CN101299541B - 一种超高压磁控式并联电抗器励磁设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其包括：电源系统、整流系统、监控系统和过压保护系统；电源系统为双变压器供电的电源系统；整流系统包括两套各自独立的子整流系统，两个子整流系统通过切换开关与电源系统连接，输出端设置有输出隔离开关，且两个子整流系统分别与监控系统连接；监控系统包括一主监控系统，主监控系统包括两个并列的子监控系统，整流系统输出端上的输出信号分别输入两个子监控系统，过压保护系统的数据则输入主监控系统中；过压保护系统设置在整流系统的输出端，一端连接在整流系统的输出母线上，另一端接地。本发明由于采用双重化结构配置，提高了设备的可靠性，避免因励磁设备的部分器件的故障而导致并联电抗器乃至于整个线路的停运，而且可便于检修和维护。
Description
技术领域
本发明涉及可控并联电抗器技术领域，特别是指一种超高压磁控式并联电抗器励磁设备。
背景技术
随着电网规模越来越大和大区联网的形成，超高压和特高压输电网络在提高电网输电能力和可靠性的同时，带来的一些问题会导致电网电压变化频度和幅度加大，进而导致电压调整和控制的难度加大。由此需要配套相应的无功补偿技术和设备。目前，输电系统的无功功率控制普遍采用普通超高压并联电抗器、可投切低压并联电抗器、发电机调相运行和“少量”的静止无功补偿器(SVC)来解决。但是，普通超高压并联电抗器容量不可控，低压电抗器只能分组投切，并且受变压器容量限制而显示出容量严重不足。现有静止补偿装置只能用在低压侧补偿，且由于投资原因而未得到广泛采用。
磁控式并联电抗器(Magnetically Controlled Shunt Reactor，以下简称MCSR)是一项新的用于超高压电网的无功补偿技术，是带有平稳可调感抗的静态补偿装置，其具有以下作用：
(1)限制工频过电压。在电网正常运行时，磁控式并联电抗器容量可根据线路所传输的功率自动平滑调节，以稳定其电压水平。此外，在线路传输大功率时，若出现末端三相跳闸甩负荷的情况处于接近空载状态，可控电抗器可通过快速励磁系统迅速将电抗器容量调整到所需值，以限制工频过电压。
(2)限制操作过电压。由于磁控式并联电抗器的补偿作用使得空载线路的工频电压得以抑制，从而降低了系统的操作过电压水平。由于磁控式并联电抗器具备较强的过电压和过负荷能力，可有效限制线路计划性合闸、重合闸、故障解列等的操作过电压。
(3)线路容性功率补偿。根据线路带载情况，超高压磁控式并联电抗器可快速灵活平滑调节自身无功出力，是超高压输电电网理想的无功补偿设备。
(4)保证线路重合闸成功率。由于目前单向重合闸在电网500KV线路中广泛采用，因此磁控式并联电抗器降低线路单向接地时的潜供电流，可以提高单向重合闸的成功率。
(5)由于电网在运行中要承担所有负荷的冲击和波动，由此系统变电站因负荷原因而造成的开关操作很多，采用磁控式并联电抗器后，可以起到无功功率动态平衡和电压波动的动态抑制，减少开关的操作，从而减少开关设备的维护和保养，节省运行和维护费用，并延长设备的使用寿命。
(6)磁控式并联电抗器可以根据线路的荷载连续平滑调节自身的容量，能够提高线路输电能力达30％。可控高抗通过无功调节来调整接入点电压的能力，一方面提高了系统的电压水平、降低了系统网损作用，另一方面也省去了原来为高抗相应配套的低压无功补偿设备，从而简化了系统、减少了投资，也避免了相应设备投切产生的对电网的冲击和操作过电压对系统设备寿命的影响，提高了电网的安全性。
(7)磁控式并联电抗器由于其快的响应速度，在系统发生扰动时，可以根据母线电压或线路功率调节其无功容量，通过抑制电压振荡来抑制系统的功率振荡。磁控式可控并联电抗器在我国超高压及特高压电网中有非常广阔的应用前景。
超高压磁控式并联电抗器励磁设备属于MCSR的控制装置，通过改变直流励磁电流的大小，改变电抗器铁心的磁饱和程度，从而可连续平稳快速调整其电抗值。通常情况对于电网中的重要设备，必须保证其安全稳定运行，要求励磁设备既要有良好的励磁输出特性，又要有很高的可靠性。励磁设备属低压设备，直接和超高压设备相连，在电网或设备一次故障时，会在高、低压设备连接处产生暂态过电压，如处理不当将会造成励磁设备损坏。以上因素都对超高压磁控式并联电抗器励磁设备提出了很高的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有可在两套独立、同结构系统之间进行切换的双重化结构配置的超高压磁控式并联电抗器励磁设备。