CN220122619U - 全绝缘柜式无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全绝缘柜式无功补偿装置，其用于电连接至33千伏以上的、包括A相、B相和C相的三相配电系统以进行无功补偿，其包括：进线柜；紧邻该进线柜布置的第一柜；紧邻该第一柜布置的第二柜；紧邻该第二柜布置的第三柜，其中这些电容器组被构造成绝缘水平为70/170kV以上且构造成落地布置，且其中多个电容器组之间的间距设计为不小于320毫米。由此，可以根据实际要求设计成户内或户外使用且解决了现有的33kv以上的系统用电容器装置所存在的占用空间大、组装周期长的问题。

Description

全绝缘柜式无功补偿装置

技术领域

本实用新型涉及中高压无功补偿技术领域，具体为一种柜式中高压无功补偿装置。

背景技术

随着国家经济的快速发展，高电压、大容量的电力设备越来越多，电力系统的电能质量越来越差，功率因数也越来越低。伴随着国家对电力系统电能质量和功率因数的要求越来越高，一种适合就地补偿、大功率、高电压等级的高压无功补偿装置应运而生。所谓无功功率补偿，简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境，所以无功功率补偿装置在电力供电系统中起着一个不可缺少的非常重要的作用。

目前，随着高压交直流输电的不断发展成熟，客户对高压电气设备性能也有了更高的要求。目前针对无功补偿设备，更安全地运行、更方便地安装与维护、更小的占地面积、更强的环境适应能力等方面日益成为用户追求的主流元素，为迎合用户需求，并快速满足交期，这就需要无功补偿设备厂家能快速响应用户需求。

作为示例，在中国实用新型专利CN208385887U中公开了一种用于10kV电力系统的并联电容器装置，其中包括柜体内设置的三相电容器组和隔离接地开关，三相电容器组均并联在母线上，每相电容器组的进线端连接于隔离接地开关，每相电容器组的出线端连接于电抗器的进线端，电抗器的出线端连接于隔离接地开关的接地端，每相电容器组分别并联有放电线圈和避雷器；还包括设置于柜体内二次接线的端子箱，隔离接地开关的辅助开关连接于端子箱，放电线圈的二次侧连接于端子箱。本实用新型将三相电容器组紧凑合理地布置在柜体内，其结构紧凑，占地面积小，接线简单美观，组装简易化，大大提高了生产效率，而且降低了制造成本。

然而，上述已知的并联电容器装置仅适用于10kV或者20kV，而并不适用于33kV和35kV甚至更高电压的无功功率补偿。无法适用的原因之一在于在33kV和35kV甚至更高电压的情况下，如何确保无功补偿装置的绝缘水平将构成相当的挑战。目前，对于33kV和35kV系统用电容器装置，多采用多串结构和框架绝缘，即框架底部支撑35kV绝缘子。这带来了底部支撑绝缘子成本高和安装不便等问题。与此同时，对于带有上述绝缘平台的无功补偿装置来说，在三相分开布置的情况下，各相彼此间的相间净距需满足IEC60071-1的要求。这使得在将该无功补偿装置设计为适用于户内操作的柜体形式时，将使得柜体尺寸过大而带来占地空间大、物流运输困难等不足。若将该无功补偿装置设计为适用于户外型时，则考虑到设备的外壳可能带电，需要在设备的周围设置带足够安全距离的围栏，这样同样会加大无功补偿装置的外形尺寸。

实践中发现，电力设备的部分用户对高电压水平电容器的需求量较大，尤其是很多海外国家的客户期望高压无功补偿装置能够满足以下需求：1.能同时满足户内和户外两种操作场景2.能够通过雨雪、沙尘、严寒、暴晒等严苛环境的考验；3.柜体尺寸能可能紧凑从而显著降低远程物流运输的成本和难度；4.具有足够好的绝缘水平，从而允许将电容器装置能直接落地布置。

