电器3JR-2接点，负荷增加时接通，构成对4JR热元件的信号传送和对1-3JR热元件的自分流。在图8至图13中，根据JR规格不同选择分回路组成控制电路。

控制器技术条件：

1．电源220V、380V±10％

2．频率50Hz

3．消耗容量10VA

4．输出接点220V/380V/5A

5．输出回路15-2之间任意回路

6．高低压一次取样电流≤2000A以下任意值

7．自动延时5-360s

8．力率0.9～0.99之间任意值

高低压电网功率因数自动补偿控制装置工作时，由电源至取样器CT1一次或CT2-1一次至电感L、电容C、电阻R负荷。电阻、电容负荷经CT2-3、CT3-2 CT4-2调磁至CT2-2输出电感电流信号至控制器。

短路绕组或可调电阻R为电流大小微调(一般可拆除不用)、CT2选样器为多抽头、多变比，调整开关(波段开关、分线开关等PK)或端子接线，选择其中一种变比，为电流大小粗调，调整CT2-2电感电流大小确定程序电流值至控制器。动作低压程序电流值为10A以上任意值，高压电流互感器CT1-2至低压取样电流互感器CT2-1,CT2-2至控制器，高压程序电流值为1A以上任意值，如高、低压CT增减变比，程序电流值成正比增减。高压、低压程序电流值供用户选择调整控制器的动作电流值及动作回路多少。(图中电源开关K至手动位置)使电源开关K至自动通位电源开关常开点接通，控制器开始工作，同时电源开关K常闭点断开，将取样电流送至控制器控制接触器投切电容器，根据用户负荷、功率因数值，计算补偿电容总容量，将电容器总容量分配控制器动作控制接触器投切电容器的回路上，增减电容器台数，使电容器电流随电感电流而增减电容电流，自动补偿提高功率因数值。

在高压补偿控制过程中，设定最大负荷月平均有功功率300千瓦，功率因数由0.6提高至0.9，需要补偿总容量为255千乏。

高压感性回路变压器等负荷电流约为30A，使用10回路控制器控制投切电容器C，选择控制器程序电流值约为3A。高压感性负荷电流每增加3A，控制器就增加输出一个回路，控制接触器投入25千乏电容。

在低压补偿控制过程中，设定最大负荷月平均有功功率300千瓦，功率因数由0.6提高至0.9，需要补偿总容量为255千乏。

低压感性回路电动机等负荷电流约为600A，使用10回路控制器投切电容器C，选择控制器程序动作电流值约为60A，低压感性负荷电流每增加60A，控制器就增加输出一个回路，控制接触器投入25千乏电容。感性负荷每增加一个程序电流值，控制器就增加一个输出回路。

高低压电网功率因数自动补偿控制装置，适用于高低压大型、中型、小型变电所、配电室杆上变压器的集中补偿及单机就地补偿无功负荷损失，自动控制投切电容器，补偿提高功率因数。