CN106208106B - 一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置 - Google Patents

Abstract

一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置，由补偿/限流电抗器、补偿电容器、高压开关柜、检测控制柜组成。在高压开关柜中的母线分断控制开关串联在输电母线中，其输入端与补偿器投切控制开关的输入端相连，其输出端与限流器投切控制开关的输出端相连；补偿/限流电抗器与补偿电容器相串联（或与大地相连）。限流器投切控制开关的输入端与补偿/限流电抗器的抽头相串联。检测控制柜的输出信号与母线分断控制开关、限流器投切控制开关的电磁线圈相连。本发明具有无功补偿与限流保护双重功能，具有节能效果显著，功能转换速度快与适应范围宽的特点，所具有的限流功能和快速响应能力，在非硬故障过电流的情况下，能保持输电线路持续稳定供电。

Description

一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置

技术领域

本发明涉及一种输配电网的电力控制设备，具体地说涉及一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置。

背景技术

并联补偿和串联限流保护是提高输电效率和提高电网抵御短路风险的两项重要措施。传统的并联补偿和串联限流是由两套独立的装置完成的。因电网发生短路故障的概率很低，所以限流器发挥作用的机遇也很偶然，而由限流器引起的线路压降和无功损耗却长期存在着，因而出现了限流器的高造价与低利用率及高损耗的矛盾。

发明内容

针对现行限流装置存在的问题，本发明提出了一种结构简单、节能高效，不仅具有常规的并联补偿功能，又具有串联限流功能的一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置。

本发明采取的具体技术措施是：

一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置，其特征在于：由补偿/限流电抗器L、补偿电容器C₁、高压开关柜P₁和检测控制柜P₂组成：在高压开关柜P₁内装有母线分断控制开关K₁与限流器投切控制开关K₂；在检测控制柜P₂内装有母线动/静态数据检测系统、数据处理与存储系统、触发信号的形成与驱动系统、触发信号的光电转换系统、开关监测与保护系统；

各部件的连接关係是：补偿/限流电抗器L的输入端与补偿器投切控制开关K₃的输出端相连，补偿/限流电抗器L的输出端与补偿电容器C₁的一端相连，补偿电容器C₁的另一端接入大地或与三相交流电的另两相“Y”或“△”型相连接，组成电容并联补偿器；

补偿/限流电抗器L的抽头N₀将电抗器的绕组分成补偿/限流绕组N₁和补偿绕组N₂两部分，补偿/限流电抗器L的抽头N₀与限流器投切控制开关K₂的输入端相串联，限流器投切控制开关K₂的输出端与输电母线的X点相连，母线分断控制开关K₁的输入、输出端分别与输电母线的A、X两点相连；

检测控制柜P₂的输入端通过电压、电流互感器与输电母线相连，检测控制柜P₂的输出信号与高压开关柜P₁中的母线分断控制开关K₁、限流器投切控制开关K₂的电磁线圈相连，以控制母线分断控制开关K₁与限流器投切控制开关K₂的分/合状态。

以上所述的母线分断控制开关K₁与限流器投切控制开关K₂的共同特征是具有快速的动作响应，并可以根据新型补偿装置工作电压的不同选用不同结构形式的开关，本发明中，对于35kV以下的新型补偿装置，选用反向并联的功率功率晶闸管作为快速控制开关，装置的响应速度可以控制在8ms以内；对于66kV以上电压等级的输电系统，选用（商品）快速真空断路器作为控制开关，装置的响应速度可以控制在30ms以内。

补偿/限流绕组N₁的取值根据线路需要的故障电流缩减率n来计算：

式中，I _n 为限流器未接入电网时的电网故障电流，I _s 为限流器接入电网时的电网电流，故障电流缩减率越大，限流器的故障电流限制能力越强。

本发明的有益效果：

1）本发明具有补偿与限流双重功能：本发明通过补偿/限流电抗器和快速控制开关的控制组合实现了串联限流和并联补偿两种功能，是一种具有双重功能的新型补偿装置。

2）本发明具有鲜明的节能优势：本发明将传统的母线限流器融入到并联补偿电抗器之中，稳态时限流器作为补偿电抗器的一部分起到补偿作用，暂态时才显示其限流功能，限流器单独存在时的电压损耗和无功损耗已不复存在，因而具有显著的节能优势。