因此，相关技术领域中存在对已有的无功补偿电容柜进行改进以满足以上种种应用条件之一者的技术需求。

实用新型内容

因此，本实用新型的任务是提供一种全绝缘柜式无功补偿装置，借此克服上述现有技术的缺点。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种全绝缘柜式无功补偿装置，其用于电连接至33kV以上的包括A相、B相和C相的三相配电系统以进行无功补偿，其特征在于该全绝缘柜式无功补偿装置包括：进线柜，其带有与包括A相、B相和C相的三相配电系统电连接的进线接头和与该进线接头电连接的三相隔离开关；紧邻该进线柜布置的第一柜，其中内置有经母线排串联连接至三相隔离开关下游的断路器，其中所述母线排穿经所述进线柜和第一柜地经由熔断器电连接至断路器；紧邻该第一柜布置的第二柜，其中内置有串联连接至断路器下游的三相电抗器，其中所述三相电抗器被构造成落地布置；紧邻该第二柜布置的第三柜，其中内置有彼此间连接至三相电抗器的、分别用于A相、B相和C相的三个电容器组，其中这些电容器组被构造成绝缘水平为70/170kV以上且构造成落地布置；其中所述进线柜、第一柜、第二柜和第三柜被设计为是空气绝缘的，且其中多个电容器组之间的间距设计为不小于320毫米。

根据本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置，通过改进位于电气柜内的电器件的性能和布局方式，解决了现有的33kv以上的系统用电容器装置所存在的占用空间大、组装周期长的问题。在此借助于将具有高绝缘水平的三相电容器组紧凑合理地布置在柜体内，允许柜式补偿装置具有结构紧凑，占地面积小的优点。进一步，根据本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置，在电气柜内采用空气绝缘并且电气柜自身可以实现IP55，可以防水、防尘、但无需气体密封。与现有技术相比，电器柜的体积更小且无SF6气体泄漏问题、绿色环保。该全绝缘柜式无功补偿装置10可以根据实际要求设计成户内或户外使用，可以在环境温度-40/+55℃的条件下使用。同时，一方面还可以省去在第三柜中布置由钢构架和支柱绝缘子所组成的绝缘平台从而导致第三柜尺寸的大型化，另一方面还可以免去将电容器组安放至绝缘平台所需的吊装和固定安装步骤。

在一些实施例中，还包括串联连接在所述断路器和三相电抗器之间的第一电流互感器，其中所述第一电流互感器被构造成监控流经三相电抗器的电流以在预设条件下断开所述断路器。由此，提高了全绝缘柜式无功补偿装置在工作过程中的安全性。

在一些实施例中，还包括设置在该三相电抗器和三个电容器组之间的避雷器，其中该避雷器被构造成在投切这些电容器组时将操作电压限制在预设水平内。

在一些实施例中，还包括串联连接至三个电容器组之间的第二电流互感器，其中所述第二电流互感器被构造成与外部的电力保护设备电气连接，以在预设条件下对柜式无功补偿装置进行保护操作。

在一些实施例中，其中这些电容器组之间采用双星型连接。

在一些实施例中，所述电容器组中的每个电容器分别缠绕有由聚丙烯薄膜和电缆纸组成的膜纸复合绝缘结构，其中该聚丙烯薄膜和电缆纸的层数在20层以上且最外层为电缆纸。

在一些实施例中，所述电容器组中的每个电容器的顶部的套管设计为梯形且所述套管的尾线与电容器的芯体的出线导体之间由互锁绝缘机构连接。

在一些实施例中，还包括位于进线柜中的接地开关，其中该接地开关串联连接至所述三相隔离开关的下游。

在一些实施例中，还包括位于进线柜中的带电显示器和/或位于第三柜中的风扇。

在一些实施例中，所述全绝缘柜式无功补偿装置的进线柜、第一柜、第二柜和第三柜中任一者的长度构造为在1400-1600毫米之间且宽度在2000-2400毫米之间。

本实用新型的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中：

图1是根据本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置的电路图；

图2是根据本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置的侧视图；

图3是根据本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置的俯视图；

图4是图2中的全绝缘柜式无功补偿装置的A-A截面的剖视图；

图5是图2中的全绝缘柜式无功补偿装置的B-B截面的剖视图。

附图标记说明：

10、柜式无功补偿装置；11、三相隔离开关；11A、A相隔离开

关；11B、B相隔离开关；11C、C相隔离开关；12、母排；

13、限流熔断器；14、断路器；14A、A相断路器；14B、B相断

路器；14C、C相断路器；15、第一电流互感器；15A、A相电流

互感器；15B、B相电流互感器；15C、C相电流互感器；

16、三相电抗器；17、避雷器；18A、A相电容器组；

18B、B相电容器组；18C、C相电容器组；19、第二电流互感器；

20、进线柜；21、第一柜；22、第二柜；23、第三柜；

31、进线接头；32、电连接线；33、带电显示器；34、接地开关；

35、绝缘子；36、风扇；37、接地线

具体实施方式

现参考附图，详细说明本实用新型所公开的柜式无功补偿装置的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本实用新型的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本实用新型的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有附图或示例。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上方”、“下方”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。

