用整流型相位继电器简化无功补偿自动控制器

用整流型相位继电器简化无功补偿自动控制器
无功补偿电容自动投切控制器（以下简称控制器），由检测与控制两部份组成，其核心是检测部份。

它的功能是对负载电流进行相位鉴别，并与给定的相位进行比较给出投入或切除指令，使功率因数保持在某一给定区间。

国内现行产品中所采用的相位鉴别方案均采用差动式相敏放大电路，这种线路的基本原理是它的输出信号u，为f(IØ)的函数。

显然对同一相位角，具有不同的电流正值时，将有不同的U值。

因此，只能取其输出信号的正、负、零作为鉴别值，这就导致控制逻辑的复杂与困难，不得不采用数控技术来完成其检测与控制。

致使电子线路复杂，成本高，调整困难维修也很麻烦．同时这类控制器在技术性能上存在下列问题：
1．在检测系统仅采用相位鉴别即检测功率因数的原则，不能检测供电系统中的无功功率，在低负载时，将发生投切振荡（DWB－2型，灵敏度为lmA）。

2．由于相让鉴别是以正、负、零作鉴别值，COS∮的动作值在滞后0．95～D．998，死区很窄，且电容器组的容量呗是按容量级增减的。

加上供电系统中无功功率波动较大，在电容器组的投与切的过程中很容易越过死区，而频繁地进行投切。

由于上两个问题的存在，这类控制器运行很不稳定，同时也严重影响了控制设备与电容器组的使用寿命，加上可靠性差，维修困难，很多安装了这类控制器的用户，只得改用手动控制。

为此我们在84年研制了一种简单可靠，便于维修，容易掌握，并在技术性能上优于数控，微机式的控制器，即采用整流型相位继电器的无功补偿电容自动控制器。

这一技术已于86年获得国家专利，并由浏阳县节电仪器厂开发这一产品，87年通过鉴定。

经两年多来的使用，受到了用户的欢迎，现简介如下：
这种无功自动补偿控制器，由整流型相位继电器与顺序投切控制器组成。

一、整流型电流相位继电器
在供电系统中，对于负荷电流相位的检测所采用的电流信号与参考电压信号，其功率是能够满足检测仪器需要的，如Dy－2 0系列电磁型转动舌片式继电器，动作功率仅需0．08伏安，如果采取10伏的电压，只需8毫安的电流，作为电流信号这个数值是很容易达到的，所以无需经过放大及作数字处理等复杂的中间环节。

Dy—20系列电磁型继电器另一特征是，用于整定的区间是以最大整定值的二分之一为起始整定值。

如果用参考电压作基准信号，把处理好的电流信号与电压信号直接叠加，则电流与参考电压的相位角大小，将改变波形的宽度，也改变电压的有效值，而且有效值变化的这一部份也正好落在Dy－20系列电磁继电器的整定区间。

其中的技术问题只需把电流信号及参考电压信号均变成一个恒定的电压，所以整流型电流相位继电器，其特征在于把需要检测相位的电流信号变换成稳定的电压信号，与经过降压整流的参考电压信号，以相同的极性连接于同一个稳压管上，一起进行削波。

稳压、叠加，再接入电磁继电器线圈，直接进行相位角的检测，省掉了晶体管相敏放大与数字处理等复杂的中间环节。

l．被检测的电流信号经变换后恒压
如图1下半部份：经供电回路A相电流互感器引来的电流I A经变换器L2转换成电压信号
U l，当U l未达到D6D7的稳压值前，L2相当于互感器开路工作状态，U l将快速地上升到D6D7击穿导通，L2则进入正常的电流互感器工作状态，信号电流动正半周时稳压管D8输出U为恒值，波形见图2下部份的虚线波形。

采用D6D7及D8两级稳压的目的是为了减小稳压管的动态电阻效应，使I A由0．35～5A的范围都有同样的U值。

2．A相电流相位角∮对限幅后的波形宽度的改变
图1下半部份，参考电压U AB，经电阻R3R5降压二级管D9整流正半波亦经D8限幅，与已变为恒压的A相电流正半波一起叠加。