3）本发明具有快速的功能转换速度：由于采用功率晶闸管开关或具有快速响应能力的真空断路器，可以将装置的功能转换速度分别控制在8ms或30ms以内，能够满足不同电压等级线路的保护要求。

4）本发明适应范围宽：本发明既可应用于电容补偿，也可用于电抗补偿；既可用于高压补偿，也可用于低压补偿；还可以用于冲击负荷线路的稳流。

本发明不仅可以用于10kV至66kV配电网的补偿与保护，也可以用于66kV以上高压电网的补偿与保护，还可以用于冲击负荷线路的稳压与稳流，降低冲击负荷对电网的电压扰动，提高线路电压的稳定性。由于将原来单独存在的限流器融入到了并联电抗器之中，减小了设备数量，也减少了设备的占地面积，设备成本与维护成本得到相应的降低。本发明所具有的限流功能和快速响应能力，可以在瞬时冲击电流来到的同时先于母线断路器动作之前实施限流。对于瞬时冲击电流或非硬故障引发的过电流，人们总是不希望引起母线断路器跳闸，因为母线断路器跳闸将引起较大范围的供电中断，这种非计划停电将对人们的生产生活带来巨大的影响和损失。本发明中的限流器可对上述过电流实施快速限流，在非硬故障过电流的情况下，仍能保持输电线路持续供电。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中电容补偿式新型补偿装置的实施电路图；

图3为本发明中电抗补偿式新型补偿装置的实施电路图；

图4为快速真空开关控制的电容补偿装置的实施电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

实施例1：一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置，（以下简称新型补偿装置）电路如图1所示。该装置由补偿/限流电抗器L、补偿电容器C₁、高压开关柜P₁、检测控制柜P₂组成。

补偿/限流电抗器L的抽头N₀将补偿/限流电抗器的绕组分成补偿/限流绕组N₁和补偿绕组N₂两部分，补偿/限流绕组N₁的取值根据线路需要的故障电流缩减率n来计算。

式中，I _n 为限流器未接入电网时的电网故障电流，I _s 为限流器接入电网时的电网电流。例如，某输电线路当限流器未接入时的故障电流（In）为60kA，限流器接入后故障电流（Is）被限制到25kA，则故障电流限制率为：n=（60-25）/60=0.58，即故障电流缩减率为58%。

补偿绕组N₂按常规电抗器的设计方法取值。

补偿/限流电抗器L的抽头N₀与限流器投切控制开关K₂的输入端相串联，限流器投切控制开关K₂的输出端与输电母线的X点相连。母线分断控制开关K₁的输入、输出端分别与输电母线的A、X两点相连。

补偿/限流电抗器L的输入端与补偿器投切控制开关K₃的输出端相连；补偿/限流电抗器L的输出端与补偿电容器C₁的一端相串联，补偿电容器C₁的另一端接入大地或与三相交流电的另两相“Y”或“△”型联结，组成电容并联补偿器。因三相电容器并联补偿每一相的电路结构完全相同，这里表示的仅是其中的一个单相结构。

在高压开关柜P₁内装有母线分断控制开关K₁与限流器投切控制开关K₂。高压开关柜P₁中的母线分断控制开关K₁的输入、输出端分别与输电母线的A、X两点相连，即与输电母线相串联；高压开关柜P₁中的限流器投切控制开关K₂与补偿/限流电抗器L的抽头N₀相串联。

为了使示意图简洁，本实施例中的母线分断控制开关和限流器投切控制开关分别用通用符号K₁和K₂表示，K₁和K₂均为反向并联的功率晶闸管组成的快速开关。组成快速开关的功率晶闸管采用南车集团生产的额定电压≥5000V，额定电流≥3000A的功率晶闸管。

