HZTQ系列智能电容投切器的研制开发.docx

HZTQ系列智能电容投切器的研制开发
时间：2009-12-15  来源：赛尔电气应用
随着国内用电的钢性需求剧增，大量感性负载的投入运行及电力电子元件的频繁启用， 造成电力系统功率因数降低，电能无功损耗增加，电网污染。为提高现有送变电设备的效率，节约能源，各种不同静态，动态的无功补偿装置纷纷推出。面对补偿装置合闸瞬时的涌流问题，研制开发可靠投切电力电容器的开关元件成为十分重要的课题。
　　1 国内现有开关元件的基本情况
　　传统的低压电容器补偿装置中大多采用交流接触器串接电抗器来投切电容器，电抗器有良好的抑制合闸涌流的作用，但因体积大、耗铜多，逐步被切换电容器接触器替代。后者通过限流电阻将合闸涌流抑制至电容器额定电流的20倍以内，基本保证电容器的正常运行。目前另一类快速开关元件应用至动态无功补偿装置中。大致有晶闸管模块无触点开关的无功动补投切调节器(TSC)、智能复合开关、智能电容投切器三种。它们均利用电子开关反应速度快的特点，采用过零触发电路触发导通可控硅，迅速投入电容器，解决了合闸涌流的问题。但晶闸管无触点开关导通时要产生结间压降，消耗电能并严重发热，必须加接散热装置，价格成本高。而电容复合开关内选用了磁保持继电器，实现投入电容无涌流和运行不发热、节能的目标，然而由于磁保持继电器的触板薄、触点小，承载电容器在线通流能力弱。且磁保持继电器的机械寿命短，故障率较高。于是思考将可控硅与接触器的优点组合，研发了一种新型无功补偿投切开关——智能电容投切器。
　　2 HZTQ 电容投切器的结构和工作原理
　　2.1 HZTQ 电容投切器结构
　　HZTQ系列智能电容投切器是由切换电容器接触器转化改进后的产品。结构如图1所示，它以电子模块替代限流电阻装置，选用大功率、高耐压的可控硅Q作为瞬间通断的开关元件，与接触器的大容量触头K并联。其工作原理十分简化，合闸时由单片机逻辑程序发出控制信号，采用MOC3081典型的过零触发电路(见图2)，检测到开关元件两端电压过零时触发导通可控硅，快速完成电容器的无涌流投入。待接触器可靠吸合触头导通后，关断可控硅，转到专用接触器下运行。

　　2.2 HZTQ 电容投切器工作原理
　　该系列智能电容投切器每相用两只可控硅Q1与Q2反向并联，充分利用可控硅瞬间(1~2周波内)可过载10倍额定电流的特性，及接触器大容量触头承载在线通流能力强的特点，可用来投切高至100kvar的大容量电容器。专用接触器的机械寿命高达100万次，确保其工作的可靠性和稳定性。
　　3 HZTQ 电容投切器的智能化
　　该系列电容投切器采用PIC12C508A单片机(Microchip公司产品)程序实现投切器的智能化，主要体现在以下各类保护功能中。
　　3.1. 缺相保护
　　三相共补型电容投切器能自动检测电源输入端电压正常与否，当供电电源缺相时，投切器能拒绝电容器的投入，并给出红灯缺相故障显示。
　　3.2. 接触器触头导通保护
　　三相共补型电容投切器还能自动检测接触器部件触头导通正常与否，当无功补偿控制器输出信号过低，接触器无法正常吸合，导致其触头导通故障时，投切器能立即切断接触器线圈的控制电源，并显示故障信号(红、绿两灯同时亮)。
　3.3. 其控制电路软件的主流程(见图3)

4. 试验结论
　　(1)经委托苏州电器科学研究所有限公司对HZTQ系列智能电容投切器包括涌流控制能力等9个项目进行检测，均符合GB 14048.1, GB 14048.5 及 GB14549的要求。 图4为HZTQ1-50/G电容投切器合闸涌流试验示波图，被投电容器容量为50kvar, 额定电流I=64.6A,
　　通过示波器实测合闸瞬间最大涌流I (涌)=138A，I (涌)/ I=2.13，不大于3倍电容器额定电流。
　　(2)无触点可控硅导通的动作响应时间仅为118ms，电容器的投入十分快捷。

5. 结语
　　HZTQ 系列智能电容投切器有三相共补和单相分补两类，对于一般工厂和小区非常适用， 尤当用于无功量变化时间大于数十秒的地区，能较好满足无功补偿的要求，并具有对电网无冲击、安全、经济、使用寿命长的优点。该产品投放市场两年多来效果良好。