CN1055573C - 高低压电容成套补偿装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力系统的无功功率补偿装置，是由高压和低压电容器分别自动补偿的成套装置。
高压电容器容量是平均补偿容量，经变压器降压后的低压电容器与高压电容器共同补偿高峰无功功率；低压电抗器与高压电容器，共同补偿低谷无功功率。分级自动调整电容量补偿无功功率，改善功率因数和电压质量，是调感方式无功功率补偿总容量的55%，提高响应速度，可大幅度的降低造价。

Description

高低压电容成套补偿装置
本发明涉及一种电力系统的无功功率补偿装置，是高低压电容成套补偿装置。
当前应用的电容补偿装置大都在某一电压级补偿，采用可调电抗器调整补偿的电容量；电抗器的容量大，调整电容量的响应速度慢，不适应负荷变化速度的需要，投资也较大。
本发明的目的是提供一种高低电压级同时补偿的技术手段，减少设备的总容量，达到快速调整功率因数、调整电网电压水平或者吸收谐波的目的。
本发明的技术方案是这样实现的，一种高低压电容成套补偿装置，由开关、电容器、电抗器组成，其特征是：高压电容器组合、低压电容器组合，分别设于电抗变压器的高压侧和低压侧，由电源(或负荷)的测量控制部件监控；
高压侧电容器组合由一组高压电容补偿器或多组高压电容补偿器并联，分别接高压母线；
电抗变压器由铁芯、高压线圈、低压线圈及电抗线圈组成；电抗线圈经断路器、低压开关与负载电抗器联接；高压线圈经断路器与高压母线联接，低压线圈经断路器与低压母线联接；
低压侧电容器组合由一组低压电容补偿器或多组低压电容补偿器并联，分别接于低压母线；根据需要在低压母线经低压开关可设置一台电阻器；
电源或负荷的测量控制部件是电源或负荷的功率因数或功率、电压测量控制部件，可以是数字型也可以是模值型；
电容器是成组电容器，或是多个单体电容器串并联组成的电容器组，在电容器的二分之一电压值处可以引出抽头；
与电容器串联的电抗器是空芯电抗器或是铁芯电抗器；电抗器的感抗与电容器的容抗之比，临近某次谐波的谐振值，电容与电抗的组合对基波呈容性，对谐波呈感性；每组电容电抗的临近谐波值，可以不相同；
放电线圈的一次线圈与电容器并联，且与电容器的二分之一电压值处抽头相接，放电线圈的二个二次线圈接电压差测量元件，当放电线圈的二个二次线圈电压差达到预定值时，高压开关、低压开关动作，切断电容器组；放电线圈的二次线圈经放电开关接放电电阻，在高压开关、低压开关投入前放电；
高压开关、低压开关的开合由测量控制部件控制，并与断路器配合；
放电开关的开合由高压开关，低压开关控制；
高压开关选用绝缘介质开关、真空开关，低压开关、放电开关选用之中的无触点的电力电子开关。
附图说明：
图1是高低压电容成套补偿装置的主结线图；
图2是高低压电容成套补偿装置低压侧的电容器是一组电容器主接线图；
图3是高低压电容成套补偿装置的电抗变压器经断路器直接接于系统母线主接线图；
图4是带有放电线圈的高压侧电容器组合和低压侧电容器组合详图；
图5是高低压电容成套补偿装置的测量控制部件图；
下面结合附图详细说明：
图1是高低压电容成套补偿装置的主结线，图4是带有放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的高压侧电容器组合(Cg)和低压侧电容器组合(Cd)详图。
高低压电容成套补偿装置由开关、电容器、电抗器组成，其特征是：高压电容器组合(Cg)、低压电容器组合(Cd)分别设于电抗变压器(T)的高压侧和低压侧，由电源(或负荷)的测量控制部件(Cy或Cf)监控。
高压侧电容器组合(Cg)由一组高压电容补偿器(Kg1、Cg1、Lg1)或多组高压电容补偿器(Kgn、Cgn、Lgn)并联，分别接高压母线(Mg)。
