CN102254680B - 一种内熔丝电容器花式接线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统领域，涉及一种内熔丝电容器花式接线结构，该花式接线结构的接线单位包括内熔丝电容器单元两串两并结构、两串三并结构、三串两并结构或三串三并结构；内熔丝电容器花式接线结构根据串联段数或并联台数选择接线单位或接线单位的组合，本发明提供的技术方案能进行很好的过电压保护配置并且具有较好的耐爆性能，适用于大容量的电容补偿装置。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，涉及一种电力电容器装置，具体一种内熔丝电容器花式接线结构。
背景技术
随着电网的发展，大规模远距离输送工程不再鲜见。为了提供强有力的无功支持，改善电压沿线分布特性，降低线路和变压器损耗，释放电力系统容量以及充分发挥输电通道的经济效益，安装各类无功补偿装置是常用且非常有效的手段。随着电力系统电压等级的不断升高，750kV和1000kV高压输电系统迅速发展，电力电容器装置的电压等级越来越高，单台容量越来越大，过电压耐受及耐爆能力的问题日益突出。
根据熔断器的布置方式，电容器单元可分为三种类型，即安装外部熔断器的电容器单元、带内熔丝的电容器单元及无熔丝的电容器单元。内熔丝电容器的熔丝与元件串联安装在电容器单元内部，当个别不良电容器元件发生损坏时，熔丝熔断隔离该故障元件，电容器组允许继续运行，由于其可利用率较高，目前在高压系统中得到广泛应用。
传统的内熔丝电容器组接线方式采用的是多并结构(如图1(b)所示)，对于同一参数的电容器组，直接并联电容器单元越多，在相同的不平衡电流下，电容器单元和元件过电压越小。电容器组的继电保护定值(不平衡电流)的选取主要是根据电容器单元和元件对应允许的过电压选取的，一旦电容器单元和元件的过电压确定后，继电保护定值(不平衡电流)也被确定了。考虑到高压测量设备的精度和误差，不平衡电流值选取不宜过小，但目前的直接并联数量受到电容器单元外壳耐爆能量的限制。
当电容器组的容量Q与电压V确定之后，其电容量C也随之确定，后者可由不同的并联台数和串联段数的电容器单元组合而成。然而在同一串联段上的并联台数要受到电容器单元耐爆能量的限制，即所谓最大并联台数问题。对于现有的500kV及以下电压等级的串联补偿装置中，电容器的单元接线方式一般为单串式结构(如图1(a)中所示)或者多并式结构(如图1(b)中所示)，能较好地平衡过电压与耐爆之间的关系。然而当电压等级升高(750kV或者1000kV)，电容器单组容量增大，如果继续沿用单串式或者多并式结构，或存在电容器过电压保护配置选取难度加大的问题，或存在单台电容器吸收能量超过电容器耐爆水平的问题，致使过电压配置与耐爆无法同时取得很好的性能，给电容器设计带来了很大的困难。
发明内容
为了克服现有电容器组的单串式或者多并式接线技术的上述缺陷，本发明结合电力电容器的特点，提供了新的单元接线方式-花式接线，使电容器过电压保护配置与电容器耐爆特性之间得到了较好的平衡，给电容器设计工作带来了很大的便利。
本发明的目的采用下述方案予以实现：
一种内熔丝电容器花式接线结构，其改进之处在于，所述花式接线结构的接线单位包括内熔丝电容器单元两串两并结构、两串三并结构、三串两并结构或三串三并结构；所述花式接线结构根据串联段数或并联台数选择所述接线单位或所述接线单位的组合。
本发明提供的一种优选的技术方案是：所述两串两并结构由对称的两个支路并联组成；所述每个支路由两个电容器单元串联组成。
本发明提供的第二优选的技术方案是：所述两串三并结构由三个支路并联组成；所述每个支路由两个电容器单元串联组成。
本发明提供的第三优选的技术方案是：所述三串两并结构由对称的两个支路并联组成；所述每个支路由三个电容器串联组成。
本发明提供的第四优选的技术方案是：所述三串三并结构由三个支路并联组成；所述每个支路由三个电容器单元串联组成。
本发明提供的第五优选的技术方案是：所述花式接线结构根据串联段数或并联台数是奇数或偶数选择所述接线单位或所述接线单位的组合。
本发明提供的第六优选的技术方案是：所述内熔丝花式接线结构优先采用两串两并结构。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的电容器单元花式接线结构明晰，易于工程实现，不对设计制造增加难度和成本；
2、本发明提供的的电容器单元花式接线结构有利于高电压大容器电容器过电压保护配置设计；
3、本发明提供的电容器单元花式接线结构能使每台电容器爆炸能量不会超过标准规定；
4、本发明提供的电容器单元花式接线结构不仅限于串联补偿装置使用，也适用于并联补偿、串联谐振型故障限流器FCL、直流输电、高压静止无功补偿装置SVC等其他需要使用大容量电容器的装置。
附图说明