在检测控制柜P₂内装有母线动/静态数据检测系统、数据处理与存储系统、触发信号的形成与驱动系统、触发信号的光电转换系统、开关监测与保护系统。检测控制柜P₂的输入端通过电压、电流互感器与输电母线相连，检测控制柜P₂的输出信号与高压开关柜P₁中的母线分断控制开关K₁、限流器投切控制开关K₂的电磁线圈相连，以控制母线分断控制开关K₁与限流器投切控制开关K₂的分/合状态。

本装置的工作原理：

当输电系统处于稳定工作状态时（即稳态时），补偿器投切控制开关K₃与母线分断控制开关K₁均闭合，限流器投切控制开关K₂分断，补偿/限流电抗器L的补偿/限流绕组N₁与补偿绕组N₂相串联，再与补偿电容器C₁相串联，装置工作在并联补偿状态。此时补偿/限流电抗器L的补偿/限流绕组N₁作为补偿/限流电抗器L补偿绕组的一部分，与补偿绕组N₂共同参与并联补偿，体现了N₁绕组的补偿功能。稳态时，由于补偿/限流绕组N₁工作在并联补偿状态，母线中没有串联限流器存在，因而也不存在限流器压降和损耗，实现了装置的节能高效。

当输电线路发生短路故障或出现超范围的涌流冲击时（即暂态时），母线分断控制开关K₁迅速分断，限流器投切控制开关K₂迅速闭合，将补偿/限流电抗器L的补偿/限流绕组N₁串联到输电母线中，作为限流器起到限制短路电流或抑制涌流的作用。此时补偿/限流电抗器L的N₁绕组体现的是限流功能。

实施例2为电容补偿式新型补偿装置的实施电路，电路如图2所示。电路由补偿/限流电抗器L、补偿电容器C₁、母线分断控制开关K₁与限流器投切控制开关K₂组成。为了便于分析，图中省略了检测控制系统。

实施例2中采用反向并联的VT₁功率晶闸管和VT₂功率晶闸管及其保护元件电阻R₁、电容C₂和吸能式深度过压保护装置MOV₁组成母线分断控制开关K₁；采用反向并联的VT₃功率晶闸管和VT₄功率晶闸管及其保护元件R₂、C₃和吸能式深度过压保护装置MOV₂组成限流器投切控制开关K₂。

组成快速开关的功率晶闸管采用南车株洲时代集团生产的额定电压≥5000V，额定电流≥3000A的功率晶闸管。

补偿/限流电抗器L的输入端通过补偿器投切控制开关K₃与输电母线的A点相连，补偿/限流电抗器L的输出端与补偿电容器C₁的一端相连，补偿电容器C₁的另一端与大地或与三相交流电的另两相“Y”或“△”型联结，组成电容并联补偿器。母线分断控制开关K₁的输入、输出端分别与输电母线的A、X两点相连（即与输电母线相串联），限流器投切控制开关K₂与补偿/限流电抗器L的抽头N₀相串联。

当输电线路处于稳态时，补偿器投切控制开关K₃处于闭合状态，母线分断控制开关K₁在控制信号的作用下工作在导通状态（相当于闭合的开关），限流器投切控制开关K₂在控制信号的作用下工作在截止状态（相当于分断的开关），电抗器L作为补偿电容器C₁的串联电抗器与输电母线相并联，组成电容并联补偿器。补偿/限流绕组N₁作为电抗器L绕组的一部分，与N₂绕组共同发挥为电容器C₁限流及抑制谐波的作用，此时的新型补偿装置工作在并联补偿状态。

当输电线路发生短路故障或出现超范围的涌流冲击时，在控制信号的作用下，限流器投切控制开关K₂迅速导通，母线分断控制开关K₁迅速截止，补偿/限流绕组N₁被串入到母线中，起到限流作用，装置工作在限流状态。其它同实施例1。