电抗变压器(T)由铁芯(Tx)、高压线圈(Xg)、低压线圈(Xd)及电抗线圈(Xk)组成；电抗线圈(Xk)经断路器(DL3)、低压开关(K01～K0n)与负载电抗器(L01～L0n)联接；高压线圈(Xg)经断路器(DL2)与高压母线(Mg)联接，低压线圈(Xd)经断路器(DL4)与低压母线(Md)联接。
低压侧电容器组合(Cd)由一组低压电容补偿器(Kd1、Cd1、Ld1)或多组低压电容补偿器(Kdn、Cdn、Ldn)并联，分别接于低压母线(Md)；根据需要在低(Md)经低压开关(K00)可设置一台电阻器(R00)。
电源或负荷的测量控制部件(Cy或Cf)是电源或负荷的功率因数(或功率、电压)测量控制部件，可以是数字型也可以是模值型。
电容器(Cg1～Cgn，Cd1～Cdn)是成组电容器，或是多个单体电容器串并联组成的电容器组，在电容器的二分之一电压值处可以引出抽头。
与电容器(Cg1～Cgn，Cd1～Cdn)串联的电抗器(Lg1～Lgn，Ld1～Ldn)是空芯电抗器或是铁芯电抗器；电抗器的感抗与电容器的容抗之比，临近某次谐波的谐振值，电容与电抗的组合对基波呈容性，对谐波呈感性；每组电容电抗的临近谐波值，可以不相同。
放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的一次线圈与电容器(Cg1～Cgn，Cd1～Cdn)并联，且与电容器的二分之一电压值处抽头相接，放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的二个二次线圈接电压差测量元件(Ycg1～Ycgn，Ycd1～Ycdn)，当放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的二个二次线圈电压差达到预定值时，高压开关(Kg1～Kgn)、低压开关(Kd1～Kdn)动作，切断电容器组；放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的二次线圈经放电开关(Jg1～Jgn，Jd1～Jdn)接放电电阻(Rg1～Rgn，Rd1～Rdn)；在高压开关(Kg1～Kgn)、低压开关(Kd1～Kdn)投入前放电。
高压开关(Kg1～Kgn)、低压开关(Kd1～Kdn，K00)的开合由测量控制部件(Cy或Cf)控制，并与断路器(DL1、DL4)配合；
放电开关(Jg1～Jgn，Jd1～Jdn)的开合由高压开关(Kg1～Kgn)，低压开关(Kd1～Kdn)控制。
高压开关(Kg1～Kgn)宜选用绝缘介质开关、真空开关，低压开关(Kd1～Kdn，K00)、放电开关(Jg1～Jgn，Jd1～Jdn)是无触点的电力电子开关。
电抗变压器(T)的高压线圈(Xg)与低压线圈(Xd)组成一台小短路阻抗的变压器，经断路器(DL4)、低压开关(Kd1～Kdn)与低压电容器组合相联；高压线圈(Xg)与电抗线圈(Xk)组成一台大短路阻抗的变压器，经断路器(DL3)、低压开关(K01～K0n)与电抗器(L01～L0n)相联；经低压开关(K00)投切电阻器(R00)。
电抗变压器可以是芯式结构也可以是壳式结构。
图5所示的高低压电容成套补偿装置的测量控制部件(Cy或Cf)，测量全电流(I)、全电压(U)和时间(Ti)或平均电压(Up)和时间(Ti)元件，同时送入平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)计算元件，经系列规定值比较元件(B)后：
当平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)小于全部规定值(或谐波含有率大于全部规定值)：