图1是现有电容器单元接线结构单位单相原理图，其中(a)为单串结构，(b)为多并结构；
图2是电容器单元花式结构接线单位，其中(a)是两串两并结构，(b)是两串三并结构，(c)是三串两并结构，(d)是三串三并结构；
图3是某电容器装置的一相电容器结构示意图；
图4是电容器单元接线单相原理图，其中(a)为单串结构，(b)为双并结构。
图5是电容器单元花式结构单相原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图3是某电容器装置的一相电容器结构示意图，如图3所示，该相电容器组采用单星形双H桥结构，其中，一个H桥的桥臂由电容器单元串并联构成，单元接线方式采用花式结构，该电容器花式结构的接线单位是一个两串两并结构、两串三并结构、三串两并结构或三串三并结构，如图2所示，图2是电容器单元花式结构接线单位，其中(a)是两串两并结构，(b)是两串三并结构，(c)是三串两并结构，(d)是三串三并结构；内熔丝电容器花式接线结构根据串联段数和并联台数是奇数还是偶数，决定采用上述哪种接线单位或者接线单位的组合，优先采用两串两并结构。
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述。
实施例
以某串联补偿电容器为例，如图3所示，电容器单元额定容量Q＝557.6kvar，单元额定电容C＝46.2uF，单元额定峰值电压；该电容器组采用单星形双H桥结构单相电容器单元数为16(串)*28(并)＝448，每个桥臂的单元数为8(串)*14(并)＝112，每个电容器单元内部元件数为3(串)*20(并)＝60；其中C1-C8为H桥的各桥臂，桥臂由电容器单元串并联构成，TA1、TA2是不平衡电流互感器，用于测量两个电容器H桥的不平衡电流。
电容器单元接线分别采用单并结构，如图4(a)所示；双并结构，如图4(b)所示和花式结构(两串两并)，如图5所示。对于这三种结构，分别计算电容器元件过电压、单元过电压及不平衡电流。损坏元件按断线考虑，且所有损坏元件均分布在同一个电容器单元内的同一段并联元件中。表一为单串结构过电压计算结果；表二为双并结构过电压计算结果；表三为花式结构中两串两并结构的过电压计算结果。对于双并或多并结构，如直接并联电容器单元越多，在相同的不平衡电流下，电容器单元和元件过电压越小，电容器击穿后电容器组向故障电容器释放的能量就越大。需要指出的是多并结构包括双并结构、三并结构、四并结构等，本算例中采用双并这种典型的多并结构，所得到的结果仅用来和花式结构的结果做比较。
电容器桥差不平衡保护按照三级整定整定原则，整定整定原则分别为延时告警、低值延时跳闸、高值跳闸。为了防止告警误动作，告警值应高于初始不平衡值。告警值选在单元过电压1.05pu左右或者元件过电压1.35pu左右；高值跳闸选在单元过电压1.1pu左右或者元件过电压1.5pu左右；低值延时跳闸选在前述两者之间，低值延时跳闸具体的值根据过电压计算时，前述告警和高值跳闸两者相差的损坏元件数量确定，选取两者对应的损毁元件数之间的损坏元件数对应的单元过电压或者元件过电压。
表一：单串结构过电压计算表
| 序号 | 损坏元件数量 | 单元过电压pu | 元件过电压pu | 不平衡电流A |
| 1 | 1 | 1.015 | 1.05 | 0.098 |
| 2 | 2 | 1.032 | 1.106 | 0.208 |
| 3 | 3 | 1.051 | 1.168 | 0.330 |
| 4 | 4 | 1.073 | 1.238 | 0.466 |
| 5 | 5 | 1.096 | 1.316 | 0.62 |
| 6 | 6 | 1.124 | 1.404 | 0.795 |
| 7 | 7 | 1.155 | 1.506 | 0.995 |
| 8 | 8 | 1.190 | 1.623 | 1.226 |
| 9 | 9 | 1.232 | 1.760 | 1.496 |
| 10 | 10 | 1.282 | 1.923 | 1.816 |
表二：双并结构过电压计算表
| 序号 | 损坏元件数量 | 单元过电压pu | 元件过电压pu | 不平衡电流A |
| 1 | 1 | 1.008 | 1.042 | 0.097 |
| 2 | 2 | 1.016 | 1.089 | 0.204 |
| 3 | 3 | 1.025 | 1.139 | 0.322 |
| 4 | 4 | 1.035 | 1.194 | 0.450 |
| 5 | 5 | 1.096 | 1.316 | 0.749 |
| 6 | 6 | 1.058 | 1.323 | 0.795 |
| 7 | 7 | 1.072 | 1.398 | 0.924 |
| 8 | 8 | 1.087 | 1.483 | 1.120 |
| 9 | 9 | 1.105 | 1.578 | 1.341 |
