一种实现预损坏退出的智能电容器装置
阅读：2发布：2020-11-25
专利汇可以提供一种实现预损坏退出的智能电容器装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及电 力 系统技术领域，公开了一种在电力系统中为低压无功补偿设备所用到的且实现预损坏退出的智能电容器装置。所述智能电容器装置包括电容器（C1）、投切 开关 （QK1）、电抗器（L1）、 电流 互感器（TA1）、 电压 互感器TV1）、A/D转换器、 微处理器 和 存储器 。由此可以根据计算得到的损耗正切值来判断电容器是否处于临近损换状态，并根据判断结果控制电容器 串联 线路的断开或闭合，从而可以实现在电容器临近损坏时，让电容器脱离主 电路 ，有效降低电容器的工作 风 险。此外，所述智能电容器装置还具有实用性强、运动可靠、结构简单和成本低等优点，便于实际推广和使用。，下面是一种实现预损坏退出的智能电容器装置专利的具体信息内容。
1.一种实现预损坏退出的智能电容器装置，其特征在于，包括电容器（C1）、投切开关（QK1）、电抗器（L1）、电流互感器（TA1）、电压互感器（TV1）、A/D转换器、微处理器和存储器；
所述电容器（C1）、所述投切开关（QK1）和所述电抗器（L1）串联，所述电流互感器（TA1）的一次侧和所述电压互感器（TV1）的一次侧分别连接在所述电抗器（L1）的且靠近所述电容器（C1）的一端，所述电流互感器（TA1）的二次侧和所述电压互感器（TV1）的二次侧分别连接所述A/D转换器的输入端，所述A/D转换器输出端连接所述微处理器，所述微处理器连接所述存储器，同时所述微处理器的控制输出端连接所述投切开关（QK1）的受控端。
2.如权利要求1所述的一种实现预损坏退出的智能电容器装置，其特征在于，所述实现预损换退出的智能电容器装置还包括分别连接所述微处理器的温度传感器、工作指示模块和无线收发器中的任意一种或它们的任意组合。
3.如权利要求2所述的一种实现预损坏退出的智能电容器装置，其特征在于，所述工作指示模块包括声光报警器和/或LED指示灯。
4.如权利要求2所述的一种实现预损坏退出的智能电容器装置，其特征在于，所述无线收发器为WiFi无线收发器、蓝牙无线收发器和ZigBee无线收发器中的任意一种或它们的任意组合。
5.如权利要求1所述的一种实现预损坏退出的智能电容器装置，其特征在于，所述实现预损坏退出的智能电容器装置还包括与所述电容器（C1）串联的断路器（QF1）。
6.如权利要求1所述的一种实现预损坏退出的智能电容器装置，其特征在于，所述投切开关（QK1）为交流接触器、可控硅开关、复合开关和选相开关中的任意一种。
7.如权利要求6所述的一种实现预损坏退出的智能电容器装置，其特征在于，所述复合开关为由双向可控硅（T1）与接触器（KM1）构成的并联电路结构，其中，所述双向可控硅（T1）的控制极即为所述投切开关（QK1）的受控端。
8.如权利要求1所述的一种实现预损坏退出的智能电容器装置，其特征在于，所述电容器（C1）为低压电力电容器。
一种实现预损坏退出的智能电容器装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电力系统技术领域，具体地，涉及一种在电力系统中为低压无功补偿设备所用到的且实现预损坏退出的智能电容器装置。
背景技术
[0002] 在电力系统中为低压无功补偿设备所用到的电容器，通常是采用高分子化合物作为绝缘介质，由于高分子化合物存在一个普遍缺点就是容易老化（电容器介质老化的原因有很多，包括生产工艺和环境等），当介质老化以后，电容器将处于危险运行状态，随时都有可能损坏，如此将会对整个低压无功补偿设备的工作带来不利影响，严重时甚至会烧毁低压无功补偿设备内的其它器件。
