CN207896670U - 一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统，通过有载等电位分接开关理论上对电容器无限分组投切，故无功供给平滑，投切每组电容器时使用高压三相快速同步永磁接触器实现对每组电容器的零电压投入和零电流退出，通过油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器配合有载等电位分接开关及高压三相快速同步永磁接触器进行电抗率跟随调节，调节可靠平滑无冲击，无谐波。本实用新型对现有电力系统自动有载动态无功补偿技术进行了创新，补偿理念新颖，易于实现，整个系统仅2台小功率电机在调节时消耗有功，经济性可靠性及补偿效果良好性兼得，且对工作环境条件几乎没有要求。

Description

一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统自动无功补偿技术领域，特别是涉及一种并联补偿电容器组成n组分组且串联可调电抗器进行自动有载无功补偿技术。

背景技术

目前，在我国电力系统内运行的无功功率跟踪调节方式有如下几类：第一类是目前已基本淘汰的调相机。第二类是目前使用最多的方式，就是并联补偿电容器分组投切，其中有机械式接触器投切电容方式和电子式无触点可控硅投切电容方式。第三类是并联电容器和可调并联电抗器的组合，用调节电抗器来调无功输出，如相控电抗器式、自饱和电抗器式、磁控电抗器式等。第四类是有源无功发生器如SVG。其中后两类因损耗、谐波、控制复杂、运行环境条件苛刻、投资大等问题只在特殊情况下使用。

目前，第二类电容器自动或手动分组投切无功补偿装置因其经济性、可靠性和易实现性，应用普遍。投切方式基本有两种：一种为电抗器、开关串联电容器，组成不同容量的分组。一般把总调节量分为三组，其容量比A:B:C＝1:2:4，排列组合成7档。设总调节容量为100％，其A:B:C＝14％:29％:57％，调节容量梯度为14％的倍数，调节过程(0～100％)需要3台电容器开关操作次数11次，A组操作7次，4投3切，B组操作次数3次2投1切，最大投切容量发生在第4档位，退出43％容量投入57％容量。

另一种是普遍采用无载切换开关。电容器分为2组，3个档位，串联电抗器分为3个抽头，感抗值对应3种组合容抗值；电容器容量分组比为A:B＝1:2＝34％:66％。因为必须无载投切电容器组，且电抗器也不能在带电情况改变抽头，故每次操作切换必须在停电情况下进行，所以最大投切容量发生在第三档，切66％，投100％。

故，上述两种投切装置存在如下不足：

1、其配电及无功设备投资或占地随分组数成倍增长，不宜分组太多。

2、无功调节梯度大，调节不平滑；

3、在档位切换过程中投切容量大，如上述第一种4档最大投切容量为57％，第二种3档为100％，这样对系统的无功冲击较大；

4、切换过程容易引起无功冲击，造成电压波动，可能引起过电压及较大的涌流，影响系统安全。

5、操作复杂，在一个循环投切过程中比例小的一组操作次数最多，维护费用增加，可靠性降低。

因此，迫切需要一种没有如上缺点的补偿系统和方法，而本实用新型不限分组并联电容器的自动无功补偿系统及补偿方法完全克服了如上装置之不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统，能够在一些无功补偿要求较高的场合使用，且没有上述三、四类补偿方式存在的损耗、谐波、控制复杂、运行环境条件苛刻、投资大等问题；同时因其高可靠性、经济性、简单易实现性、补偿效果良好性可以在上述需要第二类无功补偿的场合普及使用。这是因为，本系统通过有载等电位分接开关理论上可对电容器无限分组投切一般根据满足实际应用来确定最大分组数，故无功供给平滑，克服了第二类无功补偿分组受限调节梯度大，调节不平滑，单次投切容量大，对系统冲击大的缺点；且投切每组电容器时使用高压三相快速同步永磁接触器实现对每组电容器的零电压投入，零电流退出，避免了切换过程中容易引起无功冲击，造成电压波动，可能引起过电压或者较大的涌流，影响系统安全的缺点；整个系统只用1台油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器配合1台有载等电位分接开关及1台高压三相快速同步永磁接触器进行电抗率跟随调节，环节少可靠性高，减少了设备投资和占地，且电抗连续可调，机械调节可靠，平滑无冲击，无谐波。

本实用新型的技术方案是：一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统，其原理接近目前并联补偿电容器组成不同容量的分组且各组分别串联电抗器和开关的无功补偿系统，包括：上位机1、控制器2、电容器配电柜3、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4、高压三相快速同步永磁接触器5、有载等电位分接开关6及分为N组的集合式电容器组7；

所述集合式电容器组7中的N组电容器之间并联设置，所述油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4与集合式电容器组7之间串联设置；

