CN201937271U - 一种紧凑型并联电容器成套装置 - Google Patents

Abstract

一种紧凑型并联电容器成套装置，它包括接地开关、并联电容器组以及与并联电容器组相连接的串联电抗器、避雷器和电流互感器，所述串联电抗器中的A、B、C三相叠加放置，且串联电抗器位于并联电容器组后面的中性点侧。采用上述技术方案的本实用新型打破常规的技术偏见，将串联电抗器设置在并联电容器组后面的中性点侧，即串联电抗器后置。这样，在正常运行时，不但串联电抗器相地和相间电压很低，而且电容器组和避雷器承受的相地和相间电压较低，与系统电压相等，从而系统运行可靠性、经济性等多个方面相较于将其设置在电源侧（前置）都更为合理。

Description

一种紧凑型并联电容器成套装置

技术领域

本实用新型涉及一种紧凑型的并联电容器成套装置。

背景技术

我国500kv变电站采用550kv/220kv/35或66kv三级电压，低压侧接入无功补偿装置，是变电站的重要组成部分。

目前在变电站设计中，普遍侧重高电压等级的设计优化，通过优化接线型式、采用紧凑型设备、压缩配电装置尺寸等措施，来提高变电站的可靠性、降低占地面积、降低工程造价。但对主变低压侧仍延续最初的思路和模式，均采用常规设备和常规配电装置，多年来并无明显的发展变化，占地很面积大，如在高中压侧采用紧凑型设备的500kv变电站中，主变低压侧占地达全站总面积的26~31%。

随着电网建设的高速发展，变电站规模和容量越来越大，主变低压侧设备增多、占地面积大的问题也越来越突出。由于土地是不可再生资源，为进一步落实合理利用土地、切实保护耕地的基本国策，迫切需要进行主变低压侧的优化设计，这些问题的解决必将提升变电站的整体设计水平，提高运行可靠性。

35kv或66kv并联电容器组是500kv变电站中重要的无功补偿装置。在超高压电网中，并联电容器主要用于向电网提供可阶梯调节的无功，提高功率因数，减小无功的远距离传送，从而降低电网有功损耗，增加输送容量，减少线路压降，改善电压水平。在500kv变电站工程中，应用最为广泛的是框架式并联电容器成套装置，该装置通常由电容器组、串联电抗器、电流互感器、放电线圈、避雷器、接地开关和支持瓷瓶等设备组成，其核心部件是多台金属壳式电容器（通常称为单元电容器或电容器单元）通过串并联连接并装设于金属框架上的电容器组，其余设备相机布置，装置周围设置围栏，以保证人身安全。

在并联电容器成套装置中，通常需配置一定容量的串联电抗器，关于串联电抗器的作用，在《330~500kv 变电所无功补偿装置设计技术规定》（DL 5014-92）归纳起来主要有：（1）减少网络中谐波源对电容器过负荷的影响；（2）减小电容器组涌流的倍数和涌流频率；（3）减小电容器侧的短路容量；（4）抑制电容器回路中产生高次谐波谐振及谐波的过分放大；（5）减少电容器组断路器在两相电弧重燃时的涌流以利灭弧。在实际电力系统中，设置串联电抗器的主要目的是为了限制电容器组回路的涌流和抑制高次谐波，即上述第（2）和（4）项功能。

在《并联电容器装置设计规范》（GB 50227-2008）中对串联电抗器的安装位置做出了规定：并联电容器装置的串联电抗器宜装设于电容器的电源侧（前置），并应校验其耐受短路电流的能力。当油浸式铁心电抗器和干式铁心电抗器的耐受短路电流能力不能满足装设电源侧（前置）时，应装设于中性点侧（后置）。

目前，500kv变电站主变低压侧安装的35kv或66kv并联电容器装置多数采用框架式电容器组，其串联电抗器采用干式空芯电抗器，其耐受短路电流能力满足要求。遵照此规程串联电抗器几乎无一例外装设于电源侧（前置），如图1、图2所示。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种占地面积小、且系统运行可靠性高、经济性好的紧凑型并联电容器成套装置。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型包括接地开关、并联电容器组以及与并联电容器组相连接的串联电抗器、避雷器和电流互感器，所述串联电抗器中的A、B、C三相叠加放置，且串联电抗器位于并联电容器组后面的中性点侧。

所述并联电容器组中的A、B、C三相叠加放置，分成前后两个塔架，两个塔架中间设置电流互感器。

在所述的串联电抗器两端设置过电压阻尼装置。

在并联电容器成套装置的中性点处设置接地端子。

为并联电容器组设置移动式升降检修平台。

所述的接地开关和避雷器设置在并联电容器组的进线端。

采用上述技术方案的本实用新型，具有以下优点。

1、将并联电容器成套装置中的并联电容器组和串联电抗器的三相分别叠加放置，使得占地面积不到常规方案的60%，有效节约了占地，其分析如表1所示。

项目	常规方案	紧凑型方案
			间隔长度（m）	24.3	23.5
间隔宽度（m）	9	5
			间隔面积（m2）	～209	～118
占地百分数（%）	100	54%

表1

2、打破常规的技术偏见，将串联电抗器设置在并联电容器组后面的中性点侧，即串联电抗器后置。这样，在正常运行时，不但串联电抗器相地和相间电压很低，而且电容器组和避雷器承受的相对地和相间电压较低，与系统电压相等，从而在系统运行可靠性、经济性等多个方面相较于将其设置在电源侧（前置）都更为合理。另外，在串联电抗器和电容器组三相叠放时，由于串联电抗器和电容器组均为低位布置，共用一个围栏。由于成套装置中的避雷器安装在电容器组的进线端，接地开关在操作时必须安装在围栏外，因此，串联电抗器后置较前置，使布置更为顺畅，引线简单，并且能适当减小装置的长度，节约占地。

3、在串抗两端加装过电压阻尼装置，可有效抑制断路器在开合并联电容器时产生的过电压，以防止其损坏串抗绝缘，其主要体现在：

i、降低操作波陡度：产生的操作过电压，其电压上升陡度高易损坏电抗器的匝间绝缘；

ii、降低操作波幅度：使合闸过电压一般不超过1.5倍。分闸时重燃过电压一般不超过2.2倍；

iii、缩短操作波过程：使操作波过程缩短，控制在10~20ms以内。

4、并联电容器成套装置的中性点处设接地端子，不设中性点接地开关。这样做有如下好处：首先可节约一个接地开关，节约投资；另外，可以使安装电容器成套装置的安装置用地从深度上减少0.5m，可节约占地。

5、取消放电线圈，利用电容器单元已有的放电电阻进行放电，从而简化了装置结构。

附图说明

图1为原有并联电容器成套装置的断面图。

图2为原有电容补偿回路的接线布置图。

图3为本实用新型紧凑型并联电容器成套装置的断面图。

图4为本实用新型电容补偿回路的接线布置图。

图5为串联电抗器前置情况下66kV并联电容器成套装置电压向量图。

图6为串联电抗器后置情况下66kV并联电容器成套装置电压向量图。

具体实施方式

在论述本实用新型的结构之前，本实用新型作以下分析，即：串联电抗器在并联电容器成套装置中不同的安装位置对系统运行可能造成的影响。

1、无论串联电抗器接在电容器组的电源侧（前置）或是中性点侧（后置），其阻抗特性是完全一样的，因此，均可实行背景技术中所描述的第（1）、（2）、（4）、（5）项的作用。但仅在串联电抗器前置的情况下才可实现第（3）项功能，即减小电容器侧的短路容量。这对电容器组在短路时有一定的好处。而对于框架式电容器组，由于其结构形式，承受短路时的动稳定要求是没有问题的，另外电容器配有短路保护与速断过流保护，保护能够正确动作，因而单元电容器的热稳定也是没有问题的。所以，串联电抗器不是限制短路的必要条件，也并非必须前置。

