CN104158183B - 一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置，包括串联电容器组C、第一金属氧化物限压器MOV、旁路开关BP和阻尼回路；所述阻尼回路与所述旁路开关BP串联后与并联的所述串联电容器组C和所述第一金属氧化物限压器MOV并联；所述阻尼回路包括阻尼电抗器L1、阻尼电抗器L2、第二金属氧化物限压器MOV和电阻R，所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2并联后与串联的所述第二金属氧化物限压器MOV和所述电阻并联；所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2为电感值相等，额定电流相等的单相干式自冷空心阻尼电抗器。使用该布置的串联电容器补偿装置荷载均衡、成本低廉、空间利用率高，方便了串联电容器补偿装置的设计及材料选型。
Description
技术领域：
本发明涉及一种串联电容器补偿装置，具体讲涉及一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置。
背景技术：
现有的一次能源和电力负荷在地理位置上的分布存在很大差异，部分地方这一差异尤为突出。随着经济发展，能源供给与电力消费间的供需矛盾日趋严重，远距离、大容量、跨区域输电能够有效缓解电力供需矛盾，成为现代电力系统最重要的特征之一，同时也对电网的输电能力提出了更高的要求。将电力电容器串联于交流输电线路中的交流输电系统的串联电容补偿技术，补偿交流输电线路的部分感性阻抗，实现了增加线路输送容量、提高系统稳定性、降低网损、节约投资等目的。世界各国电力系统已广泛使用了这一技术。
随着500kV电网大容量串补装置的应用，特别是在750kV及特高压电网的应用，一次设备的电压、电流、容量成倍增长，设备制造难度日益凸显，部分设备的制造水平在现有技术和材料上已经接近极限，需要拓宽思路，改变制造或安装设计方案，确保设备和电网的运行安全。
串补装置中的阻尼电抗器，既需要阻尼串联电容器组放电电流在故障时刻保护电容器组及旁路设备，在特定工况下，还需要长期串联在线路中运行。
常规的串补装置采用单台阻尼电抗器，单台阻尼电抗器体积和重量巨大，由于电抗器的磁场作用，一定范围内不能布置导磁材料，不利于空间利用；同时单台设备重量过大，导致局部荷载过大，对串补平台的材料选择和抗震设计造成困难，所以需要提供一种解决这些问题的新技术方案。
发明内容：
为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置。
本发明提供的技术方案是：一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置，包括串联电容器组C、第一金属氧化物限压器MOV、旁路开关BP和阻尼回路；所述阻尼回路与所述旁路开关BP串联后与并联的所述串联电容器组C和所述第一金属氧化物限压器MOV并联；其改进之处在于：所述阻尼回路包括阻尼电抗器L1、阻尼电抗器L2、第二金属氧化物限压器MOV和电阻R，所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2并联后与串联的所述第二金属氧化物限压器MOV和所述电阻并联；
所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2为电感值相等，额定电流相等的单相干式自冷空心阻尼电抗器。
优选的，所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2安装在同一水平面上。
进一步，所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2包括圆柱体形的电感线圈和同轴安装在所述电感线圈侧壁上方的龙骨架；所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2包括所述电感线圈顶端的上层接线端子和所述电感线圈底端的下层接线端子，所述上层接线端子在所述电感线圈底面上的投影与所述下层接线端子之间的距离等于所述电感线圈的直径。
进一步，所述阻尼电抗器L1的下层接线端子J1通过汇流母线M1与所述阻尼电抗器L2的下层接线端子J2相连，所述下层接线端子J2为所述汇流母线M1的出线端。
进一步，所述下层接线端子J1与所述下层接线端子J2之间的汇流母线M1的长度等于所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2之间的最短距离与所述阻尼电抗器直径的数值求和。