所述控制器2分别与上位机1、电容器配电柜3、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4、高压三相快速同步永磁接触器5和有载等电位分接开关6连接；所述有载等电位分接开关6与集合式电容器组7连接；

所述上位机1通过控制器2对自动无功补偿系统进行监控；

所述控制器2从电容器配电柜3的母线8上取得判据信号，经运算后发出无功补偿指令(油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4配合投入、保持、退出集合式电容器组7)，控制集合式电容器组7的投入情况及调节油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4的感抗从而实现自动无功补偿。集合式电容器组7各组在运行中不断地投入退出，其容抗在不断地变化，油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4的感抗也随之变化，避免了并联电容器与系统阻抗发生谐波谐振，补偿回路中的电抗容抗比始终保持≥X％，达到最佳补偿状态。(如针对5、7次谐波，X一般取值为6；假设在10KV系统中其电抗容抗比(XL/XC)为6％，换算成易于检测、控制的电压比6％时，油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4上的电压降应任何时刻保持≥600V)。

优选的，所述判据信号包括功率因数信号、电压信号、谐波信号。

本实用新型具有以下有益的效果：

本实用新型是对现有电力系统自动有载无功补偿技术的创新，补偿理念新颖，简洁易行，经济性可靠性及补偿效果良好性兼得，且对工作环境条件几乎没有要求。

附图说明

图1为本实用新型的补偿系统原理图；

图中：1、上位机；2、控制器；3、电容器配电柜；4、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器；5、高压三相快速同步永磁接触器；6、有载等电位分接开关；7、集合式电容器组；8、母线；9、无功补偿设备保护开关；10、电压互感器；11、放电线圈；12、油箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统，其原理接近目前并联补偿电容器组成不同容量的分组且各组分别串联电抗器和开关的无功补偿系统，其具体工作原理如下：

采样信号通过控制器2转换成所需要的功率因数(cosφ)、电压(UL)、谐波(HW)分量有效值等判据，再由其运算后发出无功补偿(电抗器配合投入、保持、退出电容器组)指令，达到最佳补偿状态。集合式电容器组7在运行中不断地投入退出，其容抗(XC)在不断地变化，油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4的感抗(XL)也随之变化，避免了并联电容器与系统阻抗发生谐波谐振，补偿回路中的电抗容抗比(XL/XC)始终保持≥X％(如针对5、7次谐波，X一般取值为6；假设在10KV系统中其电抗容抗比(XL/XC)为6％，换算成易于检测、控制的电压比6％时，油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4上的电压降应任何时刻保持≥600V)。

油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4电抗值(XL)的调整是由正反转高压三相快速同步永磁接触器5通过变速箱用驱动丝杆拉动电抗器动铁心上下运动，通过改变动静铁芯之间气隙从而改变磁阻达到改变电抗值(XL)的目的。反馈信号由油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4两端并联的电压互感器10取得。每投入1组电容器，感抗容抗比(XL/XC)值变大，使串联油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4两端电压升高，控制器2紧随着把电压调回到设定的电压值。而当电容器逐级退出时，控制器2必须每次预先把油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4两端电压调高到相应的电压值(这个数根据分组数进行整定)，再一级一级退出电容器，使得每退出1组电容器后电抗器上的电压始终不低于设计要求的电抗率。同时控制器2还根据当时谐波分量有效值的大小和母线电压状况微调电抗值，达到最佳功率因数对应的电抗率(使串联电抗器消耗的无功减到最小)。其最大特点是运行可靠、结构简单、易于控制、无谐波、平滑调电抗值(XL)对系统无冲击。

高压三相快速同步永磁接触器5每次仅投切1组电容器，当接到控制器2下传的合闸指令后；自带控制器检测到A、C相线电压过零时刻闭合A、C相触头，过5ms后的时刻闭合B相触头；接到分闸指令后，自带控制器检测A、C相线电压的过零后90度时刻分断A、C相触头，过5ms后的时刻分断B相触头，达到了零电压合闸、零电流分闸的目的；既避免了投切电容时对电网的冲击和谐波污染，又延长了接触器的电寿命。

浸于油箱12的有载等电位分接开关6在接收到控制器2无功补偿指令后，上行，逐级将集合式电容器组7依次接入正在运行的固定母线上；在接收到退出无功补偿指令后，下行，逐级将电集合式电容器组7依次从工作的固定母线上分离。其最大特点是通过分离、过渡、接入位置配合高压三相快速同步永磁接触器5及过渡母线达到等电位投切的功能，既延长了有载等电位分接开关6的使用寿命，又杜绝了开合时对绝缘油的污染。图1形象的表示了有载等电位分接开关6上行下行时开关转换原理。

