箱式串聯電容補償裝置的製作方法

2023-11-30 19:43:41 2

專利名稱：箱式串聯電容補償裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種串聯電容補償裝置，尤其是一種部分設備安 裝在密閉金屬箱內的箱式串聯電容補償裝置。
背景技術：
電氣化鐵道牽引供電系統中承擔電能傳送的輸電網的輸電線路是 具有較大阻抗的輸電線路，大部分的單線區段中，輸電線路每公裡的等效阻抗為Z= (0. 23+jO. 46)歐，式子中j表示感性阻抗與純阻性 阻抗之間存在的相位角，輸電線路的等效阻抗中感抗比重較大，造成 電力機車從輸電線路取電時，輸電線路形成電壓降落、電壓損失，從 而導致電力機車受電弓處電壓低於牽引變電所母線電壓，造成列車運 行緩慢，在區段中行走時間延長。因此，需要在輸電網的兩條輸電線 路之間串聯一串聯電容補償裝置以增大輸電線路的容抗，使電力機車 取電時輸電線路的電壓降落、電壓損失減少，保證電力機車的正常運 行。現有的串聯電容補償裝置均由分立元件構成，並設置在戶外，採 用網柵進行隔離。由於分立元件設置在戶外，受風吹雨露的侵蝕，串 聯電容補償裝置在運行一段時間後，元件的鏽蝕嚴重，需要經常對其 進行保養。並且，由於裝置只有網柵進行隔離，無關人員或動物等較 容易進入網柵內對串聯電容補償裝置造成損壞，導致裝置的故障率較 高，檢修頻繁。同時，由於串聯電容補償裝置需與輸電線路串聯，其 電壓一般為27.5千伏，故選用分立元件時，需挑選耐壓等級在27.5 千伏以上的元件，造成串聯電容補償裝置生產成本昂貴，體積龐大， 不便於運輸與安裝。再者，現有的串聯電容補償裝置在電氣設計上也 存在不足，在輸電線路發生短路時，容易在電容器上產生過大電流導 致電容器的損壞。參見圖1,是現有的串聯在兩條輸電線路之間的串聯電容補償裝 置的電原理圖。在輸電網3的第一輸電線路1和第二輸電線路2之間
串聯有單才及隔離開關QS1，並有一雙極隔離開關QS2與單極隔離開關 QS1並聯。單極隔離開關QS1與雙極隔離開關QS2組成隔離開關組， 可控制電容器C才殳入或退出使用。正常使用時，電容器C投入使用， 即單極隔離開關QS1處於斷開狀態，雙極隔離開關QS2處於閉合狀 態。電容器C通過雙極隔離開關QS2串聯在第一輸電線路1與第二輸 電線路2之間，以增加第一輸電線路1和第二輸電線路2的容抗。另 外，該串聯電容補償裝置還設有第一保護設備，即放電間隙FJ和快 速旁路開關S，兩者相互並聯，同時也串聯接在第一輸電線路1上。 其中快速旁路開關S由保持線圏Ml、吸合線圏M2和觸點K組成，保 持線圏Ml、吸合線圏M2的一端連接到第一輸電線路1上，另一端連 接在一起，並與觸點K連接。同時，放電間隙FJ和快速旁路開關S 通過電抗器L連"t妾到第二輸電線路2上。電容器C的兩端還設置有兩 個防雷器F1和F2。正常使用時，單極隔離開關QS1斷開，雙極隔離開關QS2閉合， 電容器C便串聯在第一輸電線路1與第二輸電線路2之間。當輸電網 3發生故障時，第一輸電線路1和第二輸電線路2上會產生大電流， 從而在電容器C兩端產生高電壓。該高電壓也會形成在放電間隙FJ 的兩端，放電間隙FJ的兩個球極之間的空氣絕緣間隙迅速被擊穿， 並通過電抗器L、快速旁路開關S的保持線圈Ml、吸合線圈M2形成 導通迴路。當電流流經保持線圏Ml和吸合線圈M2，快速旁路開關S 的觸點K閉合，吸合線圏M2和放電間隙FJ被旁路，放電間隙FJ熄 弧，恢復原來的絕緣狀態。而保持線圈Ml和觸點K上仍有電流流 過，直到短;洛電流消失，保持線圏Ml失電，觸點K斷開，恢復初始 狀態。這種串聯電容補償裝置的電氣設置中，電容器C直接串接在兩條輸電線路上， 一旦輸電網發生故障，短路電流會對電容器c造成很大 衝擊，容易造成電容器c的損壞，不利於串聯電容補償裝置的長期工作。