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1、(10)申请公布号 CN 102842911 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 2 9 1 1 A *CN102842911A* (21)申请号 201210331172.8 (22)申请日 2012.09.07 H02J 3/18(2006.01) H02H 7/16(2006.01) (71)申请人西安船舶工程研究院有限公司 地址 710077 陕西省西安市高新区团结南路 35号 (72)发明人韦宝平 樊荣 李江文 赵宽明 雷鸣 (74)专利代理机构西安智邦专利商标代理有限 公司 61211 代理人姚敏杰 (54) 发明名称 矿用动态无功补偿装置 (。
2、57) 摘要 本发明涉及一种矿用动态无功补偿装置，该 矿用动态无功补偿装置包括ABC三相电源侧、隔 离开关、功率因数控制单元、单相电压互感器、2 控3式复合开关、复合开关控制器、三相电压变换 器以及电容器组；三相电压变换器包括一次端以 及二次端；三相电压变换器的一次端与电容器组 并联后依次通过2控3式复合开关以及隔离开 关接入ABC三相电源侧；复合开关控制器分别与 2控3式复合开关和功率因数控制单元相连；隔 离开关通过单相电压互感器接入功率因数控制单 元；功率因数控制单元接入ABC三相电源侧。本发 明提供了一种可提高功率因数、节约电能以及降 低系统损耗的矿用动态无功补偿装置。 (51)Int.。
3、Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种矿用动态无功补偿装置，其特征在于：所述矿用动态无功补偿装置包括ABC三 相电源侧、隔离开关、功率因数控制单元、单相电压互感器、2控3式复合开关、复合开关控 制器、三相电压变换器以及电容器组；所述三相电压变换器包括一次端以及二次端；所述 三相电压变换器的一次端与电容器组并联后依次通过2控3式复合开关以及隔离开关接 入ABC三相电源侧；所述复合开关控制器分别与2控3式复合开关和功率因数控制单元相 连；所述隔离开关通过单相电。
4、压互感器接入功率因数控制单元；所述功率因数控制单元接 入ABC三相电源侧。 2.根据权利要求1所述的矿用动态无功补偿装置，其特征在于：所述2控3式复合开 关第一晶闸管组、第二晶闸管组、第一接触器以及第二接触器；所述第一晶闸管组与第一接 触器并联后的一端通过隔离开关接入A相电源输入端，另一端接入电容器组；所述第二晶 闸管组与第二接触器并联后的一端通过隔离开关接入C相电源输入端，另一端接入电容器 组；所述B相电源输入端通过隔离开关接入电容器组；所述复合开关控制器控制第一接触 器以及第二接触器的开启或闭合；所述复合开关控制器对第一晶闸管组以及第二晶闸管组 进行触发。 3.根据权利要求2所述的矿用动态。
5、无功补偿装置，其特征在于：所述复合开关控制器 包括开关电源、电压比较电路、相序检测电路、A相过零检测电路、C相过零检测电路、单片 机主控制器、故障复位输入端、投切指令接收端、投切使能信号输入端、接触器反馈信号输 入端、控制器故障输出端、接触器投切电路以及晶闸管过零触发电路；所述开关电源通过电 压比较电路接入单片机主控制器；所述相序检测电路分别通过A相过零检测电路以及C相 过零检测电路接入单片机主控制器；所述故障复位输入端、投切指令接收端、投切使能信号 输入端以及接触器反馈信号输入端分别接入单片机主控制器；所述单片机主控制器接入控 制器故障输出端、接触器投切电路以及晶闸管过零触发电路；所述接触器。
6、投切电路控制第 一接触器以及第二接触器的开启或闭合；所述晶闸管过零触发电路对第一晶闸管组以及第 二晶闸管组进行触发。 4.根据权利要求3所述的矿用动态无功补偿装置，其特征在于：所述晶闸管过零触发 电路包括555定时器以及与555定时器相连的脉冲变压器；所述脉冲变压器对第一晶闸管 组以及第二晶闸管组进行触发；所述接触器投切电路包括ULN2802A芯片以及与ULN2802A 芯片相连的中间继电器；所述中间继电器控制第一接触器以及第二接触器的开启或闭合。 5.根据权利要求4所述的矿用动态无功补偿装置，其特征在于：所述相序检测电路采 用TH221芯片；所述A相过零检测电路以及C相过零检测电路均采用TC。