本实用新型中所使用的术语“第一”、“第一个”、“第二”、“第二个”及其类似术语，在本实用新型中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个部件与其它部件进行区分。

为使对本实用新型的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，在下文中配合实施例详细说明如下。

在图1-5中示出了根据本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置10，其在此用于电连接至33kV以上的包括A相、B相和C相的三相配电系统以进行无功补偿(参见图1)，在此示出的实施例中该全绝缘柜式无功补偿装置10采用并柜式设计，其中该全绝缘柜式无功补偿装置10依次包括以下多个电气柜：进线柜20、紧邻该进线柜布置的第一柜21、紧邻该第一柜布置的第二柜22以及紧邻该第二柜布置的第三柜23。需要指出的是，尽管在此示出了四个并柜设置的电气柜，但为了满足实际现场需求，加入更多的电气柜是可以理解的，其同样位于本专利意图保护的范围内。在此，多个电气柜之间借助于密封件进行连接。

参见图2，其中多个电气柜中的每一个可以放置不同类型的电器件，以满足该全绝缘柜式无功补偿装置的无功补偿的技术需求。由于柜式无功补偿装置10也会在户外环境使用，户外环境使得这种电气柜在密封方面需要面对严格的考验。电气柜之间的密封件分布在彼此并柜的相邻的两个电气柜之间，它们可以对并柜后的电气柜进行良好的密封，从而满足了这种柜式无功补偿装置10的防护等级要求，以便确保该柜式无功补偿装置10的安全使用。当然，本实用新型的柜式无功补偿装置10也满足室内环境的使用要求。

通常情况下，操作人员可以根据实际使用需求将不同规格的电气柜进行并柜，每个电气柜内可以容纳与其相匹配的电器件。在本实施例中每个电气柜的最大不可拆分尺寸例如是1400-1600mm(长)×2000-2400mm(宽)×3200mm(高)。当然本领域技术人员可以基于本实用新型的教导对电气柜的尺寸进行适应性的调整，这不脱离本实用新型的范围。在进行并柜操作时，多个电气柜依次并排布置，然后相邻的两个电气柜单元彼此固定连接在一起。在此电气柜通常为矩形柜体。借助于位于电气柜之间的密封件能对相邻的电气柜进行密封，从而使整体的并柜式全绝缘柜式无功补偿装置10尤其是在该全绝缘柜式无功补偿装置10位于户外的情况下能够满足防护等级(例如户外IP55级)并确保该全绝缘柜式无功补偿装10的安全使用。

接下来将详细描述该全绝缘柜式无功补偿装置10的各个电气柜。

如图2所示，全绝缘柜式无功补偿装置10带有用于电连接至33kV以上的包括A相、B相和C相的三相配电系统的进线柜20，其中该进线柜20的正面处设有能允许电器件移入或者移出的柜门，优选地在柜门的上部和下部设有散热栅格。在此，进线柜20的顶盖和基座可以采用敷铝锌板、复合板或非金属中的一种制作而成，具有极强的抗辐射、抗爆晒的性能,隔热能力好,具有较强的机械抗拉、抗弯强度，抗冲击性能好，实现变电所建设工厂预制化，缩短了设计制造周期,现场只需少量的安装调试，缩短了建设周期,施工周期短、运行费用低。

进线柜20的侧壁处设有与包括A相、B相和C相的三相配电系统电连接的进线接头31，在此该进线接头31包括分别与配电系统的A相、B相和C相这三相对应连接的三个接点。进一步，在进线柜20的侧壁上还借助于绝缘子安装有该进线接头31电连接的三相隔离开关1来作为整个电气系统中的明显断开点以用于控制全绝缘柜式无功补偿装置10的上电或者断电。作为优选的方面，在位于三相隔离开关20的一侧的进线柜20的柜体壁上还设置有接地开关34，其中该接地开关34串联连接至三相隔离开关11的下游以允许在预设条件下将电气回路进行接地以确保操作员在将电器件移入或者移出全绝缘柜式无功补偿装置10时的作业安全。为了便于操作员知晓全绝缘柜式无功补偿装置10当前是否带电，优选地在进线柜20的柜体壁上还接有带电显示器33，其中在全绝缘柜式无功补偿装置10处于带电状态下点亮，以提高全绝缘柜式无功补偿装置10的操作安全性。

接着，在紧邻该进线柜20布置的第一柜21中内置有断路器14，如图3更好地示出的，在此对于A相、B相和C相中的每一相均借助于母线排串联连接有位于隔离开关11下游的对应的断路器，在此分别为A相断路器14A、B相断路器14B、C相断路器14C，其中在第一柜的顶壁固定设置有多个绝缘子，其中母线排以悬吊方式穿设经过进线柜20和第一柜21并经由在此示出的熔断器13电连接至对应的断路器14。

