CN204271652U - 10kV配网串联补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了10kV配网串联补偿装置，包括投切操作开关、传感器、电容器组、设备保护装置、控制器和实现控制器与设备保护装置通讯的光电转换系统。本实用新型的优点是：配合短时旁路躲避谐振产生时对串补装置的影响，无需额外的设备，经济可靠，可控硅保护降低了装置成本，具有体积小巧、可实时监控、维护方便等核心优势，不再需要经常退出运行来检查电容器组，实时计算容值又可在容值出现偏差时进行旁路以设备保护装置，是创新的实用功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及10kV配网串联补偿装置。
背景技术
配网电压质量是衡量供电质量是否符合标准的一项重要指标，其质量的优劣直接关系到用电设备的安全经济运行和生产的正常运作，而且随着社会的发展，电网公司及电力用户对电压质量的要求日趋提高。然而，我国配电网建设相对输电网严重滞后，其网架薄弱，设施老化，线径小，线路长(尤其是山村线路)，配电变压器数量多，甚至较多线路带有多台大容量的电动机或变化迅速的工业负荷，往往导致线路末端电压低、电压跌落严重。部分地区配电网因其自身的网架结构和负荷分布等因素存在一些较严重的电压质量的问题：1)山区线路较长，线路末端的电压过低；2)某些线路上分布较多小水电站，使得丰水期时这些线路的电压偏高。
以往采取的解决措施主要有：改变变压器分接头、更换线径更大的导线和采用分散式并联无功补偿。其中，第一种方法最为常用，但该方法可调范围小，不能解决整条长线路的电压问题；第二种方法的投资费用高且回收效益低，不适合解决配网低电压这一普遍性的问题；第三种方法采用的并联无功补偿装置往往数量多，维护量大，开关动作频繁，噪声大，响应速度慢，而且往往会引起“重载时电压低、轻载时电压高”的问题。
串联补偿技术在输电网中能够显著提高输电线路利用效率，促进实现电力长距离、大容量、高效率传输；应用于电压较低的辐射状配电线路可改善电压分布情况、减小电压闪变。其结构和控制相对简单，十分适用于改善长距离配网线路末端电压偏低及分布有小水电的线路在丰水期电压过高的情况。但串联补偿技术在配电线路中的实际工程应用存在下面几个问题：
(1)线路上的配电变压器和串联电容器之间有可能产生铁磁谐振，危害到配电线路上的电气设备安全。现有的解决方法是在电容器两端并联电阻器，然而该方法存在电阻器功耗过大的问题。
(2)现有配网串补装置的保护一般采用金属氧化物压敏电阻(MOV)和触发间隙的方式。然而该类设备保护装置实现复杂、体积较大、价格昂贵、维护困难。如图3b所示为三种保护方案。
(3)串补装置电容器组若有一只或若干只电容器损坏，会引起该相电压和电流的变化从而造成线路三相不平衡。该现象会造成诸如电能损耗增加、用电设备运行受影响等问题。
(4)线路充电时会产生配电变压器励磁涌流现象，该励磁涌流能达到变压器额定电流的6～10倍。配电线路的重合闸现象所造成的励磁涌流会引起串补电容器过压，从而影响设备的安全运行和使用寿命。
(5)现有串补装置的运行工况缺乏实时获取信息的手段，包括投入/旁路、开关及电容器设备是否正常、二次设备是否正常等。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供10kV配网串联补偿装置，能够有效解决现有10kV配电线路电压不稳定的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：10kV配网串联补偿装置，包括投切操作开关、传感器、电容器组、设备保护装置、控制器和实现控制器与设备保护装置通讯的光电转换系统；
所述投切操作开关包括置于线路上的投切断路器、分别安装在投切断路器两端的隔离开关；
所述传感器包括电压互感器、与电容器组串联的电流互感器、与电容器组并联的电压互感器；
所述设备保护装置包括每一相为一对反并联可控硅的三相高压可控硅、与三相高压可控硅串联的一体化阻尼电抗\电阻器、与电容器组并联的旁路接触器；