[0003] 针对电容器易老化的问题，目前有的电容器厂商通过在电容器内部埋设温度电阻来解决这个问题，但是在实际应用中，电容器的温度上升不能做为电容器已经损坏的绝对依据，只能让电容器在温度降下来后继续使用。如此这种措施将会使电容器在快损坏时仍继续工作，不但会影响整个低压无功补偿设备所发挥的提升功率因数的作用，还会使电容器在更危险的状况下工作，增大损坏时所带来的不利影响。因此如何实现在电容器临近损坏时，让电容器脱离主电路是目前迫切需要解决的问题。实用新型内容
[0004] 针对前述现有电容器存在的问题，本实用新型提供了一种实现预损坏退出的智能电容器装置，可以根据计算得到的损耗正切值来判断电容器是否处于临近损换状态，并根据判断结果控制电容器串联线路的断开或闭合，从而可以实现在电容器临近损坏时，让电容器脱离主电路，有效降低电容器的工作风险。此外，所述智能电容器装置还具有实用性强、运动可靠、结构简单和成本低等优点，便于实际推广和使用。
[0005] 本实用新型采用的技术方案,提供了一种实现预损坏退出的智能电容器装置，包括电容器、投切开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、A/D转换器、微处理器和存储器；所述电容器、所述投切开关和所述电抗器串联，所述电流互感器的一次侧和所述电压互感器的一次侧分别连接在所述电抗器的且靠近所述电容器的一端，所述电流互感器的二次侧和所述电压互感器的二次侧分别连接所述A/D转换器的输入端，所述A/D转换器输出端连接所述微处理器，所述微处理器连接所述存储器，同时所述微处理器的控制输出端连接所述投切开关的受控端。
[0006] 优化的，所述实现预损换退出的智能电容器装置还包括分别连接所述微处理器的温度传感器、工作指示模块和无线收发器中的任意一种或它们的任意组合。进一步优化的，所述工作指示模块包括声光报警器和/或LED指示灯。所述无线收发器为WiFi无线收发器、蓝牙无线收发器和ZigBee无线收发器中的任意一种或它们的任意组合。
[0007] 优化的，所述实现预损坏退出的智能电容器装置还包括与所述电容器串联的断路器。
[0008] 优化的，所述投切开关为交流接触器、可控硅开关、复合开关和选相开关中的任意一种。进一步优化的，所述复合开关为由双向可控硅与接触器构成的并联电路结构，其中，所述双向可控硅的控制极即为所述投切开关的受控端。
[0009] 优化的，所述电容器为低压电力电容器。
[0010] 综上，采用本实用新型所提供的一种实现预损坏退出的智能电容器装置，具有如下有益效果：（1）可以根据计算得到的损耗正切值来判断电容器是否处于临近损换状态，并根据判断结果控制电容器串联线路的断开或闭合，从而可以实现在电容器临近损坏时，让电容器脱离主电路，有效降低电容器的工作风险；（2）可以在环境温度过高时，临时让电容器脱离主电路，并在环境温度正常后使电容器重新接入主电路，如此可规避环境温度过高对电容器介质老化的不利影响，延长电容器的使用寿命，同时兼顾了环境温度变化对电容有功值的影响，可提供对电容器的损坏状态的判断准确性；（3）可以实时指示当前的工作状态，并可在判定电容器处于临近损坏状态时发出报警信号，如此可及时向维护人员反映情况，增强实用性；（4）通过采用由双向可控硅与接触器构成的并联电路结构作为投切开关，可以及时地对电容器串联线路进行断开或闭合，保障所述智能电容器装置的可靠运行；（5）所述智能电容器装置还具有结构简单成本低等优点，便于实际推广和使用。附图说明
[0011] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012] 图1是本实用新型提供的实现预损坏退出的智能电容器装置的电路结构示意图。
[0013] 图2是本实用新型提供的实现预损坏退出的智能电容器装置的工作方法流程图。
具体实施方式
[0014] 以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的实现预损坏退出的智能电容器装置。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
[0015] 本文中描述的各种技术可以用于但不限于电力系统技术领域，还可以用于其它类似领域。
