摘要：目前，我們經(jīng)常使用的電容器投切開關(guān)在實(shí)際的運(yùn)行過程中還存在著很多問題，新型的過零投切開關(guān)主要利用微電子技術(shù)，同時(shí)企業(yè)對(duì)電路的結(jié)構(gòu)等開展了進(jìn)一步的優(yōu)化與調(diào)整，從而能夠從根本上進(jìn)一步的提高開關(guān)的安全穩(wěn)定性，使得電容器組能夠在開展過零投切的過程中更加的準(zhǔn)確與迅速。通過利用循環(huán)投切控制，以及利用共分補(bǔ)優(yōu)化組合的方式，能夠使得過零投切過程的工作效率得到進(jìn)一步的提升, 同時(shí)也能使得電容器的使用壽命得到進(jìn)一步的增長，同時(shí)低壓電網(wǎng)的無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償變得更加的智能。

關(guān)鍵詞：電容器；投切開關(guān)；過零

近些年來，電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷以及感性電荷的數(shù)量得到了很大程度的提升，以及無功功率也明顯增多，這就使得受電端電壓的電壓以及功率因數(shù)降低, 終使得供電的質(zhì)量受到了非常嚴(yán)重的影響。裝設(shè)無 功補(bǔ)償設(shè)備的方式能夠有效的滿足低壓配電網(wǎng)無功功率的問題。在開展低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)倪^程中，利用電容器來進(jìn)行補(bǔ)償是一種比較常用同時(shí)也較為有效的一種方式。另外在對(duì)投切開關(guān)進(jìn)行選擇時(shí)，選擇的合理性是確保相關(guān)補(bǔ)償工作正常開展的重要環(huán)節(jié)之一。從不同的投切開關(guān)的性能出發(fā)，現(xiàn)如今經(jīng)常投入使用的電容器投切開關(guān)中還存在很多的問題需要解決，特別是在其安全穩(wěn)定性方面，還需要做岀進(jìn)一步的改進(jìn)。新型的過零投切開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)相對(duì)于以前做岀了很大的改變，使得可控硅的損壞問題以及單觸電磁保持燒壞的問題得到了有效的解決。另外，在該新型的過零投切開關(guān)的作用下，以前較為常見的電弧的預(yù)燃和重燃現(xiàn)象也很少再發(fā)生，保證了工作的正常長期運(yùn)行，避免了很多故障的產(chǎn)生。另外，也實(shí)現(xiàn)了過零無涌流投切的目的，使得補(bǔ)償?shù)倪^程更加的準(zhǔn)確迅速。

1、過零投切的原理

在經(jīng)常需要進(jìn)行過零投切的場(chǎng)合，以當(dāng)前的技術(shù)來說，一般都會(huì)選擇接觸器。但接觸器在進(jìn)行相關(guān)的投切動(dòng)作時(shí)，因?yàn)槿狈εc電路的電壓和電流間的穩(wěn)定的相位關(guān)系，所以在實(shí)際的操作過程中無所避免的就會(huì)出現(xiàn)電流沖擊或者是過電壓的現(xiàn)象。關(guān)于此問題相關(guān)研究單位開展了很多的討論，并且提出了很多的處理措施，爭取實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破，進(jìn)一步的提高過零投切的工作效率與工作質(zhì)量。目前已經(jīng)研究出了一種新型的電容器過零投切電路開關(guān)，該裝置的出現(xiàn)彌補(bǔ)了原先裝置出現(xiàn)的諸多問題，并且能夠?qū)崿F(xiàn)少耗能。

文章首先對(duì)過零投切進(jìn)行簡單的介紹，過零投切主要是利用了電容器的特性，投入電容器時(shí)，如果電容器端的電壓與電網(wǎng)的電壓之間存在著較大的落差，所以可能導(dǎo)致電容器的電壓岀現(xiàn)突變的情況，終導(dǎo)致合閘涌流的產(chǎn)生，該涌流可能會(huì)導(dǎo)致晶閘管受到破壞，所以為了避免相關(guān)故障的產(chǎn)生，投入電容器的時(shí)間應(yīng)該把握在當(dāng)前端電壓和電網(wǎng)的電壓相等時(shí)。

