电子论文-基于AN051A的电容器组不平衡电压保护

文章编号：
基于AN051A的电容器组
不平衡电压保护
李建新1张玉强1董军堂1 李博2
（1.延安大学物理与电子信息学院，陕西 延安 716000 2.延安供电局，陕西 延安 716000）
摘 要：现代电网广泛采用电力电容器组进行无功功率补偿。

当某相电容器发生故障以后，由于熔断器熔断，将故障电容器切除，从而引起电容器组三相电容值不平衡而产生的电压不平衡来启动保护电路， 动作于开关跳闸。

基于电压检测器(AN051A)的并联补偿电容器组的不平衡电压保护电路，具有结构简单、性能可靠、安装方便和保护灵敏度高等特点，经试用发现，能有效保护补偿电容器组，使电网正常运行。

关键词：电压检测器 并联电容器组 不平衡电压保护
中图分类号：TP271+.5 TP276文献标识码：B
Unstable Voltage Protection of Capacitor Unit Based On AN051A Li,Jianxin1 ZHANG,Yuqiang1DONG,Juntang1LI,Bo2
（1.College of Physics & Electronic Information, Yan’an University, Yanan,716000 2. Power
Supply Bureau of Yan’an, Yanan,716000）
Abstract:This paper deals with the unstable voltage protection circuit of parallel compensation capacitor unit on the basis of voltage detector(AN051A) according to the law of unstable voltage protection.
Keywords:voltage detector, parallel capacitor unit, unstable voltage protection
为了提高企业用电的功率因数和设备出力、降低功率损耗和电能损耗以及改善电力系统的供电电压质量，现代电网都需要采取无功功率补偿措施。

无功功率补偿的方法很多，采用电力电容器的补偿装置，具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小（每kvar无功功率损耗约0.3－0.4％以下）等优点，是当前国内外广泛采用的补偿方法。

为了保证并联电容器组的正常运行，常需要对其实施多种保护措施，如单台熔丝保护、过电流和过电压保护、低电压保护差动电流保护以及不平衡电压保护和不平衡电流保护等[1]。

本文就并联电容器组的不平衡电压保护，设计了一种基于电压检测器AN051A的保护电路。

1 电容器组的接线方式
并联补偿电容器组与电力网连接时，其额定电压应与电力网的额定电压一致。

当三相供电系统中单相电容器的额定电压与电力网的额定电压相等时，补偿电容器组必须接为三角形
作者简介：李建新（1963—），男，汉族，延安大学物理与电子信息学院，理学硕士，教授，研究方向：电工与电子技术应用。

基金项目：陕西省教育厅2006年专项科研基金
基金编号：06JK158
接法；当单相电容器的额定电压低于电力网的额定电压时，应采用星形接法或几个电容器串联以后再接为三角形接法；而三相电容器的额定电压等于（或高于）电力网的额定电压时，可直接将三相电容器接成星形或三角形使用。

2 不平衡电压保护的基本原理
当某相电容器发生故障以后，由于熔断器熔断，将故障电容器切除，从而引起电容器组三相电容值不平衡而产生的电压不平衡来启动保护电路，动作于开关跳闸[2]。

单星形接线的电容器组常用的不平衡电压保护方式（不平衡电压信号取样电路）有以下三种：
2.1中性点电压偏移保护
中性点与大地之间连接电压互感器的一次线圈，其二次线圈侧装设保护电路，当某相的故障电容器切除后，电容的变化将使三相电压不平衡，中性点发生位移，使保护电路动作于开关跳闸，将整组电容器切除，如图1所示。

图1
2.2开口三角形电压保护
利用电压互感器作为电容器组的放电电阻时，互感器一次线圈与电容器并联作为放电线圈，二次线圈接成开口三角形，在开口处连接不平衡电压保护电路。

在正常运行时，三相电压平衡，开口处电压为零，当某相的电容器因故障切除后，三相电压不平衡，开口处出现电压差，利用这个电压差来启动保护电路动作于开关跳闸，将整组电容器切除，如图2所示。