[0016] 本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
[0017] 实施例一
[0018] 图1示出了本实用新型提供的实现预损坏退出的智能电容器装置的电路结构示意图，图2示出了本实用新型提供的实现预损坏退出的智能电容器装置的工作方法流程图。本实施例提供的所述实现预损坏退出的智能电容器装置，包括电容器C1、投切开关QK1、电抗器L1、电流互感器TA1、电压互感器TV1、A/D转换器、微处理器和存储器；所述电容器C1、所述投切开关QK1和所述电抗器L1串联，所述电流互感器TA1的一次侧和所述电压互感器TV1的一次侧分别连接在所述电抗器L1的且靠近所述电容器C1的一端，所述电流互感器TA1的二次侧和所述电压互感器TV1的二次侧分别连接所述A/D转换器的输入端，所述A/D转换器输出端连接所述微处理器，所述微处理器连接所述存储器，同时所述微处理器的控制输出端连接所述投切开关QK1的受控端。
[0019] 如图1至2所示，在所述智能电容器装置的电路结构中，所述电容器C1、所述投切开关QK1和所述电抗器L1依次串联，构成一串联线路，其中，所述电容器C1用于实现电容器的基本功能；所述投切开关QK1用于在所述微处理器的控制下断开或闭合所述串联线路；所述电抗器L1用于消除直流电流；所述电流互感器TA1用于利用电磁感应原理采集所述串联线路中的即时电流信号（即为交流电流模拟信号）；所述电压互感器TV1用于利用电磁感应原理采集所述串联线路中的即时电压信号（即为交流电压模拟信号）；所述A/D转换器用于对所述即时电流信号和所述即时电压信号进行模数转换，得到对应的数字化即时电流信息和数字化即时电压信息；所述微处理器用于根据所述数字化即时电流信息和数字化即时电压信息计算即时有功功率P和即时无功功率Q（可根据两者信号的相位差和幅值分别计算获取），然后计算即时损耗正切值tand=P/Q，再然后根据计算得到的损耗正切值来判断电容器是否处于临近损换状态，最后根据判断结果向所述投切开关QK1发送投切断开信号或投切闭合信号，进而控制电容器串联线路的断开或闭合，其可以但不限于采用型号为STM32F103RCT6的ARM芯片；所述存储器用于存储诸如软件程序、设定参数（例如后述的第一损耗容忍值和第一环境温度值）和历史采集信息等数字信息，其可以但不限于采用型号为W25Q64的FLASH存储器（即闪存）。此外还应当包括直流电源，用于为所述微处理器、所述A/D转换器和所述存储器等提供电能支持。
[0020] 如图2所示，所述实现预损坏退出的智能电容器装置的工作方法可以但不限于包括如下步骤：S101.通过电流互感器采集即时电流信号，同时通过电压互感器采集即时电压信号；S102.通过A/D转换器分别对所述即时电流信号和所述即时电压信号进行模数转换，得到对应的数字化即时电流信息和数字化即时电压信息；S103.微处理器根据所述数字化即时电流信息和数字化即时电压信息计算即时有功功率P和即时无功功率Q，然后计算即时损耗正切值tand=P/Q；S104.微处理器判断所述即时损耗正切值tand是否小于第一损耗容忍值，若判定所述即时损耗正切值tand不小于所述第一损耗容忍值时，则在输出控制端向投切开关发送投切断开信号；S105.投切开关根据所述投切断开信号断开串联线路。在步骤S104中，所述第一损耗容忍值可以但不限于为预设或默认的最大损耗容忍值，例如预设为1%，所述即时损耗正切值tand超过1%时，即认定所述电容器C1已经处于临近损坏状态，此时控制电容器串联线路的断开，让电容器脱离主电路，实现预损坏退出，从而能够有效降低电容器的工作风险。此外，所述智能电容器装置还具有实用性强、运动可靠、结构简单和成本低等优点，便于实际推广和使用。
