CN105846451B - 一种基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其包括电容器组件、氧化锌组件以及控制器，所述控制器内部设置有快速放电开关，所述快速放电开关与所述电容器组件、氧化锌组件并联连接；所述控制器包括相互通讯连接的主控制芯片、短路故障识别芯片以及监控芯片；所述主控制芯片接收所述短路故障识别芯片发出的短路故障信号，并向所述快速放电开关发出动作指令。本发明提供的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统造价低、安装方便、维护简单，具有良好的节能效果，节能效果达到3％‑4％。短路故障识别芯片识别短路故障的时间为1‑2ms，故障识别快速，准确，并发出对快速放电开关的命令，快速放电开关能够在12ms内关合，确保电容器的安全。
Description
技术领域
本发明涉及配电领域，具体地涉及一种基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统。
背景技术
随着经济的发展，用电负荷的快速增长，占全国大部分面积的广大偏远地区电网向无电地区延伸，110KV高压超长线路及中压配网的供电质量问题和线损高问题日益突出，集中变现在电压偏低及电压波动率大，导致负电荷的供电电压远远超过了国家规定的质量标准，影响了各地区人民的生产和生活，因此，需要功能有效的技术设备来治理目前存在的电压质量和电能损耗的问题。
现有的相关治理措施主要有以下几条措施：
1、调整主变压器分接头，此种措施的缺点如下：
由于变电站出线的各配电线路长度及负荷水平不同，通过调整变压器分接头很难照顾周全，变电站调整分接头的范围有限，很难解决长线路末端的低电压问题，调整变压器分接头无法解决电压波动问题。
2、在负荷相对集中处加装并联补偿电容器，此种措施的缺点如下：
并联补偿电容器需要远方或就地自动投切，增加系统的复杂程度及安装数量，且日常维护难度大，可靠性差，为达到同样的调压效果，并联补偿电容器需要容量大，造价高；并联电容器的补偿效果与电压的平方成正比，在低电压时补偿效果反而下降；频繁投切会引起电压波动，严重情况会造成电压和无功到送问题。
3、在电路中串联有载调压变压器，此种措施缺点如下：
设备为有触头调压，动作频繁，可靠性差，维护工作量大，安装管理难度高；由于自身的有功、无功损耗，投入运行后增大线路的网损；调压器过载能力差，要加装额外的开关及保护设备对其进行保护，需要停电检修，供电可靠性下降；无功严重不足时，调压效果反而更差；不宜随线路分布式安装。
4、更换粗导线或缩短供电半径，此种措施缺点如下：
投资巨大、不经济；施工建设周期长、难度大；需要停电施工，征地困难。
发明内容
本发明为了解决上述提到的现有的电网配电存在电压质量和电能损耗问题，根据现有技术存在的缺点，提供一种基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其造价成本低、体积小、安装方便、设备维护简单。
具体地，本发明提供一种基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其包括电容器组件、氧化锌组件以及控制器，所述控制器内部设置有快速放电开关，所述快速放电开关与所述氧化锌组件分别与所述电容器组件并联连接；
所述控制器包括相互通讯连接的主控制芯片、短路故障识别芯片以及监控芯片；所述短路故障识别芯片的输出端连接所述主控制芯片的输入端，所述主控制芯片的输出端连接所述快速放电开关的输入端；
所述主控制芯片接收所述短路故障识别芯片发出的短路故障信号，并向所述快速放电开关发出动作指令。
优选地，所述短路故障识别芯片包括电流传感器以及比较芯片，所述电流传感器用于采集电路的电流值并发送至所述比较芯片，所述比较芯片设置有电流瞬时值阈值以及电流变化率阈值，当电流瞬时值超过电流瞬时值阈值和/或电流变化率超过电流变化率阈值时，所述比较芯片向所述主控制芯片发出短路故障信号。
优选地，所述短路故障识别芯片识别短路故障的时间为1-2ms。
优选地，所述控制器还包括GPRS芯片以及通讯芯片，所述GPRS芯片的输出端连接所述主控制芯片的输入端，所述主控制芯片的输出端连接所述通讯芯片的输入端。
优选地，所述电容器组件串联连接有旁路刀闸、第一隔离刀闸以及第二隔离刀闸。
优选地，所述快速放电开关串联连接有放电阻尼器。
优选地，所述放电阻尼器包括相互并联连接的放电电阻和放电电感。
优选地，所述氧化锌组件包括多个串并联连接的氧化锌阀片。
优选地，所述监控芯片对快速放电开关、旁路刀闸、第一隔离刀闸以及第二隔离刀闸的工作状态进行监控，并在系统处于非正常工作时进行报警。
优选地，所述通讯芯片通过数据线连接有外部通讯端口。
本发明的优点如下所述：