2、過零投切的系統(tǒng)

低壓電力電容器過零投切系統(tǒng)的組成成分較多，主要有電壓電流互感器，濾波電路，釆樣電路，數(shù)字信號(hào)處理器，微控制器，磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)電路等重要部件。除此以外，數(shù)字信號(hào)處理器和單片機(jī)還有電 容狀態(tài)指示，事件記錄以及故障報(bào)警等重要功能。人機(jī)接口的主要組成部分為顯示器和鍵盤，其主要的功能是對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并將電力參數(shù)顯示到顯示器中，供人們利用與參考。

2.1參數(shù)采樣與投切控制器

低壓電容器的過零投切過程對(duì)處理器和微控制器的性能要求較高，一般都會(huì)選擇性能較為良好的32位定點(diǎn)處理器，以及同樣具備較高性能，同時(shí)也不需要消耗太多能量的STC89C53微控制器。STC89C53微控制器對(duì)低壓電網(wǎng)的三相電壓與電流參數(shù)的獲得主要可以通過三個(gè)重要途徑，分別包括電壓電流互感器，濾波電路以及采樣電路。利用DSP可以將相關(guān)的參數(shù)實(shí)時(shí)的計(jì)算岀來，然后通過相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?？蛻舻男枨鬀Q定著我們是否需要進(jìn)行電容器組的無功補(bǔ)償工作，而這一過程的判斷要依托單片機(jī)進(jìn)行。微控制器與處理器之間需要通過RS-485通信來實(shí)現(xiàn)信息的高速傳遞，從而能確保系統(tǒng)開展相關(guān)工作的實(shí)時(shí)性。

2.2過零投切開關(guān)

低壓電容器過零投切開關(guān)的主要組成為大功率磁保持繼電器，雙向晶閘管以及阻容吸收電路等。電力電容器的投切需要利用單片機(jī)來對(duì)零點(diǎn)投切進(jìn)行控制。在進(jìn)行電容器投入工作時(shí)，單片機(jī)根據(jù)其工作的基本原理將會(huì)在雙向晶閘管的兩端電壓為零時(shí)開始發(fā)岀相關(guān)的指令，從而能夠利用觸發(fā)脈沖來對(duì)雙向晶閘 管進(jìn)行導(dǎo)通，以便能夠順利開展電容器投入工作。大功率繼電器收到相關(guān)的指令被導(dǎo)通，當(dāng)晶閘管的電流為零時(shí)，單片機(jī)就會(huì)根據(jù)相關(guān)的參數(shù)以及自身檢測(cè)的結(jié)果來判斷是否需要斷開雙向晶閘管，導(dǎo)通以后再發(fā)出相關(guān)的信號(hào)來依據(jù)順序分別斷開大功率的磁保持繼電，再斷開雙向晶閘管。當(dāng)開關(guān)處于正常工作的狀態(tài)時(shí)，我們需要保持大功率磁保持繼電器的通斷，但不需要一直保持雙向晶閘管的通斷，它只需要在開關(guān)投切的瞬間保持通斷即可，這樣做的目的是為了解決電容器投切時(shí)的涌流沖擊問題，同時(shí)也有效的減少了在運(yùn)行過程中的能量損耗。

2.3磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)電路

大功率磁保持繼電器一般都具有較強(qiáng)的承載能力，在實(shí)際運(yùn)行的過程中一般不會(huì)消耗太多的能量。在其內(nèi)容有磁鋼以及線圈，這些組分在工作的過程中都需要聽從來自單片機(jī)的指令。磁保持繼電器在選擇的過程中可以考慮HFE9型，該繼電器具備雙線圈的裝置。在開展合分閘的工作時(shí)，主控芯片輸出的高電平能夠使得三極管被導(dǎo)通，其所持續(xù)的時(shí)間大概維持在50ms左右，在之后主控芯片來進(jìn)行低電平的輸出，磁保持繼電器來完成碰頭工作，從而完成合分閘的過程。

