一种基于复合开关的同步先进技术

一种基于复合开关的同步先进技术

龙文德

广州白云电器设备股份有限公司广东广州510460

摘要：无功补偿装置中最主要的元件是搭配电容器使用的投切开关，它的性能直接影响到整个装置的使用寿命及投切效果。近年来出现在各种无功补偿装置内的主要投切器件可分为三类：机械式接触器投切装置，晶闸管投切装置，复合开关投切装置。本文针对一种基于复合开关的投切先进技术做了简单阐述，供业内人士借鉴。

关键词：投切装置电容器接触器同步开关软件设计

引言

随着社会的发展，人们对电力系统的高标准、严要求在与日俱增，与此同时，低压无功补偿装置也成为电力系统中不可或缺的一部分。本文主要介绍一种基于复合开关的同步先进技术，无功补偿装置的先进投切器件——同步开关。在电力系统中同步开关不仅大大提高了电容器投切开关的安全可靠性，还节能环保，经济耐用，降低成本，是交流接触器及复合开关理想的换代产品。

1交流接触器投切装置

机械式接触器投切装置单相原理如图1所示。

最先应用于低压电容器投切的开关是交流接触器，这是一种传统的电容器投切方式，其优点是投资低、控制简单，但由于交流接触器投入、切出瞬间的不可选择性会导致电网产生幅值很大、频率很高的浪涌电流，采用交流接触器的投切方式谐波污染大、维护成本高、不适于频繁操作。

2晶闸管投切装置

晶闸管投切装置单相原理如图2所示。

随着电力电子器件应用的发展和普及，后来人们研发出由可控硅为核心的晶闸管开关，其原理为通过电压、电流过零检测控制，保证在电压零区附近投入电容器组，从而避免了合闸涌流的产生，而切断又在电流过零时完成，避免了暂态过电压的出现。

3复合开关投切装置

复合开关投切装置单相原理如图3所示。

同时具备了交流接触器和电力电子投切开关二者的优点，不但抑制了涌流、避免了拉弧而且功耗较低，不再需要配备笨重的散热器和冷却风扇。可控硅开关负责控制电容器的投入和切除，磁保持继电器负责保持电容器投入后的接通，当磁保持继电器投入后可控硅开关就立即退出运行，这样就避免了可控硅元件的发热。

由于上述低压无功补偿装置中所使用的投切器件在各方面均不能满足经济实用的要求，于是综合其性能及优点，设计出同步开关代替上述投切器件。

4同步开关的设计

、系统整体设计及主要原理

系统组成如图4所示，包括主控制器、通讯接口、开关信号、监测电路和投切开关五部分。

同步开关的设计分为两种控制模式，分别为直流12V控制和RS485控制。

a.当同步开关工作在直流12V控制模式时，同步开关从开关信号端口接收到无功补偿控制器的输出信号来判断闭合或断开磁保持继电器。

b.若工作在RS485控制模式，可通过连接同步开关的通讯接口与其他同步开关和无功补偿控制器组成网络，当接收到无功补偿控制器的指令时来判断闭合或断开磁保持继电器。

二、系统硬件设计

主控制器介绍：

采用半导体芯片作为主控制器，可提供字节的闪存程序存储器和高达20K的SRAM，内部Flash支持在系统编程和在应用编程。

磁保持继电器驱动电路：

磁保持继电器是一种具有保持功能的继电器，这种继电器复位或者置位后能够保持原有状态，即使线圈断电，其状态也不会改变。它只有单个驱动线圈，通过在线圈上加不同方向的电压可改变通断状态，状态稳定后线圈不需要持续供电，从而可以大大降低功耗。

为实现复位或置位需要在驱动线圈上加不同方向的电压。双向驱动继电器芯片用于控制磁保持继电器工作，具有输出电流大，静态功耗小的特点。

表1给出了双向驱动继电器芯片的输入、输出真值表，使用时需注意两点:第一、输出端口OA连接继电器正向驱动段；第二、在继电器动作结束之后，两个输入端必须同时置位为0或者1使继电器保持状态。

监测电路：

监测电路如图5、6所示。图5采用光耦PS2501检测继电器两端的电压以确定开关的工作状态。PS2501的输入端口1、2与开关并联，通过端口4输出高低电平来反映开关分闸与合闸状态。开关分闸时，当1、2两端的压差达到足够大时光耦导通，4端状态为低电平，其他时间光耦截止，B端输出高电平。因此，如果在B端检测到低电平则说明开关处于分闸状态，否则开关处于合闸状态。由于PS2501输入端发光管的反向耐压不够，所以在它的输入端A、C之间反接一个二极管1N4007，以保护PS2051的输入端。

图6采用光耦PS2501检测A相电压以确定A相过零时间点。当A相220V电压波形从零点升高到导通光耦的阀值电压时，光耦导通ZEROP-A处出现一个下降沿信号，主控制器检测到这个降沿信号立即进入中断程序计算得到A相的电压过零点。

三、系统软件设计

系统软件设计包括系统初始化、开关信号检测、监测电路反馈处理，数据接收与命令解析以及投切动作几个模块。数据接收与命令解析过程根据既定通信协议实现，且实现过程中为提高通信的可靠性，需首先判断地址与命令的合法性。

软件流程设计：

软件设计流程图如图7所示。系统初始化完成后，检测监测电路反馈状态，若无异常状态则执行下一步程序。若监测电路反馈故障则点亮故障灯并初始化系统重新检测，该功能是为了防止同步开关在缺相、缺负载的情况下发生误投切动作。当检测一切正常之后，同步开关会判断有无从RS485接收到控制指令来自动选择工作模式，当工作在RS485控制模式时，系统仅仅只会响应无功补偿控制器主机所发出的指令来执行投切动作；当工作在直流12V控制模式时，系统也只检测开关信号端口的模拟量来执行投切动作。

5结语

同步开关不仅可用于投切电容器，还可用于任何需要同步操作的负荷设备（例如为了消除投入空载变压器时的涌流，就可以使用同步开关，不过这时的投入策略与投入电容器时完全不同，需要在电压接近峰值时投入），因此，适用于不同用途的同步开关不能互换。

电容投切装置随着应用要求的不断提高，以及电子、电气技术的不断发展，产品性能也在不断提升，同步开关必定会成为未来电容投切器件的发展方向。综上所述，正确合理的选用电容投切装置，不但能减少设备投入、降低成本，减少设备故障、延长供电设备寿命，同时还能提高设备正常运行率，达到节能降耗、提高经济效益的目的。

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