（2）不同的串抗安装位置对回路中短路电流水平的影响不同，因而对串抗的性能要求有所区别。考虑当前制造厂家生产和供货的实际情况，工程中广泛使用的串抗率为5%或12%的干式空心串联电抗器，均能满足耐受短路电流能力的要求，可前置也可后置，并不会造成实际工程投资的增加。

（3）串联电抗器设置于电容器回路的电源侧（前置）可限制短路电流，但在12%串抗率的情况下短路电流在回路工作电流的8倍以下，而短路保护的整定值一般在回路工作电流的8~12倍之间，在此情况下，有可能继电保护的灵敏度将降低，影响系统运行的可靠性。因此，在该情况下，选择将串联电抗器设置于电容器回路的中性点侧（后置）是较为适宜的方案。

（4）串联电抗器设置于电容器回路中性点侧（后置）时，电抗器的相间电压很低，约为系统电压的5%或12%。因此，同样的设备后置安装，则相间绝缘裕度增大，可大大降低电抗器相间短路几率。这点特性对于本课题中电抗器三相叠装的布置方案尤其重要。因为串联电抗器三相叠装布置时，受到设备安装高度和空间的限制，相与相间的空间较为狭窄，发生相间短路的几率增大。当串联电抗器前置布置时，由于相间电压很大，无疑增加了系统故障的风险。而将串联电抗器后置时，由于电抗器的相间电压仅为前置时的5%或12%，可大大降低电抗器相间短路的几率。因此，当采用紧凑型布置的串联电抗器产品（尤其是三相叠放布置）时，将串联电抗器设置于电容器回路的中性点侧（后置）是更为优化的方案。

（5）当串联电抗器设置于电容器回路的电源侧（前置）时，正常运行情况下，串联电抗器与电容器组和避雷器承受的相对地和相间电压均很高。对于5%或12%电抗率的串联电抗器，回路中串抗与电容器组承受的电压分别为系统电压的1.05倍或1.12倍。对于66kV或35kV并联电容器成套装置，串联电抗器、电容器组所配置的66kV或35kV绝缘子以及避雷器瓷套管的绝缘水平均不能满足要求。

基于上述的理论分析，本实用新型作了如下改进：它包括接地开关1、并联电容器组2以及与并联电容器组2相连接的串联电抗器6、避雷器8和电流互感器4，上述的并联电容器组2、电流互感器4和串联电抗器6均设置在围栏7内。在电源进线侧设置接地开关1，在并联电容器组2的进线端设置避雷器8，串联电抗器6中的A、B、C三相叠加放置，相邻两相之间设置支柱绝缘子3，且串联电抗器6位于并联电容器组2后面的中性点侧。需要说明的是，上述的串联电抗器6为干式空芯串联电抗器，如图3、图4所示。

以12%电抗率的串抗为例展开分析，图1显示了66kV电压等级下，电抗率为12%的串联电抗器前置安装时，回路中电压的分布情况。

由图1可知，a区域中设备承受的电压为系统电压，而b区域中由于电抗器的作用，该区域设备承受的电压为1.12倍的系统电压。电容电压                                               

与电抗电压

方向相反，二者的向量和为系统电压

，即

回路中电压的向量图如图5所示。

图1中b区域内有避雷器8、串联电抗器6和电容器组2。其承受的相间和相对地的电压为系统电压的1.05或1.12倍。以66kv为例，当系统电压为额定值时，b点的电压有效值为66

1.12=73.92kv，此电压大于设备的最大长期允许工作电压72.5kv，回路中电压的有效值已经超过系统的最高工作电压。当系统电压高于额定值时，电压就超出更多。而在以往的实际工程中，避雷器8的瓷套管、串联电抗器6和电容器组2的支柱绝缘子3均选用66kV，其最高工作电压为72.5kV，其绝缘配置是不满足要求的。同理，35kV电压等级下串联电抗器前置安装时也能得到类似的结论。

而同样运行条件下，将串联电抗器后置安装时，情况则完全不同，此时，正常运行情况下电容器组承受的相对地和相间电压均较低。仍以12%电抗率的串抗为例展开分析，图3显示了66kV电压等级下，电抗率为12%的串联电抗器后置安装时，回路中电压的分布情况。