图3A相电流相位角∮员的大小将改变波形的宽度。

如图2的下半部份，如果把限幅后的波形看成近似如方波，则图lef两端的电压有效值为：
式中：
U ef：加在继电器线圈1xij上的有效值；
U：D8的稳压值；
K：系数。

从上列公式可看出，A相电流与AB相电压的相位角越大，则t1变大，继电器线圈感受的电压有效值就大，反之就小，这样任一个∮值就有一个相对应的电压值。

同时电压有效值u ef`还与起始电流值的幅值有关，如图4.继电器1xij动作电压的整定值，就变成了滞后功率因数的整定值，即需要投入补偿电容的整定值。

范围是COS∮=滞后0. 5～滞后0．95。

发出切除补偿电容信号的继电器2xij,则以一uco相电压为参考电压电流仍为IA,如图1上半部份A相电流与Ua的相位角越小，则与一Uco的相位角就越大，如图3中的∮,原理与切除信号继电器相同，整定值的范围为COS∮=超前0．5～滞后0．9。

二、顺序投切控制器
这种顺序投切控制器，接线如图5，时间继电器线圈1SJ由整流型电流相位继电器lxIJ 的动合触头控制。

当电力网中无功功率增加，功率因数下降，负荷电流增加到某一数值时lxIJ 动作，动合触头闭合，由单结晶体管组成的延时电路使ISJ延时闭合接通中间继电器1J（并延时2秒释放），投入一组电容器（1SJ动作延时整定为电力网中最大一台电动机的启动时间乘上1．2倍）。

这组电容器的容量必须近似等于Q=VIsin∮这时功率周数提高到接近1，1xIJ返回。

1SJ失电并返回。

此时1J的另一组动合触头已接通中间继电器5J,5J的动合触头闭合，接通2J，为下一组电容器投入作好准备。

依次类推，根据电力网中无功功率的状况。

直到投入全部电容器组。

当电力网中的无功功率减少，功率因数升高至切除继电器2xIJ 的整定值，2xIJ动作．时间继电器2SJ延时闭合（动作时间一般整定为10秒（可根据实际需要来决定），短接力4J失电释放，退出一组电容。

此时若电力网中功率因数小于1．1XIJ 立即返回。

若大于1，继续退出一组，依次类推，按照先投先切的顺序，直至退出全部电容器组。

图5中K为“自动”与“手动”开关，合上为自动，断开为手动。

通过按钮QA，投入电容器组，通过按钮TA切除电容器组。

该控制器可根据用户要求设置或不设置过电压保护，因为控制器的被调量是无功功率，如果设置过电压保护，而用户母线电压长期偏高，将会使控制器长期闭锁而失去作用。

所以电压波动问题，只有通过合理调整负载，提高电压质量来解决。

以湖南电纲为例，电压波动幅度较大是枯水期与丰水期，可通过调整变压器分接头来稳定电压。

由整流型机护继电器与顺序控制器组成的无功补偿自动控制器具有下列特点：1．使用方便直观，整定功率因数的动作值就象在电压继电器上整定电压动作值一样方便。

2．对供电系统无功补偿过程中欠补偿的“投”与过补偿的“切”是由两套独立可调的继电器来检测的，投入时COS∮值与“切除”时的COS∮值之间的差，可以任意调节（即死区可以调节）。

以满足月平均功率因数值为原则，可以有效的消除“投一切”振荡。

3．U fe的大小不但正比于电压与电流的相位角∮，而且正比于起始电流的幅值。

如图4，因而形成了一个起始动作电流。

这样便可以确定投入第一组电容器的容量，因为供电系统中此时需要补偿的无功功率为Q
Q=VISin∮
这一特性可以避免在低负载投入电容器组产生反复“投一切”的误动作，而且在此基础上可以根据整定的投入继电器功率因数动作值，近似地计算第一组、第二组……的容量，所以可按供电系统中的无功功率投切电容器组，运行稳定。

4．先投先切电容状纵使用均匀，可以有效的延长电容器组使用寿命。

5．对于电容器容量的配置，既可等容又可不等容。

同时还可以编组组成多种容量组，与负载变化情况相适应。

6．该控制器加一电流继电器可用于高压系统无功补偿电容的自动投切。