进一步，在紧邻该第一柜21布置的第二柜22中内置有串联连接至断路器14下游的三相电抗器16，在此该三相电抗器16设计为落地布置。在此该三相电抗器16还将与下文中详细描述的电容器组连接，用以抑制电网系统高次谐波放大、限制电容器合闸涌流。具体地，在此该三相电抗器16用于抑制5、7次及以上谐波时电抗率取5％～6％，电抗器9用于抑制3次及以上谐波时电抗率取12～13％，根据用户现场系统谐波配置不同电抗率的电抗器,限制合闸涌流及抑制系统的谐波电流。作为优选地方面，还包括串联连接在第一柜21中的断路器15和位于第二柜22中的三相电抗器16之间的第一电流互感器15，在此该第一电流互感器15构造成监控流经三相电抗器16的电流以在预设条件下断开断路器14。

随后，在紧邻该第二柜22布置的第三柜23中内置有彼此间连接至三相电抗器16的、分别用于A相、B相和C相的三个电容器组18，具体来说，各自为双星型连接的A相电容器组18A、B相电容器组18B以及C相电容器组的18C。具体来说，A相电容器组18A、B相电容器组18B以及C相电容器组的18C各自包括彼此成串联连接的多个电容器且这些电容器组各自分别接入A相、B相和C相中的对应的相。在本文中，这些电容器组18用于提供容性无功功率来，补偿系统中的感性无功，用以提高电网功率因数、改善配电电压质量，减少损耗，增加电力设备的供应能力，以获得配电系统安全可靠经济的运行。在此这些电容器组18被构造成绝缘水平为70/170kV以上且构造成落地布置。由此，一方面还可以省去在第三柜23中布置由钢构架和支柱绝缘子所组成的绝缘平台从而导致第三柜尺寸的大型化，另一方面还可以免去将电容器组安放至绝缘平台所需的吊装和固定安装步骤。并且，即使将本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置10设计为户外使用，由于其已具有足够高的绝缘水平，此时第三柜23的壳体并不会带电，因此无需在柜体的周围一定距离内安装围栏，从而实现了占地面积最小化和物流尺寸的最小化。

在此，在本实用新型中，多个电容器组18之间的间距设计为不小于320毫米。为此，电容器组18中的每个电容器分别缠绕有由聚丙烯薄膜和电缆纸组成的膜纸复合绝缘结构，其中该聚丙烯薄膜和电缆纸的层数在20层以上且最外层为电缆纸。基于这样的设计，将电容器组18中的电容器的电容过小部分或者场强集中部分进行了加强设计，借助于复合绝缘结构来解决电容器主绝缘偏小的不足，从而能使电容器满足绝缘水平为70/170kV以上且构造成落地布置的需求。

进一步优选地，还可以将电容器组18中的每个电容器的顶部的套管设计为梯形且套管的尾线与电容器的芯体的出线导体之间由绝缘机构连接。在此该梯形设计可以例如是，套管伞轮外径110毫米(mm)，18伞设计，套管过渡梯形处上部外壁直径为43mm，底部外壁直径60mm，内部直径为均一值19mm，壁厚由顶端的12mm过渡到底端的20.5mm。这样设计的套管可完全满足35kV绝缘水平为70/170的耐电要求。进一步，在本实施例中，该绝缘机构可以是在套管底部出线端、芯体顶端出线端预置不同直径的膜套，通过错位放置后进行绷带固定。

在此借助于以上的设计，主要解决了两个绝缘，一是外部套管1与壳体6之间的绝缘；二是内部芯体7与壳体6之间的绝缘。这些设计显著地提高了本实用新型中电容器组18的电容器绝缘水平，使其内外绝缘均达到35kV系统要求，从而将电容器组18构造成达到绝缘水平为70/170kV以上且构造成落地布置。

作为本实用新型的又一优选方面，可以在第三柜23的顶壁上设置有风扇36。借助于该风扇36，能加速在电气柜内的空气流动，以尽快将电器件所产生的热量耗散至周围的环境中去。

与此同时，一方面可以在电容器组18的上游，即在三相电抗器16和三个电容器组18之间设置有在此例如优选为氧化锌的避雷器17，其中该避雷器17被构造成在投切这些电容器组时将操作电压限制在预设水平内。另一方面，还可以在电容器组的下游，在第三柜23内设置有串联连接至三个电容器组18之间的第二电流互感器19，其中第二电流互感器19被构造成与外部的电力保护设备电气连接，以在预设条件下对柜式无功补偿装置进行保护操作。