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于包括：电源系统、整流系统、监控系统和过压保护系统；所述电源系统为双变压器供电的电源系统，两个所述变压器分别由独立的母线供电，二次侧各设有互锁的切换开关；所述整流系统包括两套各自独立的子整流系统，两个所述子整流系统通过所述切换开关与所述电源系统连接，输出端设置有用于隔离和接地的输出隔离开关，且两个所述子整流系统分别与所述监控系统连接；所述监控系统包括一主监控系统，所述主监控系统的下级包括两个并列的子监控系统，两个所述子整流系统分别与一个所述子监控系统进行数据交换，所述整流系统输出端上的输出信号分别输入两个所述子监控系统，所述过压保护系统的数据则输入所述主监控系统中；所述过压保护系统设置在所述整流系统的输出端，一端连接在所述整 流系统的输出母线上，另一端接地。
所述变压器二次侧设置的切换开关包括两个分别串连在所述变压器二次侧的开关，以及一并联在两个所述开关另一端之间的第三开关，通过各所述开关的合、分操作切换两个所述变压器为所述整流系统供电，当其中一个变压器供电时，另一台作为热备用电源空载运行。
串连在两个所述变压器二次侧的开关上连接有备用电源自动投切装置。
两个所述子整流系统并联运行并自动实现均流，各输出一半功率。
两个所述子整流系统各自独立运行，当其中一个因故障推出运行时，另一个独立输出全部功率。
所述整流系统的输出母线上设置有两个分别为所述子监控系统采集信号的电流传感器，采集所述整流系统输出的电流信号，并输入对应的所述子监控系统中。
所述过压保护系统包括氧化锌限压器、两个反并联连接的晶闸管和晶闸管投切电阻、接地开关，两个所述晶闸管与所述晶闸管投切电阻串连连接后，与所述氧化锌限压器并联，再与接地开关并联。
所述整流系统采用三相全控桥式晶闸管整流系统。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用双重化结构配置，提高了设备的可靠性，避免因励磁设备的部分器件的故障而导致并联电抗器乃至于整个线路的停运，而且可以在不断电的情况下，对系统进行检修和维护。2、本发明励磁设备采用电力系统母线作为电压源供电，可以保障励磁输出的稳定性，可为超高压MCSR提供更稳定的直流励磁输出。3、本发明由于在励磁输出处装置过电压保护电路，解决了电网和一次设备暂态过程对励磁设备的冲击。
附图说明
图1是超高压磁控式并联电抗器励磁设备的主要电路方框示意图
图2是励磁设备监控系统方框示意图
具体实施方式
为详细说明本发明的结构、特点及功效，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。
如图1所示，本发明所提供的超高压磁控式并联电抗器励磁设备包括电源系统、整流系统、监控系统及过压保护系统，下面对这些系统的结构及其双重化结构配置进行描述：
(1)电源系统：为励磁设备提供交流电源。其由两段独立母线(母线I、母线II)供电，每段母线来自不同的变压器，从而保障了电源供电的可靠性。由于母线还 具有近似电压源的特性，因此还可以保障励磁输出的稳定性。两台整流变压器ZLB1和ZLB2分别通过开关BK1和BK2接在母线I、II上，将母线电压转变成合适等级的交流电源来供给下一级的晶闸管整流系统，同时实现该系统和上级母线I和母线II的隔离。整流变压器ZLB1和ZLB2经开关YK1、YK2接入励磁设备，开关YK3接在开关YK1、YK2之后，两条输入导线之间，以实现由整流变压器ZLB1和ZLB2给两套励磁整流系统供电，并实现两路供电电源的自动切换。当电源系统正常工作时，开关BK1和BK2均闭合，两台整流变压器ZLB1和ZLB2均带电。通过开关YK1～YK3的合、分操作，由其中一台整流变压器向整流系统提供电源，而另一台空载运行，作为热备用电源。当开关YK1和YK3合，YK2分时，整流变压器ZLB1可以输出功率，给两套励磁系统供电，ZLB2空载作热备用电源。当开关YK2和YK3合，YK1分时，则由ZLB2输出功率，ZLB1空载作备用。开关YK1、YK2为互锁设置，使两开关不能同时闭合，使开关YK1、YK2互锁的设备可以采用本领域公知的备用电源自动投切装置，也可以采用其它方式实现。与开关YK1、YK2连接的备用电源自动投切装置，可以在其中一路电源系统故障失压时将故障电源自动退出，使热备用电源系统自动投入运行，通过开关YK3的合、分操作，可选择为两套或一套子整流系统供电。正常工作情况下开关YK3闭合，电源系统为两套子整流系统供电，使两套子整流系统并联工作，当其中一套子整流系统发生故障时，可拉开开关YK3，只为另一套正常的子整流系统供电。