进一步，所述阻尼电抗器的龙骨架与所述阻尼电抗器的上层接线端子电气相连，所述阻尼电抗器L1的龙骨架通过汇流母线M2与所述阻尼电抗器L2的龙骨架连接，所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2之间的汇流母线M2的长度等于所述阻尼电抗器L1与所述阻尼电抗器L2之间的最短距离。
进一步，所述阻尼电抗器L1的上层接线端子为进线端。
与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：
1、本发明所提出的串联电容器补偿装置高压平台荷载更加均衡，有利于提高平台抗震能力。
2、本发明所提出的采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置接线方简单、清晰，具备大电流通流能力。
3、串联电容器补偿装置中的设备均为常规设备，串联电容器补偿装置对阻尼电抗器的通流能力没有特殊要求，不增加设备制造难度。
4、串联电容器补偿装置中的阻尼电抗器的支柱、端子、接线等使用较少，降低了串联电容器补偿装置的成本和阻尼电抗器的安装难度。
5、串联电容器补偿装置的阻尼电抗器占用面积小，空间利用率高，降低了串联电容器补偿装置外围设备的布置难度，方便串联电容器补偿装置的设计及材料选型。
6、串联电容器补偿装置的阻尼电抗器高度低，抗风能力强。
附图说明：
图1为阻尼回路采用单台阻尼电抗器的串联电容器补偿装置原理图；
图2为阻尼回路采用采用两台阻尼电抗器并联的串联电容器补偿装置原理图；
图3为采用两段汇流母线的平层并联式结构的阻尼电抗器俯视图；
图4为采用电抗器龙骨作为汇流母线的平层并联式结构的阻尼电抗器俯视图；
图5为平层并联式结构和单台阻尼电抗器结构的布置对比示意图；
图6为叠放并联式结构的阻尼电抗器布置示意图。
其中1-阻尼电抗器L1的下层接线端子、2-阻尼电抗器L2的下层接线；3-出线端；4-阻尼电抗器L1的上层接线端子；5-阻尼电抗器L2的上层接线端子；6-进线端；7-阻尼电抗器；8绝缘子支撑结构。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实施例对本发明的内容做进一步说明：
现有的采用单台阻尼电抗器的串联电容器补偿装置的原理图如图1所示：为了便于说明，图中隔离开关所带的接地开关没有画出。其中：C：串联电容器组；MOV：金属氧化物限压器，用于保护C；GAP：触发型间隙，用于C的后备保护；L：阻尼回路中阻尼电抗器；R：阻尼回路中电阻器；BP：旁路开关。
图1中的阻尼回路用来限制旁路设备动作时产生的电容器放电电流的幅值和频率，并对放电振荡提供足够的阻尼，达到保护电容器组及旁路设备的目的。
阻尼回路采用“阻尼电抗器并联电阻器+MOV”结构，阻尼电抗器不但需放电过程中承受较高的串联电容器组峰值放电电流和系统故障电流，在特定工况下，还需长期通过线路额定电流，所以阻尼电抗器设计时选取的额定电流要满足线路额定电流的要求。
对于容量更大的超/特高压串补装置中的阻尼电抗器，其具有额定电流大、电感值大等特点。电抗器产品外形尺寸及重量主要取决于其容量，电抗器的容量计算公式为：
QL＝I2×2πf×L (VA) (1)
式中：QL:电抗器额定容量；I:电抗器额定电流；f:电抗器额定频率；L：电容器额定电感。
公式(1)表明：电抗器额定电流和电感值越大，容量越大，相应的在体积和重量上增加也越大，特别是特高压电网的线路额定电流一般为目前国内超高压电网线路额定电流的2倍，即使不考虑阻尼电抗器电感值的变化，容量也增加了4倍。体积和重量的增加对串补装置的电气设计、结构设计、产品的运输和安装都有着不利的影响。
串补装置的设备安装在钢结构平台上，由数根支柱绝缘子支撑钢结构平台以满足系统对地绝缘要求和串补装置的抗震要求，钢结构平台上设备需紧凑布置，以节约工程建设成本及用地成本。对于容量较大的电抗器，由于重量增加，使得安装电抗器部分的钢结构平台受力集中，这一因素直接影响钢结构平台的受力设计且对抗震设计不利；同时，由于电抗器的电磁作用会在其电磁影响区域内的导磁材料(例如普通钢、铁)上会产生涡流，使该类材料发热及氧化，影响使用寿命，所以电抗器一定倍数的直径范围内不能布置含有导磁材料的设备，体积的增大将导致这个区域扩大，使得钢结构平台上产生较大不能使用的空间，不利于设备的布置；上述变化还将对电抗器的安装及运输产生影响。
本申请提出一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置，如图2所示：串联电容器补偿装置中的阻尼回路采用两台阻尼电抗器并联，再与“电阻+MOV”支路或其他形式支路并联的结构，阻尼电抗器采用平层布置方式并联安装，由两台具有良好均流特性的阻尼电抗器平层并联，大大降低了产品制作工艺要求，也为工程设计、运输、安装提供了便利。
两台并联的阻尼电抗器电感值相等，额定电流相等，每台阻尼电抗器的额定电流等于采用单台阻尼电抗器方案时设计值的两台并联的阻尼电抗器中任何一台的容量为单台设计值的