本发明提供的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统造价低、安装方便、维护简单，具有良好的节能效果，节能效果达到3％-4％。短路故障识别芯片识别短路故障的时间为1-2ms，故障识别快速，准确，并发出对快速放电开关的命令，在设备本身出现故障时，主控制芯片切断系统工作，快速放电开关能够在12ms内关合，快速放电开关的分闸时间小于2ms，合闸时间小于8ms，确保电容器的安全。氧化锌阀片的串并联能够将每个氧化锌阀片的均流、均压误差控制在很小的范围，并使每个阀片吸能作用均匀发挥。
附图说明
图1为本发明的结构示意框图；
图2为本发明的实施例1的结构示意图；
图3为本发明的实施例2的结构示意图；
图4为本发明的电路示意图；以及
图5为本发明的电容器组件安装电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明的工作原理及结构做进一步解释：
发明提供一种基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，如图1及图4所示，其包括电容器组件1、氧化锌组件2以及控制器3，控制器3内部设置有快速放电开关4，快速放电开关4与氧化锌组件2分别与电容器组件1并联连接，对电容器组件1以及氧化锌组件2进行短路保护。如图5所示，电容器组件1用于补偿线路压降，提高电压质量，降低线损，根据补偿深度的要求合理配置电容器，正常运行时补偿电容串联在电路中。电容器组件1串联连接有旁路刀闸K1、第一隔离刀闸K2以及第二隔离刀闸K3。
旁路刀闸K跨接在电容器两侧，正常状态下处于分闸状态，串补装置长期退出或需要检修时处于合闸状态。
第一隔离刀闸K2以及第二隔离刀闸K3正常状态下处于合闸状态，串补装置长期退出或需要检修时处于分闸状态。
氧化锌组件2用于限制串补电容器两端的电压，由氧化锌阀片串并联组成，电网线路正常运行时串联电容的电压低于氧化锌的门槛电压，氧化锌不动作，外部短路时，将电容器两端的电压限制在较低的水平，保护电容器不受损害。
快速放电开关4用于快速释放串联电容器存储的电荷，正常运行时处于分闸状态，线路发生短路时用于接通电容器的放电回路。
快速放电开关4串联连接有放电阻尼器8，放电阻尼器8包括相互并联连接的放电电阻和放电电感，放电阻尼器8用于限制电容器的放电电流，由放电电阻和放电电感并联而成，将放电电流限制在允许的范围内，防止放电开关4发生触头熔焊。
控制器3包括相互通讯连接的主控制芯片5、短路故障识别芯片6以及监控芯片7。短路故障识别芯片6的输出端连接主控制芯片5的输入端，主控制芯片5的输出端连接快速放电开关4的输入端，主控制芯片5接收短路故障识别芯片6发出的短路故障信号，并向快速放电开关4发出动作指令，在发生短路时，关闭快速放电开关4，接通电容器的放电回路，提高电压质量，降低线损。
短路故障识别芯片6包括电流传感器61以及比较芯片62，电流传感器61用于采集电路的电流值并发送至比较芯片62，比较芯片62设置有电流瞬时值阈值以及电流变化率阈值，当电流瞬时值超过电流瞬时值阈值和/或电流变化率超过电流变化率阈值时，比较芯片62向主控制芯片5发出短路故障信号。
短路故障识别芯片6识别短路故障的时间为1-2ms，故障识别快速，准确，并发出对快速放电开关4的命令，在设备本身出现故障时，主控制芯片5切断系统工作，快速放电开关能够在12ms内关合，确保电容器的安全。
监控芯片7对各个元器件的工作状态进行监控，在元器件出现非正常工作时，向上级变电站发出报警，上级变电站进一步通过通讯设施向工作人员发出报警信号。
控制器3还包括GPRS芯片9以及通讯芯片32，GPRS芯的输出端连接主控制芯片5的输入端，用于对串补装置进行定位，记录串补装置的位置。
通讯芯片32的输入端连接主控制芯片5的输出端，用于与其他设备进行通讯，通讯芯片32通过数据线连接有通讯端口，通讯端口为通用通讯端口。
串补装置具备电容器保护、工作电源失电保护、电容器组故障保护、氧化锌组故障保护、通讯通道故障保护、旁路开关保护以及监控装置异常保护，能够有效的保护电网的正常工作。
具体实施例1，如图2所示，为110KV串补装置的安装示意图，其包括补偿装置以及主控制站12，补偿装置包括设置有电容器组件的电容器组件柜10、设置有氧化锌组件的氧化锌组件柜11以及设置有快速放电开关的控制器3。主控制站12与控制器3之间通过光纤进行通信连接，从而达到相互之间传输操作指令以及交换设备信息的目的。
电容器组件柜10、氧化锌组件柜11以及控制器3通过安装支架固定在地面上，安装支架包括安装平台13以及安装支柱14，安装支柱14的外部设置有绝缘外壳15，其中所述一个安装支架14的内部设置有通讯光缆16，其端部设置有通讯端口17。通过通讯端口17可以实现与外部设备的相互通讯，安装支柱14进一步固定在与地面200固定的水泥柱100上。
主控制芯片5、监控芯片7以及GPRS芯片9设置在主控制站100内部，同时主控制站还设置有存储芯片，用于对异常的电流电压进行存储。
具体实施例2，如图3所示，为10KV和35KV串补装置的安装示意图，氧化锌组件2、电容器组件1和控制器3集成设置在1个柜体内部，氧化锌组件2连接有桥差CT18以及采样PT19，柜体内部合适位置设置有电阻20，电阻20通过绝缘支柱21进行固定，柜体内部还设置有线路CT22、旁路开关23、电源箱24以及取能CT25。