7、A785芯片。 6.根据权利要求5所述的矿用动态无功补偿装置，其特征在于：所述第一晶闸管组与 第二晶闸管组均包括二极管以及与二极管并联的晶闸管；所述开关控制器对晶闸管进行触 发。 7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的矿用动态无功补偿装置，其特征在于： 所述矿用动态无功补偿装置还包括设置在隔离开关与2控3式复合开关之间的主接触器； 所述隔离开关通过主接触器与2控3式复合开关相连；所述主接触器与复合开关控制器相 连。 8.根据权利要求7所述的矿用动态无功补偿装置，其特征在于：所述矿用动态无功补 偿装置还包括设置在隔离开关与主接触器之间的三相电压互感器；所述隔离开关通过三相 权 利 要 求 。
8、书CN 102842911 A 2/2页 3 电压互感器接入复合开关控制器。 9.根据权利要求8所述的矿用动态无功补偿装置，其特征在于：所述矿用动态无功补 偿装置还包括用于保护电容器组的电容器综合保护装置；所述电容器综合保护装置与电容 器组并联后接入2控3式复合开关；所述电容器综合保护装置与主接触器相连。 10.根据权利要求9所述的矿用动态无功补偿装置，其特征在于：所述矿用动态无功补 偿装置还包括显示单元；所述显示单元包括支路电流测量显示单元、故障显示单元以及放 电显示单元；所述故障显示单元接入电容器综合保护装置；所述放电显示单元接入三相电 压变换器的二次端；所述支路电流测量显示单元接入经2控。
9、3式复合开关后的A相电源输 入端；所述支路电流测量显示单元是电流表；所述故障显示单元以及放电显示单元是LED 灯。 权 利 要 求 书CN 102842911 A 1/4页 4 矿用动态无功补偿装置 技术领域 0001 本发明属于电力系统的无功补偿和谐波滤波技术领域，涉及一种矿用动态无功补 偿装置。 背景技术 0002 现有煤矿井下矿用动态无功补偿装置电气电路图在补偿效果和安全运行方面存 在一些问题，主要表现如下： 0003 1、投切过程涌流大，冲击大，投切响应时间长，补偿效果差； 0004 2、大功率晶闸管长期运行的散热问题； 0005 3、保护配置为非专用的电容保护器，保护内容单一，无法进。
10、行电容器的短路和零 序保护，安全运行系数低； 0006 4、电容器故障无显示，当发生故障时，无法分别是哪种故障，不便于工作人员的维 护操作。 发明内容 0007 为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可提高功率因数、 节约电能以及降低系统损耗的矿用动态无功补偿装置。 0008 本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种矿用动态无功补偿装置，其特殊之 处在于：所述矿用动态无功补偿装置包括ABC三相电源侧、隔离开关、功率因数控制单元、 单相电压互感器、2控3式复合开关、复合开关控制器、三相电压变换器以及电容器组；所述 三相电压变换器包括一次端以及二次端；所述三相电压变换器的一次端与电。
11、容器组并联后 依次通过2控3式复合开关以及隔离开关接入ABC三相电源侧；所述复合开关控制器分别 与2控3式复合开关和功率因数控制单元相连；所述隔离开关通过单相电压互感器接入功 率因数控制单元；所述功率因数控制单元接入ABC三相电源侧。 0009 上述2控3式复合开关第一晶闸管组、第二晶闸管组、第一接触器以及第二接触 器；所述第一晶闸管组与第一接触器并联后的一端通过隔离开关接入A相电源输入端，另 一端接入电容器组；所述第二晶闸管组与第二接触器并联后的一端通过隔离开关接入C相 电源输入端，另一端接入电容器组；所述B相电源输入端通过隔离开关接入电容器组；所述 复合开关控制器控制第一接触器以及第二接触。
12、器的开启或闭合；所述复合开关控制器对第 一晶闸管组以及第二晶闸管组进行触发。 0010 上述复合开关控制器包括开关电源、电压比较电路、相序检测电路、A相过零检测 电路、C相过零检测电路、单片机主控制器、故障复位输入端、投切指令接收端、投切使能信 号输入端、接触器反馈信号输入端、控制器故障输出端、接触器投切电路以及晶闸管过零触 发电路；所述开关电源通过电压比较电路接入单片机主控制器；所述相序检测电路分别通 过A相过零检测电路以及C相过零检测电路接入单片机主控制器；所述故障复位输入端、 投切指令接收端、投切使能信号输入端以及接触器反馈信号输入端分别接入单片机主控制 说 明 书CN 10284291。