阻尼电抗器采用单相干式自冷空心阻尼电抗器，较其他形式的阻尼电抗器，具有重量轻、易安装运输、免维护等特点。
串联电容器补偿装置中的阻尼电抗器接线方式的俯视图如图3和图4所示：
图3中两台电抗器通过M1、M2两条母线并联，并通过M1母线和M2母线汇流，由于阻尼电抗器的额定电流大，汇流母线的通流截面及管径都需相应增加，加上放电时的电动力，对阻尼电抗器的端子受力要求过高，不利用产品设计；
为了克服图3中接线方式所存在的缺陷，在图3的基础上进行改进，改进后的阻尼电抗器接线方式如图4所示：
图4中利用阻尼电抗器龙骨架作为汇流母线的一部分，解决了端子的受力问题，减少了连接导线和金具，在空间布置上更加优化，具有安全可靠、设计经济等特点。
图5中给出了单台结构阻尼电抗器结构和平层并联式结构的布置对比示意，图中虚线内为阻尼电抗器电磁影响区域，区域内不能布置含有导磁材料的设备。由于单台结构的阻尼电抗器直径大，电磁影响区域广，不利于其他设备的布置，同时重量大、受力点集中，不利于支撑结构及抗震设计。采用平层并联式结构布置的电抗器直径小，电磁影响区域小，有利于串联电容器补偿装置中的其他设备的布置，又由于质量轻，将本来单个受力区域分散成两个，有利于支撑结构及抗震设计。在保证设计要求的安全距离外，布置更加紧凑，可节约工程的用地成本。
例如特高压项目中采用两台平层并联布置的ZKK-1000-3150-3.366(代号-系统电压-额定电流-额定电感)型阻尼电抗器，直径为2米，单台重量6吨；如果采用单台布置，型号应为ZKK-1000-6300-1.683的产品，其直径大约为2.6米，重量接近10吨。
图6为叠放并联式结构的阻尼电抗器布置示意图，将两台阻尼电抗器堆叠布置，解决了电磁影响导致所占区域增大的问题。但两台阻尼电抗器叠放布置，使得受力点较单台结构的更加集中，同时高度的增加，风速对于设备的影响也成倍增加，不利于支撑结构设计和抗震设计。同时，这种结构还会产生互感、电场强度设计、电晕设计等新的问题。本申请中串联电容器补偿装置的阻尼电抗器采用平层并联方式，避免了上述缺陷。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置，包括串联电容器组C、第一金属氧化物限压器MOV、旁路开关BP和阻尼回路；所述阻尼回路与所述旁路开关BP串联后与并联的所述串联电容器组C和所述第一金属氧化物限压器MOV并联；其特征在于：所述阻尼回路包括阻尼电抗器L1、阻尼电抗器L2、第二金属氧化物限压器MOV和电阻R，所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2并联后与串联的所述第二金属氧化物限压器MOV和所述电阻并联；
所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2为电感值相等，额定电流相等的单相干式自冷空心阻尼电抗器；
所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2安装在同一水平面上；
所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2包括圆柱体形的电感线圈和同轴安装在所述电感线圈侧壁上方的龙骨架；所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2包括所述电感线圈顶端的上层接线端子和所述电感线圈底端的下层接线端子，所述上层接线端子在所述电感线圈底面上的投影与所述下层接线端子之间的距离等于所述电感线圈的直径；
所述阻尼电抗器L1的下层接线端子J1通过汇流母线M1与所述阻尼电抗器L2的下层接线端子J2相连，所述下层接线端子J2为所述汇流母线M1的出线端；
所述下层接线端子J1与所述下层接线端子J2之间的汇流母线M1的长度等于所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2之间的最短距离与所述阻尼电抗器直径的数值求和。
2.如权利要求1所述的一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置；其特征在于：
所述阻尼电抗器的龙骨架与所述阻尼电抗器的上层接线端子电气相连，所述阻尼电抗器L1的龙骨架通过汇流母线M2与所述阻尼电抗器L2的龙骨架连接，所述阻尼电抗器L1和所述阻尼电抗器L2之间的汇流母线M2的长度等于所述阻尼电抗器L1与所述阻尼电抗器L2之间的最短距离。
3.如权利要求2所述的一种采用平层并联式阻尼电抗器的串联电容器补偿装置；其特征在于：
所述阻尼电抗器L1的上层接线端子为进线端。
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