(2)整流系统：在本实施例中采用晶闸管整流系统，其将电源系统输入的交流电整流为直流电输出供给MCSR的二次绕组，通过对晶闸管触发角的调节实现对电抗器容量的调节控制。整流系统包括子整流系统1和子整流系统2两套系统，均采用三相全控桥式晶闸管整流系统。除由监控系统实现分层式控制外，自身还有完备的就地按钮控制和仪表盘显示，其中监控系统控制和就地按钮控制可通过旋钮切换。每套整流系统都配置有保护检测单元，包括晶闸管快熔保护继电器、温度继电器等，输出数字结点信号(开通或关断)到监控系统。在监控系统的控制下，两套子整流系统1、2既可以独立运行，也可以并联运行。子整流系统1和子整流系统2的输出端分别连接有输出隔离开关CK1、CK2，两个输出隔离开关CK1、CK2并联连接后又连接输出隔离开关CK3和接地开关DK，以在整流系统故障检修时实现隔离和接地。正常情况下两套子整流系统1、2并联运行并自动实现均流，各输出一半功率，当其中一套子整流系统因故障退出运行时，另一套可以实现完全独立工作，输出全部功率。通过对隔离开关的操作，可实现一套运行，一套检修。例如，断开开关BK2、YK3和CK2，子整流系统2可以进行检修，而子整流系统1 可以继续带全部负荷运行，这样就可以保证电抗器主设备正常运行。
(3)监控系统：作为励磁设备的监视、控制中心，监控系统采用微机控制系统。如图2所示，其包括一套主监控系统和两套独立同结构的子监控系统I、II，主监控系统包括人机交互及客户订制单元，通讯单元，调节、监控、保护、录波单元。各子监控系统I、II分别包括信号变换、采集、调理和A/D转换单元，结点信号隔离单元，输入单元，调节、运算、监控、保护单元，人机交互及客户定制单元，输出单元和通讯单元。两个子监控系统I、II分别控制两套子整流系统1、2，可在主监控系统协调下并列运行，也可以独立运行，同时还可以在主监控系统发生故障时，就地实现基本的监控功能。如图2所示，整个励磁监控系统按层次划分有主监控系统和两个并列的子监控系统I、II，主监控系统同上级可控电抗器监控系统和下级的两个子监控系统I、II进行信息交互，各子监控系统I、II接收输出母线上的电流传感器11、12的信号，和主监控系统进行信息交互，对子整流系统1、2进行基本的控制和调节。按功能划分，子监控系统I、II分别包括：(i)信号变换、采集、调理、A/D转换单元，其将输出母线上的两路电流传感器11、12检测得到的电流反馈信号输入信号变换、采集、调理、A/D转换单元，依次进行采集和预处理后，将输入的模拟信号转化成数字信号输出到下一级的输入单元。(ii)结点信号隔离单元，对整流系统中的保护检测单元的晶闸管快融保护继电器、温度继电器输出的数字结点信号进行隔离和预处理，并输出到输入单元。(iii)输入单元和输出单元，由信号变换、采集、调理和A/D转换单元输出的数字信号和结点信号隔离单元输出的结点信号通过输入单元输入调节、运算、监控、保护单元中，将经过调节控制后的输出量通过通讯单元输入主监控系统，同时通过输出单元输入驱动电路中进而驱动整流系统。(iv)调节、运算、监控、保护单元，其为子监控系统的控制指挥中心，其将输入单元输入的信号按程序流程实现预定功能，进行运算和控制。(v)人机交互及客户定制单元，子监控系统I、II和主监控系统的人机交互单元都是对调节、监控、保护单元的参数进行人机交互控制操作，可以实现方便友好的操作、查询和参数修改等功能，结果存于调节、运算、监控、保护单元，同时通过输出单元输出到通讯单元。(vi)通讯单元：实现子监控系统I、II和主监控系统、主监控系统和上级可控并联电抗器监控系统之间分层控制的层间双向信息交换。输出母线10上设置有分别为子监控系统I、II采集输出电流信号的电流传感器11、12，以将采集到的电流信号实时传输给对应的子监控系统I、II进行数据处理，掌控整流系统的工作状况。
(4)过压保护系统：其一端连接在整流系统的输出母线10上，另一端接地。 过压保护系统主要包括作为保护元件的氧化锌限压器13、两个反并联连接的晶闸管14、晶闸管投切电阻15和接地开关16，两个反并联连接的晶闸管14与晶闸管投切电阻15串连连接后，又与氧化锌限压器13和接地开关16并联。相比母线用磁控式并联电抗器，线路用的磁控式并联电抗器运行工作情况更为复杂。在线路和电抗器本体的特定运行工作情况和故障情况下，整流输出端会出现过电压。因此，为保护励磁系统安全运行，在直流输出端设置过压保护系统以防止过电压对励磁设备的损害。过压保护系统对过电压故障的判断和处理由主监控系统和上级磁控式并联电抗器的监控系统联络，进行信息交互和动作执行来完成，将保护元件检测的信号进行处理，上报上级电抗器的监控系统，并响应上级保护逻辑指令，完成一系列保护动作；另一方面其自身也可检测直流母线的过压故障就地进行判断和处理。