13、1 A 2/4页 5 器；所述单片机主控制器接入控制器故障输出端、接触器投切电路以及晶闸管过零触发电 路；所述接触器投切电路控制第一接触器以及第二接触器的开启或闭合；所述晶闸管过零 触发电路对第一晶闸管组以及第二晶闸管组进行触发。 0011 上述晶闸管过零触发电路包括555定时器以及与555定时器相连的脉冲变压器； 所述脉冲变压器对第一晶闸管组以及第二晶闸管组进行触发；所述接触器投切电路包括 ULN2802A芯片以及与ULN2802A芯片相连的中间继电器；所述中间继电器控制第一接触器 以及第二接触器的开启或闭合。 0012 上述相序检测电路采用TH221芯片；所述A相过零检测电路以及C相过零检。
14、测电 路均采用TCA785芯片。 0013 上述第一晶闸管组与第二晶闸管组均包括二极管以及与二极管并联的晶闸管；所 述开关控制器对晶闸管进行触发。 0014 上述矿用动态无功补偿装置还包括设置在隔离开关与2控3式复合开关之间的主 接触器；所述隔离开关通过主接触器与2控3式复合开关相连；所述主接触器与复合开关 控制器相连。 0015 上述矿用动态无功补偿装置还包括设置在隔离开关与主接触器之间的三相电压 互感器；所述三相电压互感器的二次端连接到复合开关控制器。 0016 上述矿用动态无功补偿装置还包括用于保护电容器组的电容器综合保护装置；所 述电容器综合保护装置与电容器组并联后接入2控3式复合开关。
15、；所述电容器综合保护装 置与复合开关控制器相连。 0017 上述矿用动态无功补偿装置还包括显示单元；所述显示单元包括支路电流测量显 示单元、故障显示单元以及放电显示单元；所述故障显示单元接入电容器综合保护装置； 所述放电显示单元接入三相电压变换器的二次端；所述支路电流测量显示单元接入经2控 3式复合开关后的A相电源输入端；所述支路电流测量显示单元是电流表；所述故障显示单 元以及放电显示单元是LED灯。 0018 本发明的优点是： 0019 本发明采用晶闸管阀组和真空接触器并联组成复合开关进行电容器组投切和运 行，即利用晶闸管阀组具有过零投入和切除电容器组的功能，真空接触器具有导通功耗 小，导通。
16、容量大，散热小的特点。电容器组采用不等容分组方式，即电容器的补偿容量是 40kvar、80kvar、160kvar和320kvar，补偿级差为40kvar，可实现16种补偿容量值，总补偿 容量可达到640kvar。这样就提高了补偿精度，拓宽了补偿范围，增加了总补偿容量。保护 配置为电容器专用保护器，可实现电容器的短路故障和零序故障保护功能。电容器专用保 护器的故障信息输出与显示回路连接，分别显示短路、过流、零序和缺相保护动作信号，便 于工作人员区分故障类型。本发明可使用在煤矿井下660V/1140V电压等级供电系统中的 动态无功补偿，具有提高功率因数，节约电能，降低系统损耗的功能。 附图说明 。
17、0020 图1是本发明所提供的矿用动态无功补偿装置的电路原理图； 0021 图2是本发明所采用的复合开关控制器的电路原理图； 0022 其中： 说 明 书CN 102842911 A 3/4页 6 0023 1-功率因数控制单元；2-支路电流测量显示单元；3-故障显示单元；4-放电显 示单元；5-复合开关控制器；6-电容器综合保护装置；7-三相电压变换器；8-电容器组； 9-复合开关；10-主接触器；11-三相电压互感器；12-单相电压互感器；13-隔离开关。 具体实施方式 0024 本发明提供了一种矿用动态无功补偿装置，该矿用动态无功补偿装置包括ABC三 相电源侧、隔离开关13、功率因数控制。
18、单元1、单相电压互感器12、2控3式复合开关9、复合 开关9控制器5、三相电压变换器7以及电容器组8；三相电压变换器7包括一次端以及二 次端；三相电压变换器7的一次端与电容器组8并联后依次通过2控3式复合开关9以及 隔离开关13接入ABC三相电源侧；复合开关9控制器5分别与2控3式复合开关9和功率 因数控制单元1相连；隔离开关13通过单相电压互感器12接入功率因数控制单元1；功率 因数控制单元1接入ABC三相电源侧。 0025 2控3式复合开关9第一晶闸管组、第二晶闸管组、第一接触器以及第二接触器； 第一晶闸管组与第一接触器并联后的一端通过隔离开关13接入A相电源输入端，另一端接 入电容器组8。
19、；第二晶闸管组与第二接触器并联后的一端通过隔离开关13接入C相电源输 入端，另一端接入电容器组8；B相电源输入端通过隔离开关13接入电容器组8；复合开关 9控制器5控制第一接触器以及第二接触器的开启或闭合；复合开关9控制器5对第一晶 闸管组以及第二晶闸管组进行触发。 0026 参见图2，复合开关9控制器5包括开关电源、电压比较电路、相序检测电路、A相 过零检测电路、C相过零检测电路、单片机主控制器、故障复位输入端、投切指令接收端、投 切使能信号输入端、接触器反馈信号输入端、控制器故障输出端、接触器投切电路以及晶闸 管过零触发电路；开关电源通过电压比较电路接入单片机主控制器；相序检测电路分别通 。