而現有的變電所使用的串聯電容補償裝置的電氣設計與前述的有所不同，其電原理圖如圖2所示。現有變電所使用的串聯電容補償裝 置同樣使用有單極隔離開關QS1與雙極隔離開關QS2組成的隔離開關 組，且單極隔離開關QS1直接串接在第一輸電線路1與第二輸電線路 2之間，雙極隔離開關QS2、電容器C均與單極隔離開關QS1並聯。 同時，該串聯電容補償裝置的保護設備由放電間隙FJ、電流互感起 TA、電阻R組成的第一串聯支路以及旁路斷路器QF、電抗器L組成 的第二串聯支路組成，兩串聯支路分別與電容器C並聯，且兩串聯支 路中間通過導線連接，即電阻R與電抗器L兩端均連接在一起。正常使用時，單極隔離開關QS1斷開，雙極隔離開關QS2閉合， 電容器C串聯在兩條輸電線路之間。當輸電網3發生故障造成短路 時，大電流流經電容器C並形成高電壓，放電間隙FJ的兩個球極之 間的空氣絕緣間隙迅速被擊穿，並通過電流互感起TA、電阻R、電抗 器L形成回i 各。當電流互感起TA檢測到有大電流流過時，通過孩支機 (圖中未示)控制旁路斷路器QF閉合，使放電間隙FJ、電流互感起 TA被旁路，短路電流從旁路斷路器QF、電阻R以及電抗器L上流 過，從而保護電容器C。但由於這種串聯電容補償裝置的保護設備需 要微機控制，動作時間較長，並且電容器C也是直接串聯在兩條輸電 線路之間，容易對電容器C造成損壞。發明內容針對上述問題，本實用新型主要目的是提供一種體積小、故障率 低並能長期可靠工作的箱式串聯電容補償裝置；本實用新型的另 一 目的是提供一種能有效防止大電流流經電容器 而導致損壞的箱式串聯電容補償裝置。為實現上述目的，本實用新型提供的箱式串聯電容補償裝置，包 括串聯在輸電網的兩條輸電線路之間的隔離開關組；與第 一輸電線路 串聯的電容器；與隔離開關組並聯的第一保護設備；其中第一保護設 備安裝在一密封的密閉金屬箱內；該密閉金屬箱內設有一絕緣平臺， 該絕緣平臺與密閉金屬箱的底壁之間設有絕緣設備；該第一保護設備 設置在絕緣平臺上。
本實用新型的最佳實施方案是在電容器與第二輸電線路之間設置 電抗器，並設置與電抗器並聯的電阻，與電容器並聯的第二保護設備，連接在電容器與地之間的防雷器Fl,連接在電抗器與地之間的 防雷器F2，其中上述的電抗器、電阻、第二保護設備、防雷器Fl和 F2等均設置在絕緣平臺上。本實用新型的一個具體的實施方案是，絕緣平臺與地之間存在 27.5千伏的電壓差，電抗器、電阻、第一保護設備、第二保護設備 等設置在絕緣平臺上，並且與絕緣平臺之間的電壓差為IO千伏。由上述方案可見，本實用新型提供的箱式串聯電容補償裝置的電 抗器、電阻、第一保護設備、第二保護設備等均設置在一密閉金屬箱 內，無關人員不易進入箱體內對設備造成損壞，使串聯電容裝置的故 障率降低。並且設置在密閉金屬箱內的設備並不暴露在戶外，不易鏽蝕。同時，由於設置在絕緣平臺上的設備的耐壓等級僅為10千伏， 其生產成本降低、體積減小，從而使串聯電容補償裝置的生產成本也 降低，體積也較小，便於運輸和安裝。另外，本實用新型提供的箱式串聯電容補償裝置的電容器並不是 直接串聯在兩條輸電線路上的，而是與電抗器串聯後再串聯到輸電線 路中，這樣當輸電網故障時，電抗器能限制流經電容器的電流，防止 因流經電容器電流過大而造成損壞。


圖1是現有的串聯在兩條輸電線路之間的串聯電容補償裝置的電 原理圖；圖2是現有的變電所使用的串聯電容#卜償裝置的電原理圖；圖3是本實用新型實施例的電原理圖；圖4是本實用新型實施例的結構示意圖。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