平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)小于规定值(或谐波含有率大于规定值)1，经控制指令放大，断路器(DL4)打开，低压开关(Kd1)闭合，断路器(DL4)闭合，低压侧电容器组1(Cd1、Ld1)先经放电开关(Jd1)放电后投入；或低压开关(Kd1)直接闭合，低压侧电容器组1(Cd1、Ld1)先经放电开关(Jd1)放电后投入。
平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)小于规定值(或谐波含有率大于规定值)2，经上述类似过程，低压侧电容器组1(Cd1、Ld1)与低压侧电容器组2(Cd2、Ld2)投入；
直到全部低压侧电容器组n(Cdn、Ldn)投入，与高压侧电容器组(Cg)同时向负荷(系统)供给容性无功功率(或高低压电容成套补偿装置的基波、谐波阻抗降低到最小)。
当平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)大于全部规定值(或谐波含有率大于全部规定值)：
平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)大于规定值(或谐波含有率小于规定值)1，经控制指令放大，断路器(DL4)打开，低压开关(Kd1)打开，断路器(DL4)闭合，低压侧电容器组1(Cd1、La1)切除；或断路器(DL4)不动，低压开关(Kd1)打开，低压侧电容器组1(Cd1、Ld1)切除。
平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)大于规定值(或谐波含有率小于规定值)2，经上述类似过程，低压侧电容器组2(Cd1、La1)与低压侧电容器组2(Cd2、Ld2)切除。
直到全部低压侧电容器组n(Cdn、Ldn)切除。
平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)仍大于某规定值(或谐波含有率小于规定值)m，经控制指令放大，断路器(DL3)打开，低压开关(K01)闭合，断路器(DL3)闭合，低压侧电抗器组1(L01)投入；或断路器(DL4)不动，低压开关(K01)直接闭合，低压侧电抗器组1(L01)投入。
平均功率因数(cosΦ)或平均电压(Up)仍大于某规定值(或谐波含有率小于规定值)m+1，经上述类似过程，低压侧电抗器组1(L01)与低压侧电抗器组2(L02)投入。
直到全部低压侧电抗器组n(L0n)投入，设计时设定全部电抗(L01～L0n)之和与电抗变压器电抗容量总和，与高压侧的电容器组合(Cg)的容量总和相等，对系统和负荷不输出无功功率。
在正常运行中，设于高压侧的电容器组对应于经常性的无功补偿，一般不进行操作投切；而低压侧的电容器、电抗器对应于变动性的无功补偿，需要经常投切，适应于负荷的变化。
图2所示的高低压电容成套补偿装置是低压侧补偿的另一方案，其特征是：低压侧电容器组合(Cd)的电容器(Cd0)是一组电容器，或是多个单体电容器串并联组成的电容器组，在电容器的二分之一电压值处可以引出抽头；
与低压电容器(Cd0)串联的低压电抗器(Ld0)是空芯电抗器或是铁芯电抗器；
放电线圈(Fd0)的一次线圈与低压电容器(Cd0)并联，且与电容器的二分之一电压值处抽头相连，放电线圈(Fd0)的二个二次线圈接电压差测量元件(Ycd0)，当放电线圈(Fd0)的二个二次线圈电压差达到预定值时，低压开关(Kd1～Kdn)动作，切断电容器组；放电线圈(Fd0)的二次线圈，经放电开关(Jd0)接放电电阻(Rd0)；在低压开关(Kd1～Kdn)投入前放电。
电抗变压器(T)的低压线圈(Xd)有多个抽头，分别与低压开关(Kd1～Kdn)联接，低压开关(Kd1～Kdn)的开合由测量控制部件(Cy或Cf)控制；
放电开关(Jd0)的开合由低压开关(Kd1～Kdn)控制。
低压开关(Kd1～Kdn)、放电开关(Jd0)是无触点的电力电子开关。