根据需要分成n组的集合式电容器组7及放电线圈11均浸于油箱12，电容器各组分别接于有载等电位分接开关6对应的每组接线柱上；放电线圈11原边接于有载等电位分接开关6过渡母线接线柱上，副边通过油箱盖板接线柱引出。

一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统，包括：上位机1、控制器2、电容器配电柜3、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4、高压三相快速同步永磁接触器5、有载等电位分接开关6及分为N组的集合式电容器组7；

所述集合式电容器组7中的N组电容器之间并联设置，所述油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4与集合式电容器组7之间串联设置；

所述控制器2分别与上位机1、电容器配电柜3、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4、高压三相快速同步永磁接触器5和有载等电位分接开关6连接；所述有载等电位分接开关6与集合式电容器组7连接；

所述上位机1通过控制器2对自动无功补偿系统进行监控；

所述控制器2从电容器配电柜3的母线8上取得功率因数、电压、谐波等信号判据信号，经运算后发出无功补偿指令(油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4配合投入、保持、退出集合式电容器组7)，控制集合式电容器组7的投入情况及调节油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4的感抗从而实现自动无功补偿。

一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统的补偿方法，通过有载等电位分接开关6理论上对电容器无限分组投切，(一般根据满足实际应用来确定最大分组数)，故无功供给平滑，投切每组电容器时使用高压三相快速同步永磁接触器5实现对每组电容器的零电压投入和零电流退出，通过油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4配合有载等电位分接开关6及高压三相快速同步永磁接触器5进行电抗率跟随调节，调节可靠平滑无冲击，无谐波。

所述自动无功补偿方法根据下述3种情况进行补偿：

第一种情况：设目前无功补偿未投入，当控制器2检测到线路功率因数下降一定数值后(如满足投入1组电容后功率因数不超过0.99)，发指令给电容器配电柜3的无功补偿设备保护开关9，开关合闸，系统投入固定的一组电容器，再根据电容器配电柜3的母线8上谐波分量大小和电压水平微调电抗值；之后若检测到功率因数满足设定的数值(如0.98≤cosφ＜1)，则保持本状态运行，若功率因数仍小于设定值下限一定值，则控制器2依次发出上行指令给有载等电位分接开关6、高压三相快速同步永磁接触器5、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4，上行1档，接入第一组电容器，具体步骤为：

步骤一、有载等电位分接开关6从0位上行至一档过渡位；

步骤二、高压三相快速同步永磁接触器5合闸；

步骤三、有载等电位分接开关6从一档过渡位上行至接入位；

步骤四、高压三相快速同步永磁接触器5分闸；

步骤五、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4将自己两端电压下调至设定的电压值；

步骤六、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4微调到最佳值，若此时功率因数仍小于设定值下限一定值，则重复上一个循环操作，再投入下一组电容器，直到功率因数满足要求后，保持运行；

第二种情况：当控制器2通过判断后发出减小无功指令时，系统逐级退出电容器的步骤为：

步骤一、根据目前工作的电容器组(即等电位有载调节电容开关ESW目前档位)投入情况控制油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4升高电压到对应的整定值；

步骤二、高压三相快速同步永磁接触器5合闸；

步骤三、有载等电位分接开关6从本档接入位下行至过渡位；

步骤四、高压三相快速同步永磁接触器5分闸；

步骤五、保持本状态3～5秒(给已退出电容器组放电)；

步骤六、有载等电位分接开关6从过渡位下行至分离位；

步骤七、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器4微调到最佳电抗值，至此，1组电容器退出完成，控制器2根据目前的补偿情况做出判断，是继续下行或者保持或者上行；

第三种情况：当控制器2对判据运算后，无需增减无功，则不发出任何上行或下行指令，系统保持目前补偿运行状态。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统，其特征在于，包括：上位机(1)、控制器(2)、电容器配电柜(3)、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器(4)、高压三相快速同步永磁接触器(5)、有载等电位分接开关(6)及分为N组的集合式电容器组(7)；

所述集合式电容器组(7)中的N组电容器之间并联设置，所述油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器(4)与集合式电容器组(7)之间串联设置；

所述控制器(2)分别与上位机(1)、电容器配电柜(3)、油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器(4)、高压三相快速同步永磁接触器(5)和有载等电位分接开关(6)连接；所述有载等电位分接开关(6)与集合式电容器组(7)连接；

所述上位机(1)通过控制器(2)对自动无功补偿系统进行监控；

所述控制器(2)从电容器配电柜(3)的母线(8)上取得判据信号，经运算后发出无功补偿指令，控制集合式电容器组(7)的投入情况及调节油浸式机械有载可调铁芯间隙的可控电抗器(4)的感抗从而实现自动无功补偿。

2.按照权利要求1所述的一种不限分组并联电容器的自动无功补偿系统，其特征在于，所述判据信号包括功率因数信号、电压信号、谐波信号。