所述光电转换系统包括传输光纤和光电转换器；
所述控制器包括可编程逻辑芯片、电平转换器、光电隔离器和AD采样芯片，所述光电隔离器与光电转换器和电平转换器连接，AD采样芯片与电流互感器、电压互感器和电平转换器连接，电平转换器与可编程逻辑芯片连接。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：1)装置具备检测铁磁谐振发生的功能，通过电压互感器采集线路电压若干个连续的值，将这些值通过谐振判断领域的可靠算法计算得出一个比值，将其与控制器设定的阀值进行比较从而判断是否产生谐振。若产生谐振则采取短时旁路的方式保护装置。该方法简单易行，配合短时旁路躲避谐振产生时对串补装置的影响，无需额外的设备，经济可靠。
2)采取高压可控硅和旁路接触器组成装置的保护单元。当产生保护或短时旁路需要将电容器旁路时，由于电容器两端(即接触器两端)在投入后有2000V以上的电压，为了避免接触器合闸时产生合闸冲击，触发并联于电容器和接触器两端的可控硅使其导通，然后进行接触器的合闸操作，当接触器成功合闸后再断开可控硅的触发脉冲，可控硅关断，完成旁路过程。可控硅瞬时保护提高了串联电容器保护的速度和准确度，增强了可控性。可控硅本身通过光纤传输给控制器其工作状态，使得该电容器保护单元可被控制器实时监测，如果可控硅产生故障则运维部门可及时发现排查，增强了装置的可靠性。与现有的配网串补装置保护方式相比(如MOV、触发间隙等)，可控硅保护降低了装置成本，具有体积小巧、可实时监控、维护方便等核心优势。
3)装置的控制器可实时计算电容器组电容值，保证装置运行在电容器正常工作的条件下，一旦电容器损坏导致电容值偏差即对装置进行告警或保护的操作。每相电容器都配有电压互感器和电流互感器，控制器通过互感器采集电容器两端的实时电压以及通过电容器组单相支路的电流，计算相对应的电压和电流的有效值后，计算出实时电容值，通过与控制器内预设的电容器额定值进行比较来对电容器的实际工况进行判断。若实际容值与额定值偏差>15％则认为容值微变，不影响装置工作；若实际容值与额定值偏差>20％则认为容值失效，对装置进行旁路的保护操作。该方法的应用使得装置不再需要经常退出运行来检查电容器组，实时计算容值又可在容值出现偏差时进行旁路以设备保护装置，是创新的实用功能。
4)控制器的功能全面，能够实现诸多功能：通过远程通讯或者就地操作实现装置的自动投切，按照既定的动作流程将电容器投入或切除；通过电压互感器检测线路电压，与设定的失电阀值进行比较来判断线路是否失电从而是否需要进行短时旁路；通过电压互感器和电流互感器检测电容器电压和电流来实现电容器的过流、过压保护；通过光纤采集可控硅两端的电压状态并在其不同的工作状态下进行判断，实现对可控硅自身的保护；对接触器及断路器的辅助触点进行监测以判断其动作是否正常；线路谐振的检测及保护；线路轻载检测和旁路；短时旁路后自动投入的功能：短时旁路后延迟所设定的时间，再进行检测装置是否满足投入条件，若满足则进行自动投入，不满足则继续保持旁路状态直到装置满足投入条件再自动投入；电容器容值实时计算并进行监测，实现对电容器损坏的告警和保护。
附图说明
参阅图1为本实用新型10kV配网串联补偿装置的结构框图。
具体实施方式
参阅图1为本实用新型10kV配网串联补偿装置的实施例，投切操作开关1中，投切断路器1.1置于线路上，隔离开关1.2安装于投切断路器1.1的两端，当隔离开关1.2隔离刀合闸，电容器组预投入线路时，控制投切断路器1.1分闸，以取消电容器组的旁路状态从而使得电容器组投入线路运行。传感器部分2由电压互感器2.1、电流互感器2.2、电压互感器2.3组成。电压互感器2.1安装于串补装置前端，主要用于采集线路电压、同时给装置二次部分供电；电流互感器2.2与三相电容器组串联，用于采集通过电容器的电流；电压互感器2.3与三相电容器组并联，用于采集电容器两端的电压，也兼电容放电电路。设备保护装置4的三相高压可控硅4.1每相的主体为一对反并联的可控硅，每相可控硅对外有两个电气连接排。一体化阻尼电抗\电阻器4.2分别于三相可控硅串联后，并联连接在电容器组3的两端。旁路接触器4.3属于实现保护的机械开关，同样并联连接在电容器组3的两端。