| 10 | 10 | 1.124 | 1.686 | 1.592 |
表三：花式结构过电压计算
| 序号 | 损坏元件数量 | 单元过电压pu | 元件过电压pu | 不平衡电流A |
| 1 | 1 | 1.012 | 1.047 | 0.098 |
| 2 | 2 | 1.025 | 1.099 | 0.206 |
| 3 | 3 | 1.040 | 1.156 | 0.326 |
| 4 | 4 | 1.056 | 1.219 | 0.459 |
| 5 | 5 | 1.074 | 1.289 | 0.608 |
| 6 | 6 | 1.095 | 1.368 | 0.774 |
| 7 | 7 | 1.118 | 1.458 | 0.963 |
| 8 | 8 | 1.144 | 1.560 | 1.178 |
| 9 | 9 | 1.174 | 1.677 | 1.425 |
| 10 | 10 | 1.209 | 1.814 | 1.713 |
根据GB 11024.3《标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器》规定：“对全膜电容器，在并联能量限制在15kJ时，即使电容器发生故障，外壳爆裂的几率通常是可以接受的。在额定电压下，该限制相当于并联链接60hz、4650kvar或50hz，3900kvar电容器。”GB50227-2009《并联电容器装置设计规范》“每个串联段的电容器并联总容量不应超过3900kvar”已作为强制性条文规定。
按上述规范在1.1U下，电容器的耐爆能量为15kJ时，由于串联电容器过电压保护水平为2.3U，将上述15kJ折算到2.3U下电容器最大容量为892kvar，也就是说串联电容器装置最大串联段的并联电容器容量应小于892kvar，同时考虑到电容器电容的正偏差因数，该允许的最大容量值还要进一步减小。
根据上述整定原则，在各计算表中用下划线标出告警值和高值跳闸选取点。由各计算表可知，单串结构告警值与跳闸高值离的相对太近，两者之间只差一个故障元件，对保护整定不利。双并结构告警值与跳闸高值之间离的相对较远，对保护整定有利，但是其耐爆可能存在问题，这个将在后面进行阐述。花式结构告警值与跳闸高值间离的也相对较远，介于单串结构与双并结构之间，同样有利于过电压保护整定。
根据仿真计算可以得出，在2.3倍过电压下，单串结构在电容器击穿后电容器组向故障电容器释放的能量小于15kJ；双并结构在电容器击穿后电容器组向故障电容器释放的能量大于15kJ；花式结构在电容器击穿后电容器组向故障电容器释放的能量稍大于单串结构但是仍小于15kJ，也即该串联电容器装置中单台电容器容量为557.6kvar时，单串结构及花式结构的接线方式下，能满足故障电容器所承受的输入耐爆能量小于15kJ的要求，而双并结构不能满足。
综上，本发明提供的内熔丝电容器花式接线结构能进行很好的过电压保护配置并且具有较好的耐爆性能，适用于大容量的电容补偿装置。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (1)
1.一种内熔丝电容器花式接线结构，其特征在于，所述花式接线结构的接线单位包括内熔丝电容器单元两串两并结构、两串三并结构、三串两并结构或三串三并结构；所述花式接线结构根据串联段数或并联台数选择所述接线单位或所述接线单位的组合；
所述两串两并结构由对称的两个支路并联组成；所述每个支路由两个电容器单元串联组成；
所述两串三并结构由三个支路并联组成；所述每个支路由两个电容器单元串联组成；
所述三串两并结构由对称的两个支路并联组成；所述每个支路由三个电容器单元串联组成；
所述三串三并结构由三个支路并联组成；所述每个支路由三个电容器单元串联组成；
所述花式接线结构根据串联段数或并联台数是奇数或偶数选择所述接线单位或所述接线单位的组合；
所述内熔丝花式接线结构优先采用两串两并结构；
电容器桥差不平衡保护按照三级整定整定原则，整定整定原则分别为延时告警、低值延时跳闸、高值跳闸；为了防止告警误动作，告警值高于初始不平衡值；告警值选在单元过电压1.05pu或者元件过电压1.35pu；高值跳闸选在单元过电压1.1pu或者元件过电压1.5pu；低值延时跳闸选在前述两者之间，低值延时跳闸具体的值根据过电压计算时，前述告警和高值跳闸两者相差的损坏元件数量确定，选取两者对应的损毁元件数之间的损坏元件数对应的单元过电压或者元件过电压。
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| CN201199631Y (zh) * | 2008-04-24 | 2009-02-25 | 国家电网公司 | 一种双桥差电力电容器装置 |
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