调整施加于低压电容器(Cd0)的电压值，电压越高输出的容量越大，达到最高电压值时，相当于并联电容器的全部投入。其余与图1相同。
图3所示是高低压电容成套补偿装置的电抗变压器(T)经断路器(DL2)直接接于系统母线(Mx)，高压侧和低压侧操作互不干扰。
本发明的高低压电容成套补偿装置，既可以成为一个整体由一台断路器(DL1)投入切除，也可以由两台断路器(DL1)和(DL2)分高压电容器组合及电抗变压器加低压电容器组合，分别投入或切除。
高低压电容成套补偿装置高压电容器的容量与低压电容器的容量的比例分配，依据不同的用户要求确定。
本发明的高低压电容成套补偿装置可以用于单相、两相、三相及多相系统。
本发明的高低压电容成套补偿装置与现有技术相比，例如：某工程需要补偿电容容量为Qc，变压器容量St，电抗器容量Q1，采用调整电感方式调整补偿的电容容量，三者的容量相等(伏安与乏数)且均为1，总容量为3。
采用本发明的高低压电容成套补偿装置，高压电容器的容量暂定为Qc/2，低压电容器的容量Qc/2，变压器的容量为St/2，由于电抗变压器的电抗值可以参与工作，电抗器的容量0.15 Q1，总容量为1.65，采用调整电容器支路数的方式调整电容容量，比调感方式少1.35。将调感的机械传动方式改为电力电子开关的投切方式，极大的提高了响应速度，及时补偿无功功率及调整网压水平(或限制谐波含有率)；同时也降低了造价。
本发明的高低压电容成套补偿装置可以广泛地应用于各种电压级的电力系统，是一种节省能源的产品。
本发明的高低压电容成套补偿装置尤其适用于作电气化铁路的电容补偿，既可以设于牵引变电所也可以设于分区亭，也可以高压电容器组合(Cg)设于牵引变电所母线(Mg)，电抗变压器(T)设于分区亭母线(Mg)，低压电容器组合(Cd)设于低压母线(Md)。既可以补偿无功功率又能提高牵引网的电压。同时有条件的限制谐波含有率，目前运行中的300余套电容补偿装置等待改造。
本发明的高低压电容成套补偿装置可以广泛的应用于各种电压级变电站的无功功率补偿及电压调整，在35kv或10kv级装设高压电容器组合(Cg)，在电抗变压器(T)二次装设低电压电容器组合(Cd)，进行无功功率的跟综调整。这样的变电站全国有几千个。
本发明的高低压电容成套补偿装置尤其适用于炼钢、轧钢的变压站，及负荷急剧变化的场合，低压电容器组合应用电力电子开关可以满足任何负荷变化的需要，大小几百套的炼钢、轧钢设备应用本发明的高低压电容成套补偿装置，不仅可以改善电能质量，还可以获得可观的经济效益。
本发明的高低压电容成套补偿装置，对国家电力系统可以减少电能损失，改善电能质量，提高发电设备效率，提高经济效益；对用电企业可以提高工率因数，少罚款或不罚款，稳定电网电压，保证生产正常进行；对高低压电容成套补偿装置的生产工厂可以有系列的成套产品供应市场，以亿元计算的生产总值；所选用的电容器、电抗器、开关、电抗变压器等都是成熟的工业产品。
本发明的高低压电容成套补偿装置是一种长期具有实效的节能产品。

Claims (3)

1.一种高低压电容成套补偿装置，由开关、电容器、电抗器组成，其特征是：高压电容器组合(Cg)、低压电容器组合(Cd)分别设于电抗变压器(T)的高压侧和低压侧，由电源(或负荷)的测量控制部件(Cy或Cf)监控；
高压侧电容器组合(Cg)由一组高压电容补偿器(Kg1、Cg1、Lg1)或多组高压电容补偿器(Kgn、Cgn、Lgn)并联，分别接高压母线(Mg)；
电抗变压器(T)由铁芯(Tx)、高压线圈(Xg)、低压线圈(Xd)及电抗线圈(Xk)组成；电抗线圈(Xk)经断路器(DL3)、低压开关(K01～K0n)与负载电抗器(L01～L0n)联接；高压线圈(Xg)经断路器(DL2)与高压母线(Mg)联接，低压线圈(Xd)经断路器(DL4)与低压母线(Md)联接；