參見圖3，圖3是本實用新型實施例的電原理圖。本實施例中， 單極隔離開關QS1串聯在輸電網3的第一輸電線路1與第二輸電線路 2之間，雙極隔離開關QS2與單極隔離開關QS1並聯，以控制電容器 C投入和退出使用。電容器C的一端連接在第一輸電線路1上，另一 端與電抗器L連接，電抗器L則串聯在電容器C與第二輸電線路2之 間。這樣，電容器C就不直接串聯在兩條輸電線路之間，而是與電抗 器L串聯後再串接在兩條輸電線路上去。電阻R與電抗器L並聯，以 增大串聯電容補償裝置的阻抗。本實施例的箱式串聯電容補償裝置中還設有兩套保護設備，其中 第一保護設備由快速旁路開關S與放電間隙FJ並聯組成，它們分別 與單極隔離開關QS1並聯，也就是分別串聯在兩條輸電線路之間。與 現有的快速旁路開關S相同的是，本實施例中的快速旁路開關S也是 由保持線圏Ml、吸合線圏M2以及觸點K組成，且保持線圏Ml、吸合 線圏M2並聯後再與觸點K串聯。本實施例中的第二保護設備由與電 阻R串聯的電壓互感器TV和與單極隔離開關QS1並聯的旁路斷路器 QF組成。電壓互感器TV可根據兩端的電壓來控制旁路斷路器QF的 開閉，從而實現對電容器C的保護。同時，本實施例中，在電容器C 的一端與地之間串接有防雷器Fl,在電抗器L的一端與地之間串接 有防雷器F2，以防止雷電等對箱式串聯電容補償裝置造成損壞。正常使用時，雙極隔離開關QS2閉合，單極隔離開關QS1、旁路 斷路器QF、快速旁路開關S的觸點K均斷開，電容器C與電抗器L 串聯後再串接在第一輸電線路1和第二輸電線路2之間。當輸電網3 發生故障，在兩條輸電線路上產生較大的短路電流時，短路電流將流 經電容器C與電抗器L，並有部分電流流經電阻R。由於電抗器L的 主要元件為電感，而流經電感的電流不能突變，因此短路流經電容器 C時，電容器C的電流不會迅速上升，而是慢慢上升，從而限制流經 電容器C的電流。同時，由於電阻R的存在，使迴路的阻抗增大，也 有助於限制流經電容器C的電流，從而降低短路電流對電容器C造成 的衝擊。而流經電容器C上的大電流產生的高電壓會使放電間隙FJ 的兩個球極之間的空氣絕緣間隙迅速被擊穿，並通過電抗器L、快速 旁路開關S的保持線圏Ml、吸合線圈M2形成迴路，此時觸點K閉 合，將放電間隙FJ與吸合線圏M2旁路，放電間隙FJ熄弧，恢復絕
緣狀態。由於保持線圏Ml仍有電流流過，觸點K仍閉合。在短路電 流消失後，觸點K斷開，恢復原來狀態。若在發生故障時放電間隙 FJ拒動，箱式串聯電容補償裝置則啟動第二保護設備，即電壓互感 器TV動作。電壓互感器TV檢測到兩端的電壓過高時，向微機(圖中 未示)發出一個信號，微機根據該信號控制旁路斷路器QF閉合，短 路電流便從旁路斷路器QF上流過，流經電容器C的電流減小，避免 電容器C受到短路電流的衝擊而損壞。在短路電流消失後，電壓互感 器TV兩端電壓降低，旁路斷路器QF也就斷開，恢復原來的狀態。本實施例中，電容器C與電抗器L串聯後再串接在兩條輸電線路 之間，輸電網發生故障時能有效限制流經電容器C的短路電流，有效 保護電容器C。並且本實施例的箱式串聯電容補償裝置具有兩套保護 設備，當一套保護設備拒動時可以啟動另一套保護設備，增強了對電 容器C的保護。在介紹完本實用新型的箱式串聯電容補償裝置的電原理後，下面 介紹本實用新型的結構。參見圖4,是本實用新型的結構示意圖。密閉金屬箱10包括一 箱體11,在箱體11內設有一絕緣平臺12,絕緣平臺12與箱體11的 底壁13之間設有多個絕緣保護設備，即絕緣子14。密閉金屬箱10 是由金屬做成的密封箱，可以在工廠加工完成，並在工地現場安裝。 絕緣平臺11是用混凝土等做成具有良好絕緣性能的平臺，與地之間 形成約27. 5千伏的電壓差。防雷器F1和F2、電抗器L、電阻R、電 壓互感器TV、旁路開關QF、放電間隙FJ、快速旁路開關S等設備均 設置在絕緣平臺11上，這些設備與絕緣平臺11之間的電壓差為10 千伏。