2.4晶閘管過零檢測(cè)與觸發(fā)電路

電容器投切的過程中可能會(huì)出現(xiàn)合閘涌流和過電壓沖擊的現(xiàn)象，所以為了解決這一問題，對(duì)電容器的投切過程進(jìn)行保護(hù)，我們須要在雙向晶閘管的電壓或電流為零時(shí)再開始進(jìn)行電容器的投切工作。在進(jìn)行 芯片的選擇時(shí)，考慮到上述的相關(guān)問題，我們?cè)谶x擇芯片時(shí)應(yīng)盡量考慮其過零檢測(cè)以及觸發(fā)的能力，選擇各方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)的理想芯片來開展對(duì)雙向晶閘管的驅(qū)動(dòng)工作。MOC3083驅(qū)動(dòng)芯片是一種具有較強(qiáng)工作能力的芯片，它內(nèi)部的電路能夠進(jìn)行過零檢測(cè)，當(dāng)晶閘管出現(xiàn)兩端電壓等零的情況時(shí)，其就會(huì)發(fā)出相關(guān)的觸發(fā)脈沖的信號(hào)，來對(duì)晶閘管進(jìn)行導(dǎo)通或者是斷開。另外，在此過程中壓敏電阻的使用使得電路異常過電壓的現(xiàn)象得以解決，這一過程主要依靠的還是壓敏電阻良好的承受沖擊的能力。

2.5補(bǔ)償方式的分析

投切電容器組的補(bǔ)償方式可以選擇共，分布優(yōu)化組合，這樣的補(bǔ)償方式具有較高的靈活性，有效的完善了低壓電網(wǎng)負(fù)荷變化的問題，同時(shí)三相負(fù)荷不平衡的無功功率補(bǔ)償問題也得到了良好的解決。在負(fù)載平衡時(shí)，可以釆用共補(bǔ)的方式，而在負(fù)載不太平衡或存在很大的波動(dòng)時(shí)，可以采用先進(jìn)行共同補(bǔ)償，再進(jìn)行分別補(bǔ)償?shù)姆椒?/span>。針對(duì)居民用電，其一般使用的都是單相負(fù)載，所以其變動(dòng)通常都比較大，三相負(fù)載往往會(huì)出現(xiàn)過分不平衡的情況，而且針對(duì)于不同的相來說其所要求的補(bǔ)償電容量也不同。無功補(bǔ)償的差異之大使得我們?cè)谶x擇補(bǔ)償方式時(shí)不能選擇共補(bǔ)的方式，所以這時(shí)候單獨(dú)補(bǔ)償的方式是較好的解決方法。該方法能夠有效的減少資源的浪費(fèi)，其自身具備著非常良好的合理性。

3、投切流程的設(shè)計(jì)

無功功率以及功率因數(shù)是影響低壓電力電容器過零投切控制工作的兩大重要因素，其中無功功率對(duì)其 的影響比較的明顯。另外，低壓電力電容器過零投切控制工作的開展需要根據(jù)無功功率以及功率因素這兩方面來進(jìn)行。低壓電網(wǎng)的電力運(yùn)行參數(shù)需要通過采樣電路來得出，并用DSP來進(jìn)行計(jì)算，得到相關(guān)的值以后需要跟提前設(shè)定好的相關(guān)值進(jìn)行一定的比較，投入或切除補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M的電容量值就是通過我們的比較來進(jìn)行確定的。在進(jìn)行電容器的選擇時(shí)，循環(huán)投切是一種比較實(shí)用以及合理的一種方式，依據(jù)時(shí)間的不同來進(jìn)行不同的操作，比如說先投入的電容器需要先行撤出，而后投入的電容器需要等前面的電容器撤出后再撤出。這樣的撤出方式能夠有效的降低投切的過程中電容器的溫度，使得電容器的使用年限得到進(jìn)一步的提升。循環(huán)投切的方式使得投切的過程更加的準(zhǔn)確，過往我們選擇的投切方式都是以某一單一元素作為依據(jù)，這樣的方式容易產(chǎn)生重復(fù)投切振蕩的現(xiàn)象。