20、过A相过零检测电路以及C相过零检测电路接入单片机主控制器；故障复位输入端、投切指 令接收端、投切使能信号输入端以及接触器反馈信号输入端分别接入单片机主控制器；单 片机主控制器接入控制器故障输出端、接触器投切电路以及晶闸管过零触发电路；接触器 投切电路控制第一接触器以及第二接触器的开启或闭合；晶闸管过零触发电路对第一晶闸 管组以及第二晶闸管组进行触发。 0027 晶闸管过零触发电路包括555定时器以及与555定时器相连的脉冲变压器；脉冲 变压器对第一晶闸管组以及第二晶闸管组进行触发；接触器投切电路包括ULN2802A芯片 以及与ULN2802A芯片相连的中间继电器；中间继电器控制第一接触器以及第。
21、二接触器的 开启或闭合。 0028 相序检测电路采用TH221芯片；A相过零检测电路以及C相过零检测电路均采用 TCA785芯片。 0029 第一晶闸管组与第二晶闸管组均包括二极管以及与二极管并联的晶闸管；开关控 制器对晶闸管进行触发。 0030 矿用动态无功补偿装置还包括设置在隔离开关13与2控3式复合开关9之间的 主接触器10；隔离开关13通过主接触器10与2控3式复合开关9相连；主接触器10与复 合开关9控制器5相连。 0031 矿用动态无功补偿装置还包括设置在隔离开关13与主接触器10之间的三相电压 说 明 书CN 102842911 A 4/4页 7 互感器11；隔离开关13通过三相。
22、电压互感器11接入复合开关9控制器5。 0032 矿用动态无功补偿装置还包括用于保护电容器组8的电容器综合保护装置6；电 容器综合保护装置6与电容器组8并联后接入2控3式复合开关9；电容器综合保护装置6 与复合开关9控制器5相连。 0033 矿用动态无功补偿装置还包括显示单元；显示单元包括支路电流测量显示单元 2、故障显示单元3以及放电显示单元4；故障显示单元3接入电容器综合保护装置6；放电 显示单元4接入三相电压变换器7的二次端；支路电流测量显示单元2接入经2控3式复 合开关9后的A相电源输入端；支路电流测量显示单元2是电流表；故障显示单元3以及放 电显示单元4是LED灯。 0034 参见图。
23、1，本发明主回路是：电源侧连接隔离开关13，在连接主接触器10，在连接 复合开关9，在连接电容器组8，其余是辅助回路。 0035 功率因数控制单元1的工作电源和电压采样均来自于单相电压互感器12，即工作 电源和电压采样合二为一。同时又与复合开关控制器5连接，作用是将投切命令传输给它。 0036 支路电流测量显示单元2不仅检测各电容器支路的电流，而且还将各支路电流通 过显示单元予以显示，便于工作人员实时观察电容器的运行情况。 0037 电容器综合保护装置6与故障显示单元3连接，用于显示电容器综合保护装置6 的故障信号。同时又与主接触器10连接，作用是故障发生时切除主接触器10，以保护电路 中其它。
24、设备的安全。 0038 三相电压变换器7的一次端与电容器组8连接，其二次端与放电显示单元4连接， 用于检测和显示电容器组8的放电电压是否在安全范围之内。 0039 电容器组8分为四组，其容量分别是40kvar、80kvar、160kvar和320kvar，而且每 一组回路中都串联限流熔断器。 0040 复合开关9采用2控3控制电路，即在本发明电路图中的任意两项各配置一组复 合开关9，另一项直接连通。其与2控3控投切制器5连接，由复合开关9控制器5控制其 投入和切除，即晶闸管阀组在电压过零时投入电容器，在电流过零时切除电容器，真空接触 器在电容器组8正常运行时闭合。 0041 主接触器10与2控3控制器5连接，作用是2控3控制器5本身发生故障时切除 主接触器10。 0042 三相电压互感器11一次端与主回路连接，二次端与2控3控制器5连接，作用是 为2控3控制器5提供同步检测电压，同步检测电压取自系统电压。 0043 本动态无功补偿装置电路图的所有接线采用航空插头连接，接线简单，使用维护 方便。 说 明 书CN 102842911 A 1/2页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102842911 A 2/2页 9 图2 说 明 书 附 图CN 102842911 A 。