可控硅4.1通过光电转换系统5与控制器6进行信息交互。控制器6通过传输光纤5.1发送可控硅触发信号，通过传输光纤5.1采集可控硅两端电压状态以判断可控硅导通状态。光电转换器5.2将光信号转换为电信号以达到光电隔离的效果，防止电磁干扰、提高可控硅工作的可靠性以及绝缘性。控制器6通过传感器2和光电转换系统5接受模拟量和数字量信号，对系统进行计算，对机械开关合电力电子开关进行控制。
装置的故障类型分为告警、短时旁路、保护三类。其中，告警表示该事件不影响装置运行，例如电容器容值微小变化、线路正常原因失电、隔离开关的辅助触点变动等，控制器仅给出信号提示不做实际操作；短时旁路表示该故障产生时需要将电容器组进行一定时间的旁路可设置时间整定值后再自动投入运行，以设备保护装置安全，例如线路失电、谐振、线路轻载等，当控制器检测到装置工况满足短时旁路发生条件后，控制旁路接触器4.3合闸以将电容器组旁路，随后延时时间T，可设置最小1秒，当T时间后再判断是否达到再投入条件，若满足则控制旁路接触器4.3分闸以投入电容器组，若不满足则继续判断直到系统满足投入条件后再投入电容器组，如此可躲避重合闸或者谐振所产生的冲击电流和过电压对装置的影响；保护表示该故障程度严重，已影响装置正常工作，对电容器组进行旁路操作，等待工程人员进行检修排除故障，例如电容器失效、可控硅触发异常等，可控硅触发、旁路接触器、投切断路器都具有旁路电容器的功能，一般情况下操作流程为触发可控硅导通后合闸旁路接触器和投切断路器。对保护单元本身的保护，通过可控硅4.1、旁路接触器4.3、投切断路器1.1按既定的控制流程实现保护。
通过电压互感器2.3和电流互感器2.2采集通过电容器组的电流和电容器组两端的电压，控制器根据数据实时计算电容器组的容值并进行监测。若电容器损坏造成容值变化，根据变化幅度控制器输出告警或保护信号。控制器具有RS485为接口的基于Modbus协议的通信模块，装置通过光缆与监控中心互通，可与监控中心或后台进行实时数据传输以获取装置的运行状态、模拟量和数字量等参数，又可接收远程的投切命令。
在枯水期当线路出现低电压问题时，串联电容器通常可以解决此时的低电压问题。在丰水期线路电压偏高时，如果串联电容器足以解决小水电分布较多线路的高电压问题时，只投入串联电容器。而当串联电容器不足以解决小水电分布较多线路的高电压问题时，退出串联电容器只投入并联可调感性无功补偿装置，即两个装置不可同时投入运行。在智能串联补偿装置和并联可调电抗器的协调控制技术下，结合两者实现调节线路电压至合格水平的目的。
以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。
Claims (1)
1.10kV配网串联补偿装置，其特征在于：包括投切操作开关、传感器、电容器组、设备保护装置、控制器和实现控制器与设备保护装置通讯的光电转换系统；
所述投切操作开关包括置于线路上的投切断路器、分别安装在投切断路器两端的隔离开关；
所述传感器包括电压互感器、与电容器组串联的电流互感器、与电容器组并联的电压互感器；
所述设备保护装置包括每一相为一对反并联可控硅的三相高压可控硅、与三相高压可控硅串联的一体化阻尼电抗\电阻器、与电容器组并联的旁路接触器；
所述光电转换系统包括传输光纤和光电转换器；
所述控制器包括可编程逻辑芯片、电平转换器、光电隔离器和AD采样芯片，
所述光电隔离器与光电转换器和电平转换器连接，AD采样芯片与电流互感器、电压互感器和电平转换器连接，电平转换器与可编程逻辑芯片连接。
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Cited By (2)
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