4、影響投切精度的因素分析

影響精度的因素主要存在于三個(gè)方面，它們分別是過零方波的延遲時(shí)間，繼電器的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間以及交流電的半周期。這三方面的因素雖然不具備非常重要的作用，但是三者都會(huì)產(chǎn)生一定程度的誤差，特別 是某些難以補(bǔ)償?shù)恼`差。對(duì)于某些誤差來說，技術(shù)性的操作問題往往會(huì)對(duì)投切的精度產(chǎn)生一定的影響。對(duì)于過零信號(hào)的精度來說，在制定相關(guān)的電路方案時(shí)我們已經(jīng)基本確定了要使用的相關(guān)儀器，而儀器的選擇將會(huì)對(duì)精度產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。不管輸出的是怎樣的波形，延遲誤差的出現(xiàn)往往是難以避免的。所以說，在對(duì)過零檢測(cè)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分的考慮到重復(fù)誤差的影響，盡量以減少重復(fù)誤差為主要設(shè)計(jì)原則，進(jìn)一步的提升波長的穩(wěn)定性。另外，過零檢測(cè)的電路不要使用一些普通的二極管或是光電耦合器，因?yàn)檫@些設(shè)備往往會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

5、安科瑞電容補(bǔ)償裝置介紹

AZC/AZCL系列智能電力電容補(bǔ)償裝置是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置。改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，具有補(bǔ)償效果更好，體積更小，功耗更低，價(jià)格更廉，節(jié)約成本更多，使用更加靈活，維護(hù)更方便，使用壽命更長，可靠性更高的特點(diǎn)，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

（1）AZC系列智能電容器采用晶閘管復(fù)合開關(guān)投切，較佳投切點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無弧通斷；完善的保護(hù)功能，集成在一個(gè)模塊內(nèi)，安裝方便。

AZC系列智能電容器選型：

（2）AZCL是在AZC基礎(chǔ)上，串接合適電抗率（7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境，14%適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境）的電抗，可有效解決諧波，避免諧振放大諧波，保護(hù)電容柜本身壽命。

AZCL系列智能電容器選型：

上述兩種智能電容器采用LCD液晶顯示器，可實(shí)時(shí)顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等電參量。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動(dòng)尋找較佳投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無弧通斷；保證過零投切，無涌流、觸點(diǎn)不燒結(jié)、微能耗、無諧波；同時(shí)具有抗干擾、防雷擊和電源缺相、空載跳閘的保護(hù)功能，特別適用于無功補(bǔ)償時(shí)切換電容器，不需加裝散熱器。

6、結(jié)語

低壓電力電容器過零投切開關(guān)自身具備很多的優(yōu)勢(shì)，而且它也同時(shí)包含了機(jī)械開關(guān)和電子開關(guān)的綜合 優(yōu)勢(shì)，所以在實(shí)際的操作過程中，其檢測(cè)的結(jié)果往往能夠更加的準(zhǔn)確。同時(shí)也不需要消耗太多的能量，無涌流的影響。另外其還有成本低，損耗的能量少，控制的方式比較的靈活等特點(diǎn)，另外其電容器的使用壽命也得到了進(jìn)一步的提升。在投切電容器的過程中，共分補(bǔ)優(yōu)化組合的補(bǔ)償方法具有較強(qiáng)的靈活性，解決了很多難以解決的問題。

【參考文獻(xiàn)】

• 李萬軍.基于低壓電力電容器的過零投切開關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].人工智能與控制，1001-5922（2019）07
• 宋舜波，馬琪.一種復(fù)合開關(guān)控制的智能低壓電力電容器設(shè)計(jì)[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（05）：25-28
• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6版
• 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè).2019.11版