[0021] 优化的，所述实现预损换退出的智能电容器装置还包括分别连接所述微处理器的温度传感器、工作指示模块和无线收发器中的任意一种或它们的任意组合。如图1所示，通过所述温度传感器可以使所述微处理器获取所述电容器C1所处环境的即时环境温度值，以便在工作过程中引入对环境温度的考虑。由此如图2所示，在步骤S105之后还可以但不限于包括如下步骤：S106.通过所述温度传感器获取即时环境温度值，然后由微处理器判断所述即时环境温度值是否低于第一环境温度值，若判定所述即时环境温度值低于所述第一环境温度值且所述即时损耗正切值tand小于所述第一损耗容忍值时，则在输出控制端向投切开关发送投切闭合信号；S107.投切开关根据所述投切闭合信号闭合串联线路。在步骤S106中，所述第一环境温度值可以但不限于为预设或默认的常温值，例如30摄氏度。因此通过前述工作方式，可以在环境温度过高时，临时让电容器脱离主电路（此时可不作损坏报警），并在环境温度正常后使电容器重新接入主电路，如此可规避环境温度过高对电容器介质老化的不利影响，延长电容器的使用寿命，同时兼顾了环境温度变化对电容有功值的影响，可提供对电容器的损坏状态的判断准确性。此外，所述工作指示模块用于实时指示当前所述智能电容器装置的工作状态，以便进行预警，其可以但不限于包括声光报警器和/或LED指示灯；所述无线收发器用于远程无线传送当前所述智能电容器装置的工作状态信息，以便远端维护人员掌握所述智能电容器装置的工作状态，其可以但不限于为WiFi无线收发器、蓝牙无线收发器和ZigBee无线收发器中的任意一种或它们的任意组合。因此还可以实时指示当前的工作状态，并可在判定电容器处于临近损坏状态时发出报警信号，如此可及时向维护人员反映情况，增强实用性。
[0022] 优化的，所述实现预损坏退出的智能电容器装置还包括与所述电容器C1串联的断路器QF1。如图1所示，所述断路器QF1连接在所述电抗器L1的且远离所述电容器C1的一端，通过所述断路器QF1，还可以通过手动方式断开或闭合所述串联线路，方便维护人员进行维护。
[0023] 优化的，所述投切开关QK1可以但不限于为交流接触器、可控硅开关、复合开关和选相开关中的任意一种。作为进一步优化的，如图1所示，在本实施例中，所述复合开关为由双向可控硅T1与接触器KM1构成的并联电路结构，其中，所述双向可控硅T1的控制极即为所述投切开关QK1的受控端。由此可以结合可控硅和接触器两者的优点及时地对电容器串联线路进行断开或闭合，保障所述智能电容器装置的可靠运行。
[0024] 优化的，所述电容器C1为低压电力电容器。可以使所述智能电容器装置适用于电压400V以下的电力系统设备中。
[0025] 综上，本实施例所提供的实现预损坏退出的智能电容器装置，具有如下有益效果：（1）可以根据计算得到的损耗正切值来判断电容器是否处于临近损换状态，并根据判断结果控制电容器串联线路的断开或闭合，从而可以实现在电容器临近损坏时，让电容器脱离主电路，有效降低电容器的工作风险；（2）可以在环境温度过高时，临时让电容器脱离主电路，并在环境温度正常后使电容器重新接入主电路，如此可规避环境温度过高对电容器介质老化的不利影响，延长电容器的使用寿命，同时兼顾了环境温度变化对电容有功值的影响，可提供对电容器的损坏状态的判断准确性；（3）可以实时指示当前的工作状态，并可在判定电容器处于临近损坏状态时发出报警信号，如此可及时向维护人员反映情况，增强实用性（；4）通过采用由双向可控硅与接触器构成的并联电路结构作为投切开关，可以及时地对电容器串联线路进行断开或闭合，保障所述智能电容器装置的可靠运行（；5）所述智能电容器装置还具有结构简单成本低等优点，便于实际推广和使用。
[0026] 如上所述，可较好地实现本实用新型。对于本领域的技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出不同形式的实现预损坏退出的智能电容器装置并不需要创造性的劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。
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