图2
2.3电压差动保护
这种保护是日本为大容量电容器组专门设计的保护方式，我国进口的单台容量为3.334kvar 的电容器都采用这种保护。

它是把两个电压互感器的一次线圈分别接到同相电容器串联的两段上作为放电线圈，当某台电容器或某台电容器的元件故障后，使两个电压互感器一次线圈电压不平衡，反映到二次线圈中就有电压差，以此电压启动保护电路动作于开关跳闸，将整组电容器切除，如图3所示。

其它两相也完全相同。

3 3.1 电压检测器N 沟道MOSFET 及输出级（开漏输出和电压时，即IN R V (2[4]。

[5]，如图4所示。

图4
该电路的优点是检测电压范围大，并且容易满足要求。

若原检测电压为V DET ，则串接稳压管后的检测电压为V DET ′=V Z +V DET [5]。

3.2原理电路
基于电压检测器的不平衡电压保护电路由整流滤波电路、高电压检测器[5]、时间延迟电路和继电器k等四部分组成，如图5所示。

图5
3.3原理分析
3.3.1正常运行情况
在正常运行情况下，三相电容器组的电容量完全平衡，不平衡电压信号取样电路输出电压为零，故保护电路不工作。

3.3.2故障运行情况
当三相电容器组任一相发生故障时，不平衡电压信号取样电路立即产生一个20V以上的电压差[6]。

经桥式整流滤波给电压检测器提供18伏左右电压。

该电压检测器正常工作电压为12伏，其输出为低电平，9013截止，继电器K释放；若桥式整流滤波给电压检测器提供的电压V CC大于18伏,电压检测器输出端呈高电平，并对电容器C2充电，当其电压达到9013的导通电压时9013导通，继电器K吸合，其常闭触点K断开，电控部分交流接触器线包断电，交流接触器KM释放，其常开主触点KM断开，将整组电容器切除。

由于电容器C2上的电压不能突变，可避免电力系统一相瞬间接地时可能出现的瞬时过电压引起保护电路误动作。

当整组电容器切除后，不平衡电压信号相继消失，保护电路停止工作时，通过R3泄放电容器C2上的剩余电压。

4 调试
图5中采用6V开漏输出电压检测器，V Z采用8.2V额定值的稳压二极管，即V DET´=8.2+6＝14.2V。

由于V Z有±0.9V的允许误差，电压检测器也有±2.4％的允许误差，所以实际V DET ′约为15V左右，在调试时首先要对稳压管的稳压性能进行挑选，使V Z为8.2V；然后当故障相存余电容器的端电压为额定电压的1.1倍时[3]，通过调节电位器R W1和R W2使继电器k 吸合即可。

另外，二极管IN4148可给继电器k线圈因自感所产生的续流提供一个通路。

该保护电路具有结构简单、性能可靠、安装方便和保护灵敏度高等特点。

经试用发现，其对补偿电容器组的不平衡电压保护效果较好。

参考文献
[1]乔和；姚大勇，一种新型异步电动机综合保护的研究[J]．微计算机信息，2006．8－1：P129-130．
[2]高素萍，工业自动控制系统工程实践中的过压保护措施[J]．微计算机信息，2006．1－1：P33-35．
[3]中华人民共和国能源部，进网作业电工培训教材（下册）[M]．辽宁：辽宁科学技术出版社，1993．1：P2－15．
[4] 方佩敏；胡伟生，电压检测器及其应用电路（一）[J]．电子世界，2002（7）：P41－42．
[5] 方佩敏；胡伟生，电压检测器及其应用电路（五）－－“高电压”欠压、过压保护电路[J]．电子
世界，2002（11）：P48－49．
[6] 陈众起，简易电子断相保护器[J]．电工技术，2002（9）：P50．
附：
作者简介：
李建新（1963—），男，延安大学物理与电子信息学院，教授，研究方向：电工与电子技术应用。

Author brief: jianxin-Li was born in 1963 , male, Master of Science, professor, Department of physics and electronics information Yanan university, research direction: application of electrotechnology and electronics.
论文创新点：
1、首次将电压检测器用于补偿电容器组的不平衡电压保护电路。

2、给出了电压检测器不平衡电压保护电路的元件参数选择方法。

3、该电路具有结构简单、性能可靠、安装方便和保护灵敏度高等特点。

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陕西省延安市延安大学物理与电子信息学院，李建新邮编：716000。