本发明的超高压磁控式并联电抗器励磁设备是世界上第一套应用于500kV输电线路上的MCSR的励磁设备，而在国外只有少数MCSR在母线上应用，最高电压等级330kV，在系统配置和元件选型上不同于且不适用于本发明。本发明的内容在技术领域是一次创新。
Claims (8)
1.一种超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于包括：电源系统、整流系统、监控系统和过压保护系统；
所述电源系统为双变压器供电的电源系统，两个所述变压器分别由独立的母线供电，二次侧各设有互锁的切换开关；
所述整流系统包括二套各自独立的子整流系统，两个所述子整流系统通过所述切换开关与所述电源系统连接，两个所述子整流系统输出端设置有用于隔离和接地的输出隔离开关，且两个所述子整流系统分别与所述监控系统连接；
所述监控系统包括一主监控系统，所述主监控系统的下级包括两个并列的子监控系统，两个所述子整流系统分别与一个所述子监控系统进行数据交换，所述整流系统输出端上的输出信号分别输入两个所述子监控系统，所述过压保护系统的数据则输入所述主监控系统中；
所述过压保护系统设置在所述整流系统的输出端，一端连接在所述整流系统的输出母线上，另一端接地。
2.如权利要求1所述的超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于：两个所述变压器二次侧共设置有三个切换开关，包括每个所述变压器二次侧分别串连的一个开关，以及一并联在两个所述开关另一端之间的第三开关，通过各所述开关的合、分操作切换两个所述变压器为所述整流系统供电，当其中一个变压器供电时，另一台作为热备用电源空载运行。
3.如权利要求2所述的超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于：串连在两个所述变压器二次侧的开关上连接有备用电源自动投切装置。
4.如权利要求1所述的超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于：两个所述子整流系统并联运行并自动实现均流，各输出一半功率。
5.如权利要求1所述的超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于：两个所述子整流系统各自独立运行，当其中一个因故障退出运行时，另一个独立输出全部功率。
6.如权利要求1所述的超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于：所述整流系统的输出母线上设置有两个分别为所述子监控系统采集信号的电流传感器，采集所述整流系统输出的电流信号，并输入对应的所述子监控系统中。
7.如权利要求1所述的超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于：所述过压保护系统包括氧化锌限压器、两个反并联连接的晶闸管和晶闸管投切电阻、接地开关三部分，两个所述晶闸管与所述晶闸管投切电阻串连连接后，与所述氧化锌限压器并联，再与接地开关并联。
8.如权利要求1所述的超高压磁控式并联电抗器励磁设备，其特征在于：所述整流系统采用三相全控桥式晶闸管整流系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Effective date: 20130130 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130130 Address after: 100192 Beijing city small business Qinghe Road No. 15 Patentee after: China Electric Power Research Institute Patentee after: State Grid Corporation of China Address before: 100192 Beijing city small business Qinghe Road No. 15 Patentee before: China Electric Power Research Institute |