由於上述設備的耐壓等級較低，則這些設備生產成本較現有的 串聯電容補償裝置的相應設備低，且體積也較小，使本實施例中的箱 式串聯電容補償裝置的體積也相應的減小，便於運輸和安裝。同時， 由於這些設備是安裝在密閉金屬箱10內，無關人員和動物等不易進 入，也就不易對串聯電容補償裝置造成損壞，降低裝置的故障率。並 且，上述設備安裝在密閉金屬箱10內，不會受風吹雨露的侵蝕，能 長期工作而不需要進行檢修。 本實施例中，電容器C、單極隔離開關QS1、雙極隔離開關QS2 等設備需要與輸電線路緊密接觸而沒有安裝在密閉金屬箱10內，這 些設備是通過金屬導線與安裝在密閉金屬箱10內的設備連接。因 此，在密閉金屬箱10的頂部設有多個穿牆套管15,金屬導線正是穿 過這些穿牆套管15將安裝在密閉金屬箱10內外的設備連接的。當然，本實用新型的箱式串聯電容補償裝置不限於使用上述設 備，可根據實際需要增加相應的設備，如增加電流互感器作為第三保 護設備等，這些增加的設備也可安裝在絕緣平臺13上，則其耐壓等 級僅為10千伏，生產成本較低，體積也較小。同時，本實用新型不單可以使用在兩條輸電線路之間，也可以使 用在變電所的兩條輸電母線上。並且，本實用新型還可以應用在普通 的變電站、發電廠等需要用到串聯電容補償裝置的輸變電場所中。需要強調的是，本實用新型不限於上述實施方式，如密閉金屬箱 內安裝設備的增減、密閉金屬箱內設備安裝位置的改變等微小變化也 應該包括在本實用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求1、箱式串聯電容補償裝置，包括串聯在輸電網的兩條輸電線路之間的隔離開關組；與第一輸電線路串聯的電容器；與所述隔離開關組並聯的第一保護設備；其特徵在於所述第一保護設備安裝在一密閉金屬箱內；所述密閉金屬箱內設有一絕緣平臺，所述絕緣平臺與所述密閉金屬箱的底壁之間設有絕緣設備；所述第一保護設備設置在所述絕緣平臺上。
2、 根據權利要求1所述的箱式串聯電容補償裝置，其特徵在於串聯在所述電容器與第二輸電線路之間的電抗器； 所述電抗器設置在絕緣平臺上。
3、 根據權利要求2所述的箱式串聯電容補償裝置，其特徵在於與所述電抗器並聯的電阻； 所述電阻設置在絕緣平臺上。
4、 根據權利要求1至3任一項所述的箱式串聯電容補償裝置， 其特徵在於所述第 一保護設備由快速旁路開關與放電間隙並聯組成。
5、 根據權利要求1至3任一項所述的箱式串聯電容補償裝置， 其特徵在於與所述電容器並聯的第二保護設備； 所述第二保護設備設置在絕緣平臺上。
6、 根據權利要求5所述的箱式串聯電容補償裝置，其特徵在於所述第二保護設備由電壓互感器與根據電壓互感器輸出的信號動 作的旁路斷i 各開關組成。
7、 根據權利要求1至3任一項所述的箱式串聯電容補償裝置，其特徵在於連接在電容器與地之間的防雷器Fl; 連接在電抗器與地之間的防雷器F2; 防雷器Fl與防雷器F2均設置在絕緣平臺上。
8、 根據權利要求1至3任一項所述的箱式串聯電容補償裝置， 其特徵在於所述密閉金屬箱頂部設有穿牆套管。
專利摘要本實用新型提供一種箱式串聯電容補償裝置，包括串聯在輸電網的兩條輸電線路之間的隔離開關組；與第一輸電線路串聯的電容器；與隔離開關組並聯的第一保護設備；其中第一保護設備安裝在一密封的密閉金屬箱內；該密閉金屬箱內設有一絕緣平臺，該絕緣平臺與密閉金屬箱的底壁之間設有絕緣設備；該第一保護設備設置在絕緣平臺上。本實用新型提供的箱式串聯電容補償裝置的生產成本較低，體積較小，便於運輸與安裝。
文檔編號H02J1/00GK201054501SQ20072005334
公開日2008年4月30日 申請日期2007年6月21日 優先權日2007年6月21日
發明者科 田, 賈建軍 申請人:珠海南自電氣系統工程有限公司