接下来结合图1来描述本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置10的工作原理：在使用该全绝缘柜式无功补偿装置10时，由于该装置主要有高压并联电容器组18、串联电抗器16、电流互感器15、氧化锌避雷器17、温控风扇36、绝缘子，成柜体附件等组成，三相隔离开关11和断路器14之间形成电连接，断路器14依次和三相电抗器16、避雷器17和电容器组18电连接，电容器组18和三相电抗器9之间形成电连接，由此断路器14、电流互感器15、三相电抗器16、避雷器17和电容器组18一起组成投切单元，整体用于配网变电站的33kV及以上的母线的无功自动补偿,通过对电站有载调压分接头的自动调节和对母线上的电容器组的自动投切,来实现对变电站电压和无功综合控制。

尤其是，根据本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置10可允许以落地式布置的方式将投切单元安装在并柜式的电气柜内,从而使得投资成本低、布局灵活、物流和安装方便、占地面积小且通风良好，可根据用户补偿容量及补偿精度的需要选择标准容量的投切单元。

进一步，根据本实用新型的全绝缘柜式无功补偿装置10在电气柜内采用空气绝缘并且电气柜自身可以实现IP55，可以防水、防尘、但无需气体密封。与现有技术相比，电器柜的体积更小且无SF6气体泄漏问题、绿色环保。该全绝缘柜式无功补偿装置10可可以根据实际要求设计成户内或户外使用，可以在环境温度-40/+55℃的条件下使用。同时，一方面还可以省去在第三柜23中布置由钢构架和支柱绝缘子所组成的绝缘平台从而导致第三柜尺寸的大型化，另一方面还可以免去将电容器组安放至绝缘平台所需的吊装和固定安装步骤。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种全绝缘柜式无功补偿装置，其用于电连接至33千伏以上的、包括A相、B相和C相的三相配电系统以进行无功补偿，其特征在于该全绝缘柜式无功补偿装置包括：

进线柜，其带有与包括A相、B相和C相的三相配电系统电连接的进线接头和与该进线接头电连接的三相隔离开关；

紧邻该进线柜布置的第一柜，其中内置有经母线排串联连接至三相隔离开关下游的断路器，其中所述母线排穿经所述进线柜和第一柜地经由熔断器电连接至断路器；

紧邻该第一柜布置的第二柜，其中内置有串联连接至断路器下游的三相电抗器，其中所述三相电抗器被构造成落地布置；

紧邻该第二柜布置的第三柜，其中内置有彼此间连接至三相电抗器的、分别用于A相、B相和C相的三个电容器组，其中这些电容器组被构造成绝缘水平为70/170千伏以上且构造成落地布置；

其中所述进线柜、第一柜、第二柜和第三柜被设计为是空气绝缘的，且其中多个电容器组之间的间距设计为不小于320毫米。

2.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，还包括串联连接在所述断路器和三相电抗器之间的第一电流互感器，其中所述第一电流互感器被构造成监控流经三相电抗器的电流以在预设条件下断开所述断路器。

3.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，还包括设置在该三相电抗器和三个电容器组之间的避雷器，其中该避雷器被构造成在投切这些电容器组时将操作电压限制在预设水平内。

4.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，还包括串联连接至三个电容器组之间的第二电流互感器，其中所述第二电流互感器被构造成与外部的电力保护设备电气连接，以在预设条件下对柜式无功补偿装置进行保护操作。

5.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，其中这些电容器组之间采用双星型连接。

6.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，所述电容器组中的每个电容器分别缠绕有由聚丙烯薄膜和电缆纸组成的膜纸复合绝缘结构，其中该聚丙烯薄膜和电缆纸的层数在20层以上且最外层为电缆纸。

7.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，所述电容器组中的每个电容器的顶部的套管设计为梯形且所述套管的尾线与电容器的芯体的出线导体之间由绝缘机构连接。

8.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，还包括位于进线柜中的接地开关，其中该接地开关串联连接至所述三相隔离开关的下游。

9.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，还包括位于进线柜中的带电显示器。

10.如权利要求1所述的全绝缘柜式无功补偿装置，其特征在于，所述全绝缘柜式无功补偿装置的进线柜、第一柜、第二柜和第三柜中任一者的长度构造为在1400-1600毫米之间且宽度在2000-2400毫米之间。