下面对本发明的工作原理做简要说明：
正常运行时串联电容器的电压低于氧化锌组件的门槛电压，氧化锌组件不工作，当外部发生短路时，氧化锌组件限制过电压，使串联电容不受高电压的冲击。短路故障识别芯片6识别短路故障，向主控制芯片5发出短路故障信号，主控制芯片5接收短路故障识别芯片6发出的短路故障信号，并向快速放电开关4发出动作指令。
快速放电开关4以小于12ms的速度快速合闸将氧化锌组件短接，大大减小了氧化锌组件承受电流冲击的时间，大幅度减少了氧化锌组件的能容量。
补偿装置的实施效果如下所述：
例1，某省94km的110kv的线路，经串补后电压提升了16.49％，电压偏差范围由27.14％缩小到14.29％，输送能力提升了97.17％，基本相当于又架设了一条110KV线路，而串补投资仅为一条新线路的12.25％。
例2，某省59km的35kv线路未安装串补装置时末端电压降低到24.89kv，安装串补后末端电压提升到35.18kv，提升幅度为29.27％，电压波动率也从未安装串补装置时的11.69％降低到1.31％，输送能力提升了80％，全年节约电量572.84万kwh。
例3，我国北方某省10kv线路全长35.32km，安装串补后末端电压从8.36kv提升到10.43kv，提升幅度为19.73％，电压波动率也从未安装串补装置时的18.23％降低到6.21％，输送能力提升了41.74％，全年节约电量38.5万kwh。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其包括电容器组件、氧化锌组件以及控制器，其特征在于：所述控制器内部设置有快速放电开关，所述快速放电开关与所述氧化锌组件分别与所述电容器组件并联连接；
所述控制器包括相互通讯连接的主控制芯片、短路故障识别芯片以及监控芯片，所述短路故障识别芯片的输出端连接所述主控制芯片的输入端，所述主控制芯片的输出端连接所述快速放电开关的输入端；
所述主控制芯片接收所述短路故障识别芯片发出的短路故障信号，并向所述快速放电开关发出动作指令；
所述短路故障识别芯片包括电流传感器以及比较芯片，所述电流传感器用于采集电路的电流值并发送至所述比较芯片，所述比较芯片设置有电流瞬时值阈值以及电流变化率阈值，当电流瞬时值超过电流瞬时值阈值和/或电流变化率超过电流变化率阈值时，所述比较芯片向所述主控制芯片发出短路故障信号；
所述监控芯片对快速放电开关、旁路刀闸、第一隔离刀闸以及第二隔离刀闸的工作状态进行监控，并在系统处于非正常工作时进行报警。
2.根据权利要求1所述的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其特征在于：所述短路故障识别芯片识别短路故障的时间为1-2ms。
3.根据权利要求1所述的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其特征在于：所述控制器还包括GPRS芯片以及通讯芯片，所述GPRS芯片的输出端连接所述主控制芯片的输入端，所述主控制芯片的输出端连接所述通讯芯片的输入端。
4.根据权利要求1所述的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其特征在于：所述电容器组件串联连接有旁路刀闸、第一隔离刀闸以及第二隔离刀闸。
5.根据权利要求4所述的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其特征在于：所述快速放电开关串联连接有放电阻尼器。
6.根据权利要求5所述的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其特征在于：所述放电阻尼器包括相互并联连接的放电电阻和放电电感。
7.根据权利要求1所述的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其特征在于：所述氧化锌组件包括多个串并联连接的氧化锌阀片。
8.根据权利要求3所述的基于快速放电开关的串联电容补偿控制系统，其特征在于：所述通讯芯片通过数据线连接有外部通讯端口。
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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 | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Xiaoyi Inventor after: Zhou Tiesheng Inventor after: He Jian Inventor before: Zhang Xiaoyi Inventor before: Zhou Tiesheng Inventor before: He Jian |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |