CN107579520A - 一种气体绝缘供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体绝缘供电装置，包括：大变比变压器，大变比变压器通过高压套管与高压输电线路连接；通过功率输出端子与外接用电负荷相连接；调压电路，实现对大变比变压器输出电压的调整；保护级电流互感器，保护级电流互感器的第一端连接于高压套管，保护级电流互感器的第二端连接于控制屏单元的高压保护控制模块；计量级电流互感器，计量级电流互感器的第一端连接于高压套管，第二端连接于控制屏单元的电能计量模块；控制屏单元，包括高压保护控制模块、电能计量模块、故障录波模块、低压控制模块、电源模块，连接于大变比变压器的供电端口，用于为高压保护控制模块、电能计量模块、故障录波模块和低压控制模块提供电源。

Description

一种气体绝缘供电装置

技术领域

本发明涉及高压电气设备领域，更具体地，涉及一种气体绝缘供电装置。

背景技术

目前，小容量供电平台主要是箱式变电站，又叫预装式变电所或预装式变电站。是一种把高压开关设备、配电变压器、低压开关设备、电能计量设备和无功补偿装置等按一定的接线方案组合在一个或几个箱体内的紧凑型成套配电装置。它适用于额定电压10/0.4kV三相交流系统中，特别适用于住宅小区、城市公用变、繁华闹市、施工电源以及矿山、工厂企业、油气田和风力发电站等，用户可根据不同的使用条件、负荷等级选择箱式变。

箱式变电站分为两种：以法国、德国等为代表的欧式箱变，从结构上采用高、低压开关柜、变压器组成方式，形象比喻为给高、低压开关柜、变压器盖房子；以美国为代表的美式箱变，在结构上将负荷开关、环网开关和熔断器结构简化放入变压器油箱浸在油中。避雷器也采用油浸式氧化锌避雷器，形象比喻为变压器旁边挂个箱子。

箱式变电站一般用于10kV的配网上，在偏远地区供电时，存在线路损耗及电压损失大，需要在末端进行无功补偿的问题，给经济上造成损失。由于在偏远地区供电，不便于为单一负荷架设10kV配网线路，无法直接从附近的高压输电线路上连接。例如石油、天然气工程、矿区、边防部队、对建设时间及占地面积有要求的微型变电站，紧急供电恢复，还可以代替变电站站用变压器，对变电站负荷供电。

因此，需要一种技术，以解决直接通过高压线取电的问题。

发明内容

本发明提供了一种气体绝缘供电装置，以解决如何直接通过高压线进行取电的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种气体绝缘供电装置，所述装置包括：

大变比变压器，所述大变比变压器通过高压套管与高压输电线路连接；通过功率输出端子与外接用电负荷相连接；

调压电路，通过电流互感器对所述大变比变压器的负荷电流的变化值进行监测，并将所述负荷电流的变化值输入电压调整控制单元，通过所述电压调整控制单元控制分接选择开关和切换开关的动作，将补偿绕组与所述大变比变压器的第一二次侧绕组进行串联，实现对所述大变比变压器输出电压的调整；

保护级电流互感器，所述保护级电流互感器的第一端连接于所述高压套管，所述保护级电流互感器的第二端连接于控制屏单元的高压保护控制模块；

计量级电流互感器，所述计量级电流互感器的第一端连接于所述高压套管，所述计量级电流互感器的第二端连接于控制屏单元的电能计量模块；

所述控制屏单元:

包括高压保护控制模块，所述高压保护控制模块根据所述保护级电流互感器发送的电流信号，将所述大变比变压器一次侧发生短路时的故障电流进行切断；

包括电能计量模块，通过所述电能计量模块，对所述大变比变压器的电能进行计量；

故障录波模块，通过所述故障录波模块，对所述大变比变压器的故障发生前后的电气参数进行记录；

包括低压控制模块，所述低压控制模块用于与所述大变比变压器的第一二次侧绕组相连接，用于切断发生故障的二次侧回路；

包括电源模块，连接于所述大变比变压器的供电端口，用于为所述高压保护控制模块、所述电能计量模块、所述故障录波模块和所述低压控制模块提供电源。

优选地，还包括误差补偿单元，所述误差补偿单元连接于所述补偿绕组和所述大变比变压器的第一二次绕组的串联电路，用于补偿所述大变比变压器的励磁电流和负载电流的误差。

优选地，还包括避雷单元，所述避雷单元设置在所述大变比变压器的输入端。

优选地，所述高压保护控制模块发送指令至断路器操作机构，通过断路器操作机构操作控制断路器的开或合闸动作。

优选地，所述大变比变压器、所述高压套管、所述保护级电流互感器、所述计量级电流互感器以及所述断路器安装于SF6气体绝缘装置内。

优选地，所述大变比变压器的一次侧电压为110/√3kV或220/√3kV。

优选地，所述大变比变压器还包括第二二次绕组；

所述第一二次绕组电压为380V或220V，通过功率输出端子与外接用电负荷相连接；

所述第二二次绕组电压为220V，用于连接所述大变比变压器的供电端口，为所述电源模块提供电源。

优选地，所述大变比变压器二次侧的二次信号进行数字化转化并进行传输。

优选地，包括远程终端单元，所述远程终端单元具有遥测、遥信、遥控功能，用于实现对其远程数据传输及控制。

本发明技术方案提供的小容量气体绝缘供电平台适用于设备最高电压为220kV或110kV，额定频率为50Hz的电力系统中，为变电站用电、社区供电(主要是偏远村落或单位)、电气化铁路、开关站、风力发电站等小用户建立一套低造价的独立供电系统。本发明技术方案提供的小容量气体绝缘供电平台直接与高压输电线路相连，避免了多级电网到用户过程中的线损、电压损耗以及架设线路所占用土地、材料等费用，简化了电网层级，简约运行方式，很大幅度提高了用电可靠性，是对现阶段电网运行方式的有益补充。本发明小容量气体绝缘供电平台采用大变比变压器，自身损耗降低，无需采用无功补偿装置，避免无功回流。本发明提供的小容量气体绝缘供电平台体积小，属一体化成套设备，现场安装方便，无需基建，自身带有独立供电系统，无需从外部引入工作电源。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的一种气体绝缘供电装置结构示意图；

图2为现有实施方式大容量供电平台电路及应用布局结构示意图；

图3为现有实施方式大容量供电平台应用布局示意图；

图4为根据本发明实施方式的一种气体绝缘供电装置调压电路示意图；

图5为根据本发明实施方式的一种气体绝缘供电装置误差补偿电路示意图；以及

图6为根据本发明实施方式的一种气体绝缘供电装置电路结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图2为现有实施方式大容量供电平台电路及应用布局结构示意图。现有技术的实施方式中，无论是哪种箱变，其内部一次设备互相独立，仅为外观上的一体化，属于成套技术。箱式变电站一般用于10kV的配网上，在偏远地区供电时，存在线路损耗及电压损失大，需要在末端进行无功补偿的问题，给经济上造成损失。现有实施方式提供的供电平台不能适用于偏远地区供电，不便于为单一负荷架设10kV配网线路，无法直接从附近的高压输电线路上连接。图3为现有实施方式大容量供电平台应用布局示意图。

图1为根据本发明实施方式的一种气体绝缘供电平台结构示意图。本发明实施方式提供一种小容量气体绝缘供电平台装置，可以从220kV或110kV高压输电线路上取电，变换为380V或220V直接供给用户使用。该平台可以直接从高压线取电，简化电网层级，简约了运行方式，很大幅度提高用电可靠性，是对现阶段电网灵活供电方式的有益补充。从设备角度，从220kV或110kV高压直接转化为380V或220V，可以将变压器的损耗大幅降低。

本发明实施方式提供一种110kV小容量气体绝缘供电平台，供电平台由高压套管11、保护级电流互感器CT1(图1中标号为18)、计量级电流互感器CT2(图1中标号为19)、断路器21及其操作机构22、大变比变压器10、功率输出端子13、误差补偿单元和调压电路14、电压调整控制单元以及控制屏单元20组成。如图1所示，一种气体绝缘供电平台装置包括：

大变比变压器10，大变比变压器10通过高压套管11与高压输电线路连接；通过功率输出端子13与外接用电负荷相连接。

调压电路14，通过电流互感器对大变比变压器10的负荷电流的变化值进行监测，并将负荷电流的变化值输入电压调整控制单元，通过电压调整控制单元控制分接选择开关和切换开关的动作，将补偿绕组与大变比变压器10的第一二次侧绕组进行串联，实现对大变比变压器10输出电压的调整。

图4为根据本发明实施方式的一种气体绝缘供电装置调压电路示意图。

如图4所示调压电路由补偿绕组、分接选择开关、切换开关、电流互感器CT3及电压调整控制单元组成。

补偿绕组与大变比变压器T1第一二次绕组串联，有9个分接抽头，用于调节电压输出。每个分接抽头连接一个分接开关，分接开关为三位开关，输入端与分接抽头连接，e位输出端与切换开关k1相连，f位输出端与切换开关k4相连。切换开关由限流线路R3和R4，以及k1、k2、k3和k4组成。电流互感器CT3用于监测大变比电压器T1负荷电流。电压调整控制单元用于控制分接开关和切换开关，完成对大变比变压器输出电压的“无断点”调压。

调压电路的工作原理如下：

1)调压绕组的初始状态为：补偿绕组输出绕组输出端子2的分接开关打到e位，k1接通，其余输出端子的分接开关均断开，切断开关k2、k3和k4均断开，大变比变压器T1通过补偿绕组输出端子2输出；

2)当大容量变压器T1负荷发生变化后，电流互感器CT3监测到负荷电流变化，并将负荷电流值输入至电压调整控制单元；

3)假设此时大变比变压器T1需要通过补偿绕组输出端子5输出，才能实现对电压的补偿，则此时电压调整控制单元依据电流互感器CT3输出电流值，控制补偿绕组输出端子5的分接开关打到f位；

4)切换开关工作：为了保证大变比变压器T1的第一二次绕组输出不断线，增加了切换开关，首先将切换开关k2合上，再断开k1，然后合上k3，断开k2，最后合上k4，断开k3，这样就实现了补偿绕组输出端子从2到5的切换。

图5为根据本发明实施方式的一种气体绝缘供电装置误差补偿电路示意图。

本申请中误差补偿单元接在经过补偿绕组补偿后的大变比变压器第一二次绕组上，用来补偿由于变压器励磁电流和负载电流所造成的误差，输出满足变压器电压计量及测量的电压。

误差补偿单元由电磁式电压互感器PT1、PT2，电流互感器CT4以及补偿用电容电感元件组成。

通过调整电磁式电压互感器PT1变比，将380V或220V变压器输出电压转换为用于计量及测量的57.7V电压。电磁式电压互感器PT2用来补偿空载误差，电流互感器CT4用来测量负载电流，并通过电容L1和电阻R1实现对负载误差的补偿。最终的计量及测量电压通过1a和1n端子输出。

保护级电流互感器18，保护级电流互感器18的第一端连接于高压套管11，保护级电流互感器的第二端连接于控制屏单元的高压保护控制模块201。

计量级电流互感器19，计量级电流互感器19的第一端连接于高压套管11，计量级电流互感器的第二端连接于控制屏单元的电能计量模块202。

控制屏单元20中包括：

高压保护控制模块201，高压保护控制模块201根据保护级电流互感器发送的电流信号，将大变比变压器10一次侧发生短路时的故障电流进行切断。

优选地，高压保护控制模块201发送指令至断路器操作机构22，通过断路机构22操作控制断路器21的开或合闸动作。

本申请中高压保护控制模块201为大变比变压器T1的过流保护控制系统，当系统发生对地短路等严重的过流故障时，串接在大变比变压器T1一次绕组的保护级电流互感器CT1监测到电流的急剧增加，并将电流信号传送给高压保护控制模块201，高压保护控制模块201控制断路器开关断开，切断电流。

电能计量模块202，通过电能计量模块202，对大变比变压器10的电能进行计量。

本申请中电能计量模块202为整个大变比变压器T1电能进行计量，分别将经过误差补偿后的测量端子1a1n和串接在大变比变压器T1一次绕组的测量级电流互感器CT2的第一二次绕组接入电能计量系统，实现对大变比变压器T1的电能计量。

故障录波模块203，通过故障录波模块203，对大变比变压器10的故障发生前后的电气参数进行记录。

低压控制模块205，低压控制模块205用于与大变比变压器10的第一二次侧绕组相连接，用于切断发生故障的二次侧回路。

本申请中低压控制模块205为大变比变压器T1提供第一二次绕组过流保护，将串接在第一二次绕组上的电流互感器CT3的第一二次绕组接入低压保护系统，当第一二次绕组因发生短路、过负荷等情况而引起电流增加时，低压控制模块205控制K1开关断开，切断电流。

电源模块204，连接于大变比变压器10的供电端口，用于为高压保护控制模块201、电能计量模块202、故障录波模块203和低压控制模块205提供电源。

本申请实施方式为了适用于偏远山区供电，本申请增加了额外的供电单元。大变比变压器10增加了一个第二二次绕组，额定电压为220V，用于对电源模块204UPS进行供电，电源模块204UPS为高压保护控制模块201、电能计量模块202、故障录波模块203和低压控制模块205进行供电。

优选地，装置还包括误差补偿单元14，误差补偿单元14连接于补偿绕组和大变比变压器10的第一二次绕组的串联电路，用于补偿大变比变压器10的励磁电流和负载电流的误差。

优选地，装置还包括避雷单元，避雷单元设置在大变比变压器10的输入端。本申请中避雷单元连接在大变比变压器10的输入端，用于对大变比变压器10提供防雷保护。

优选地，大变比变压器10、高压套管11、保护级电流互感器18、计量级电流互感器19以及断路器21安装于SF6气体绝缘装置内。

优选地，大变比变压器10的一次侧电压为110/√3kV或220/√3kV。大变比变压器10的一次端子通过高压套管直接与高压输电线路相连。

优选地，大变比变压器10包括第一二次绕组和第二二次绕组；

第一二次绕组电压为380V或220V，通过功率输出端子13与外接用电负荷相连接；

第二二次绕组电压为220V，用于连接大变比变压器10的供电端口，为电源模块204提供电源。

优选地，大变比变压器10二次侧的二次信号进行数字化转化并进行传输。

优选地，包括远程终端单元RTU(英文全称Remode Terminal Unit)，远程终端单元具有遥测、遥信、遥控功能，用于实现对其远程数据传输及控制。

图6为根据本发明实施方式的一种气体绝缘供电装置电路结构示意图。

以下对本申请实施方式进行具体举例说明：

如图1所示为110kV小容量气体绝缘供电平台结构示意图，供电平台由上至下，由右至左依次由高压套管11、保护级电流互感器CT1(图1标号为18)、计量级电流互感器CT2(图1标号为19)、断路器21及其操作机构22、大变比变压器10、功率输出端子13、误差补偿单元14、电压控制单元以及控制屏单元20组成。

其中，高压套管11、保护级电流互感器CT1(图1标号为18)、计量级电流互感器CT2(图1标号为19)、断路器21及大变比变压器10为SF6气体绝缘的紧凑型一体化安装，保护级电流互感器CT1(图1标号为18)连接至高压保护控制模块201，测量级电流互感器CT2(图1标号为19)连接至电能计量模块202，断路器操作机构22在平台最右端，受高压保护控制模块201发出的指令来控制断路器21开合闸。大变比变压器10的功率输出端子13外接用电负荷，大变比变压器10的误差补偿单元14和电压控制单元外置。

供电平台高压一次端子12通过套管11与高压输电线路连接，功率输出端子13连接用电负荷，误差补偿后的电压测量端子17连接计量柜，

如图1所示的110kV小容量气体绝缘供电平台装置，具体结构为：

1)供电平台由上至下，由右至左依次由高压套管11、保护级电流互感器CT1(图1标号为18)、计量级电流互感器CT2(图1标号为19)、断路器21及其操作机构22、大变比变压器10、功率输出端子13、误差补偿单元14和调压电路14(误差补偿单元和调压电路均用标号14表示)、UPS供电端子15、二次电流互感器16、电压测量端子17以及控制屏单元20组成。

2)控制屏单元由高压保护控制模块201、电能计量模块202、故障录波模块203、电源模块204以及低压控制模块205组成。UPS供电端子与电源模块204相连，电源模块204UPS为高压保护控制模块201、电能计量模块202、故障录波模块203和低压控制模块205进行供电。

3)高压套管11、保护级电流互感器CT1(图1标号为18)、计量级电流互感器CT2(图1标号为19)、断路器21及大变比变压器10为SF6气体绝缘的紧凑型一体化安装，断路器操作机构22及大变比变压器的误差补偿单元和调压电路14外置。

4)保护级电流互感器CT1(图1标号为18)连接至高压保护控制模块201，高压保护控制模块201依据保护级电流互感器CT1(图1标号为18)提供的电流信号，对断路器操作机构22发送开合闸指令，当一次系统发生严重的短路故障时，断路器21迅速切断故障电流。

5)计量级电流互感器CT2(图1标号为19)及电压测量端子17连接至电能计量模块202，实现对小容量气体绝缘供电平台的电能计量。

6)大变比变压器10的功率输出端子13外接用电负荷。

本装置的具体工作原理如下：

1)供电平台一次端子通过套管11与高压输电线路连接，功率输出端子13直接与用电负荷相连，对用户进行供电。

2)当用电负荷发生大幅度变化时，功率输出端子13电压将跟随着发生大幅度变化，影响供电质量。此时，二次电流互感器测得负荷电流变化，并将变化值输入电压调整控制单元，由电压调整控制单元控制分接开关及切换开关动作，实现对电压的调整。

3)误差补偿单元14对调整后的电压进行电压转化，由380V或220V转化为57.7V，并进行空载补偿和负载补偿，达到计量和测量级要求，提供给电能计量模块202和故障录波模块203。

4)当线路发生雷电过电压时，避雷单元动作，保护小容量气体绝缘供电平台装置中的设备不受雷电过电压的侵害。

5)当大变比变压器10发生对地短路等故障时，保护级电流互感器CT1检测到迅速增大的一次电流，并将电流信号传送给高压保护控制模块201，并给断路器操作机构22发送指令，控制断路器21断开，迅速切断故障电流。

6)当大变比变压器10的第一二次绕组发生短路故障或过负载时，二次电流互感器电流迅速增大，使得低压控制模块205控制开关动作，迅速切断二次回路。

本申请提出的小容量气体绝缘供电平台适用于设备最高电压为220kV或110kV，额定频率为50Hz的电力系统中，为变电站用电、社区供电(主要是偏远村落或单位)、电气化铁路、开关站、风力发电站等小用户建立一套低造价的独立供电系统。本申请的小容量气体绝缘供电平台直接与高压输电线路相连，避免了多级电网到用户过程中的线损、电压损耗以及架设线路所占用土地、材料等费用，简化了电网层级，简约运行方式，很大幅度提高了用电可靠性，是对现阶段电网运行方式的有益补充。本申请的小容量气体绝缘供电平台采用大变比变压器，自身损耗降低，无需采用无功补偿装置，避免无功回流。本申请的小容量气体绝缘供电平台体积小，属一体化成套设备，现场安装方便，无需基建，自身带有独立供电系统，无需从外部引入工作电源。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (9)

1.一种气体绝缘供电装置，所述装置包括：

大变比变压器，所述大变比变压器通过高压套管与高压输电线路连接；通过功率输出端子与外接用电负荷相连接；

调压电路，通过电流互感器对所述大变比变压器的负荷电流的变化值进行监测，并将所述负荷电流的变化值输入电压调整控制单元，通过所述电压调整控制单元控制分接选择开关和切换开关的动作，将补偿绕组与所述大变比变压器的第一二次侧绕组进行串联，实现对所述大变比变压器输出电压的调整；

保护级电流互感器，所述保护级电流互感器的第一端连接于所述高压套管，所述保护级电流互感器的第二端连接于控制屏单元的高压保护控制模块；

计量级电流互感器，所述计量级电流互感器的第一端连接于所述高压套管，所述计量级电流互感器的第二端连接于控制屏单元的电能计量模块；

所述控制屏单元:

包括高压保护控制模块，所述高压保护控制模块根据所述保护级电流互感器发送的电流信号，将所述大变比变压器一次侧发生短路时的故障电流进行切断；

包括电能计量模块，通过所述电能计量模块，对所述大变比变压器的电能进行计量；

故障录波模块，通过所述故障录波模块，对所述大变比变压器的故障发生前后的电气参数进行记录；

包括低压控制模块，所述低压控制模块用于与所述大变比变压器的第一二次侧绕组相连接，用于切断发生故障的二次侧回路；

包括电源模块，连接于所述大变比变压器的供电端口，用于为所述高压保护控制模块、所述电能计量模块、所述故障录波模块和所述低压控制模块提供电源。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括误差补偿单元，所述误差补偿单元连接于所述补偿绕组和所述大变比变压器的第一二次绕组的串联电路，用于补偿所述大变比变压器的励磁电流和负载电流的误差。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括避雷单元，所述避雷单元设置在所述大变比变压器的输入端。

4.根据权利要求1所述的装置，所述高压保护控制模块发送指令至断路器操作机构，通过断路器操作机构操作控制断路器的开或合闸动作。

5.根据权利要求4所述的装置，所述大变比变压器、所述高压套管、所述保护级电流互感器、所述计量级电流互感器以及所述断路器安装于SF6气体绝缘装置内。

6.根据权利要求1所述的装置，所述大变比变压器的一次侧电压为110/√3kV或220/√3kV。

7.根据权利要求1所述的装置，所述大变比变压器还包括第二二次绕组；

所述第一二次绕组电压为380V或220V，通过功率输出端子与外接用电负荷相连接；

所述第二二次绕组电压为220V，用于连接所述大变比变压器的供电端口，为所述电源模块提供电源。

8.根据权利要求1所述的装置，所述大变比变压器二次侧的二次信号进行数字化转化并进行传输。

9.根据权利要求1所述的装置，包括远程终端单元，所述远程终端单元用于实现对其远程数据传输及控制。