实施例3为电抗补偿式新型补偿装置，电路图如图3所示。电路由补偿/限流电抗器L、母线分断控制开关K₁与限流器投切控制开关K₂组成。

与实施例2相同，实施例3中采用反向并联的型号相同的VT₁功率晶闸管和VT₂功率晶闸管及其保护元件R₁、C₂和吸能式深度过压保护装置MOV₁组成母线分断控制开关K₁；采用反向并联的VT₃功率晶闸管和VT₄功率晶闸管及其保护元件R₂、C₃和吸能式深度过压保护装置MOV₂组成限流器投切控制开关K₂。

补偿/限流电抗器L的输入端直接与输电母线的A点相连，补偿/限流电抗器L的输出端与大地或与三相交流电的另两相“Y”或“△”型联结，组成电抗并联补偿器。母线分断控制开关K₁的输入、输出端分别与输电母线的A、X两点相连（即与输电母线相串联），限流器投切控制开关K₂与补偿/限流电抗器L的抽头N₀相串联。

当输电线路处于稳态时，补偿器投切控制开关K₃处于闭合状态，母线分断控制开关K₁在控制信号的作用下工作在导通状态，限流器投切开关K₂在控制信号的作用下工作在截止状态，电抗器L作为补偿电抗器与输电母线相并联，组成电抗并联补偿器。补偿/限流绕组N₁作为补偿/限流电抗器L绕组的一部分，与补偿绕组N₂相串联，共同发挥并联补偿的作用，此时的新型补偿装置工作在并联补偿状态。

当输电线路发生短路故障或出现超范围的涌流冲击时，在控制信号的作用下，限流器投切开关K₂迅速导通，母线分断控制开关K₁迅速截止，补偿/限流绕组N₁被串入到母线中，起到限流作用，装置工作在限流状态。其它同实施例1。

实施例4为快速真空开关控制的电容补偿装置的实施电路图，如图4所示。电路的工作原理与图2相同，区别在于采用泰开公司生产的快速真空断路器K₁与K₂替代了图2中的晶闸管开关。装置的故障响应速度可以控制在30ms以内，且将本发明的适用电压范围提高到66kV以上。

Claims (3)

1.一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置，其特征在于：由补偿/限流电抗器（L）、补偿电容器（C₁）、高压开关柜（P₁）、检测控制柜（P₂）组成；补偿/限流电抗器（L）的抽头（N₀）将电抗器的绕组分成补偿/限流绕组（N₁）与补偿绕组（N₂）两部分；在高压开关柜（P₁）内装有母线分断控制开关（K₁）与限流器投切控制开关（K₂）；在检测控制柜（P₂）内装有母线动/静态数据检测系统、数据处理与存储系统、触发信号的形成与驱动系统、触发信号的光电转换系统、开关监测与保护系统；

各部件的连接关系是：

补偿/限流电抗器（L）的抽头（N₀）与限流器投切控制开关（K₂）的输入端相串联，限流器投切控制开关（K₂）的输出端与输电母线的X点相连，母线分断控制开关（K₁）的输入、输出端分别与输电母线的A、X两点相连；补偿/限流电抗器（L）的输入端与补偿器投切控制开关（K₃）的输出端相连；补偿/限流电抗器（L）的输出端与补偿电容器（C₁）的一端相串联，补偿电容器（C₁）的另一端接入大地或与三相交流电的另两相“Y”或“△”型相连接；

检测控制柜（P₂）的输入端通过电压、电流互感器与输电母线相连，检测控制柜（P₂）的输出信号与高压开关柜（P₁）中的母线分断控制开关（K₁）、限流器投切控制开关（K₂）的电磁线圈相连。

2.按照权利要求1所述的一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置，其特征是:所述的补偿/限流绕组（N₁）的取值根据线路需要的故障电流缩减率n来计算：

式中，I _n 为限流器未接入电网时的电网故障电流，I _s 为限流器接入电网时的电网电流。

3.按照权利要求1所述的一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置，其特征是:所述的母线分断控制开关（K₁）与限流器投切控制开关（K₂），为反向并联的功率功率晶闸管控制开关或快速真空断路器。