低压侧电容器组合(Cd)由一组低压电容补偿器(Kd1、Cd1、Ld1)或多组低压电容补偿器(Kdn、Cdn、Ldn)并联，分别接于低压母线(Md)；根据需要在低压母线(Md)经低压开关(K00)可设置一台电阻器(R00)；
电源或负荷的测量控制部件(Cy或Cf)是电源或负荷的功率因数或功率、电压测量控制部件，可以是数字型也可以是模值型；
电容器(Cg1～Cgn，Cd1～Cdn)是成组电容器，或是多个单体电容器串并联组成的电容器组，在电容器的二分之一电压值处可以引出抽头；
与电容器(Cg1～Cgn，Cd1～Cdn)串联的电抗器(Lg1～Lgn，Ld1～Ldn)是空芯电抗器或是铁芯电抗器；电抗器的感抗与电容器的容抗之比，临近某次谐波的谐振值，电容与电抗的组合对基波呈容性，对谐波呈感性；每组电容电抗的临近谐波值，可以不相同；
放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的一次线圈与电容器(Cg1～Cgn，Cd1～Cdn)并联，且与电容器的二分之一电压值处抽头相接，放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的二个二次线圈接电压差测量元件(Ycg1～Ycgn，Ycd1～Ycdn)，当放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的二个二次线圈电压差达到预定值时，高压开关(Kg1～Kgn)、低压开关(Kd1～Kdn)动作，切断电容器组；放电线圈(Fg1～Fgn，Fd1～Fdn)的二次线圈经放电开关(Jg1～Jgn，Jd1～Jdn)接放电电阻(Rg1～Rgn，Rd1～Rdn)，在高压开关(Kg1～Kgn)、低压开关(Kd1～Kdn)投入前放电；
高压开关(Kg1～Kgn)、低压开关(Kd1～Kdn，K00)的开合由测量控制部件(Cy或Cf)控制，并与断路器(DL1、DL4)配合；
放电开关(Jg1～Jgn，Jd1～Jdn)的开合由高压开关(Kg1～Kgn)，低压开关(Kd1～Kdn)控制；
高压开关(Kg1～Kgn)选用绝缘介质开关、真空开关，低压开关(Kd1～Kdn，K00)、放电开关(Jg1～Jgn，Jd1～Jdn)之中的无触点的电力电子开关。
2.由权利要求1所述的高低压电容成套补偿装置，其特征是：电抗变压器(T)的高线圈(Xg)与低压线圈(Xd)组成一台小短路阻抗的变压器，经断路器(DL4)、低压开关(Kd1～Kdn)与低压电容器组合相联；高压线圈(Xg)与电抗线圈(Xk)组成一台大短路阻抗的变压器，经断路器(DL3)、低压开关(K01～K0n)与电抗器(L01～L0n)相联；经低压开关(K00)投切电阻器(R00)。
3.由权利要求1所述的高低压电容成套补偿装置，其特征是：低压侧电容器组合(Cd)的电容器(Cd0)是一组电容器，或是多个单体电容器串并联组成的电容器组，在电容器的二分之一电压值处可以引出抽头；
与低压电容器(Cd0)串联的低压电抗器(Ld0)是空芯电抗器或是铁芯电抗器；
放电线圈(Fd0)的一次线圈与电容器(Cd0)并联，且与电容器的二分之一电压值处抽头相连，放电线圈(Fd0)的二个二次线圈接电压差测量元件(Ycd0)，当放电线圈(Fd0)的二个二次线圈电压差达到预定值时，低压开关(Kd1～Kdn)动作，切断电容器组；放电线圈(Fd0)的二次线圈经放电开关(Jd0)接放电电阻(Rd0)；在低压开关(Kd1～Kdn)投入前放电；
电抗变压器(T)的低压线圈(Xd)有多个抽头，分别与低压开关(Kd1～Kdn)联接，低压开关(Kd1～Kdn)的开合由测量控制部件(Cy或Cf)控制；
放电开关(Jd0)的开合由低压开关(Kd1～Kdn)控制。
低压开关(Kd1～Kdn)、放电开关(Jd1～Jdn)是无触点的电力电子开关。
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