由图3可知，c区域中设备承受的电压为系统电压，而d区域中由于电容器组的作用，该区域设备承受的电压低于系统电压。

将c、d点的电压关系用向量图表示，如图6所示。

由以上分析可知，图3中，c区域内避雷器和电容器组承受的电压等于系统电压，d区域内的设备承受的电压低于系统工作电压，根据系统电压选择校验的设备的绝缘配置完全满足运行的要求。

同理可知，35kV电压等级下串联电抗器后置安装时可得到相同的结论。

由于串联电抗器和电容器组均为低位布置，共用一个围栏7。由于成套装置中的避雷器8安装在电容器组2的进线端，接地开关在操作时必须安装在围栏外，因此，串联电抗器后置较前置，使布置更为顺畅，引线简单，并且能适当减小装置的长度，节约占地。

根据上述分析，显然将串联电抗器设置于电容器回路的中性点侧（后置）比将其设置于电源侧（前置），在设备参数选择方面拥有明显的优势。当每个并联电容器组2中的A、B、C三相叠加放置时，这种优势更为显著。

除串联电抗器后置之外，本实用新型中，在串联电抗器6两端设置过电压阻尼装置9。上述的过电压阻尼装置9可有效抑制断路器在开合并联电容器时产生的过电压，以防止其损坏串抗绝缘，主要体现在：降低操作波陡度：产生的操作过电压，其电压上升陡度高易损坏电抗器的匝间绝缘；降低操作波幅度：使合闸过电压一般不超过1.5倍；分闸时重燃过电压一般不超过2.2倍；缩短操作波过程：使操作波过程缩短，控制在10~20ms以内。

本实用新型中，取消围栏7外常规方案并联电容器装置中性点侧设置的中性点接地开关5，而在并联电容器成套装置的中性点处设置接地端子10。其原理是：当并联电容器成套装置停运后，需进行检修时使用。其程序是：首先并联电容器回路的断路器开断，打开隔离开关1，几分钟后，电容器组剩余电压降至50V以下时，合上电容器组前三相接地开关，然后合中性点接地开关5后进行检修。上述合中性点接地开关时，剩余电压已降至0V。本实用新型不设中性点接地开关5，在成套装置的中性点处及地网各预留一个接线端子10，预先准备一根接地线，需要检修时，最后手动连接上接地线。并联电容器成套装置检修机会很少，因此原来中性点使用几率很小，采用设接地端子不会影响检修操作。

另外，由于本实用新型中的并联电容器组2为三相叠放，其安装高度比普通方案高50%，为检修方便，在并联电容器组中设置移动式升降检修平台，上述的移动式升降检修平台为本领域普通技术人员所熟知的技术。

Claims (6)

1.一种紧凑型并联电容器成套装置，它包括接地开关（1）、并联电容器组（2）以及与并联电容器组（2）相连接的串联电抗器（6）、避雷器（8）和电流互感器（4），其特征在于：所述串联电抗器（6）中的A、B、C三相叠加放置，且串联电抗器（6）位于并联电容器组（2）后面的中性点侧。

2.根据权利要求1所述的紧凑型并联电容器成套装置，其特征在于：所述并联电容器组（2）中的A、B、C三相叠加放置，分成前后两个塔架，两个塔架中间设置电流互感器（4）。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型并联电容器成套装置，其特征在于：在所述的串联电抗器（6）两端设置过电压阻尼装置（9）。

4.根据权利要求3所述的紧凑型并联电容器成套装置，其特征在于：在并联电容器成套装置的中性点处设置接地端子（10）。

5.根据权利要求4所述的紧凑型并联电容器成套装置，其特征在于：为并联电容器组设置移动式升降检修平台。

6.根据权利要求1所述的紧凑型并联电容器成套装置，其特征在于：所述的接地开关（1）和避雷器（8）设置在并联电容器组（2）的进线端。

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