一種低功耗10kV串聯電容補償裝置的製作方法

2023-12-01 09:03:31 3

本發明涉及電容補償電路技術領域，具體涉及一種雙斷路器冗餘保護低功耗10kV串聯電容補償裝置。

背景技術：

目前的10kV配電系統中的串聯電容補償技術可以解決由於線路過長、負荷過大而引起的低電壓問題，同時為線路提供無時滯的無功補償、提高線路功率因素、降低線路損耗、提高電壓穩定性，是一種10kV配電網新型無功補償技術。

現有的快速開關型10kV串聯電容補償裝置採用單快速斷路器接線方式，主要缺點如下：

1、保護可靠性低：斷路器均存在拒動可能，特別是合閘時間≤10ms的快速斷路器拒動的可能性更高，僅使用單斷路器作為主電容器保護，當線路發生相間短路而斷路器發生拒動時電容器得不到有效保護，將造成整套裝置損壞；

2、氧化鋅限壓器(MOV)容量過大：因為只有單臺斷路器，當線路發生相間短路而快速斷路器拒動時，只能依靠線路出線斷路器切斷短路，而出線斷路器分閘時間較長(一般≥100ms)，要求MOV耐受過電壓的時間長、吸收能量大、製造難度大、造價高；

3、運行方式不靈活：因為旁路支路使用隔離開關，必須人為手動就地操作，當串聯補償裝置因自身故障發生閉鎖或系統不需要補償時，必須人工就地操作隔離開關，裝置的使用率低，操作時間長。

4、功耗較高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種低功耗10kV串聯電容補償裝置，以解決上述技術問題；本發明採用雙快速斷路器接線方式實現主電容器的快速冗餘保護，提高保護的可靠性，同時降低MOV的容量要求，實現串聯補償裝置的快速就地、遠動操作，提高串補裝置的可用性。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種低功耗10kV串聯電容補償裝置，包括控制器、第一快速斷路器QF1、串聯補償主電容器C、氧化鋅限壓器MOV、阻尼支路電阻R、阻尼支路電感L、電流互感器TA、電壓互感器TV、隔離開關QS和第二快速斷路器QF2；所述控制器分別電性連接電壓互感器TV、電流互感器TA、第一快速斷路器QF1、第二快速斷路器QF2；所述第二快速斷路器QF2的兩端分別與串聯補償裝置兩端的輸電線路相連接；所述串聯補償主電容器C通過雙隔離開關QS連接輸電線路，且與第二快速斷路器QF2並聯；所述電壓互感器TV並聯在串聯補償主電容器C的兩端；所述氧化鋅限壓器MOV串聯連接電流互感器TA，並與串聯補償主電容器C並聯；所述阻尼支路電阻R和阻尼支路電感L並聯，其一端連接電流互感器TA，另一端連接第一快速斷路器QF1一端；所述第一快速斷路器QF1的另一端連接氧化鋅限壓器MOV。

進一步的，所述控制器包括低功耗CPU、UPS電源、控制迴路電路；所述低功耗CPU分別連接UPS電源、控制迴路電路；所述控制迴路電路分別連接電壓互感器TV、電流互感器TA、第一快速斷路器QF1和第二快速斷路器QF2。

進一步地，所述電流互感器TA為串聯在氧化鋅限壓器MOV支路，用以實現快速保護的電流互感器TA。

更進一步地，所述電壓互感器TV為用以保護用的電壓互感器TV。

更進一步地，所述隔離開關QS為檢修用的隔離開關QS。

更進一步地，所述第二快速斷路器QF2用以實現旁路支路的自動控制和遠動控制。

更進一步地，所述第一快速斷路器QF1的合閘時間≤10ms。

更進一步地，所述第二快速斷路器QF2的合閘時間≤40ms。

更進一步地，第一快速斷路器QF1的合閘時間小於第二快速斷路器QF2的合閘時間。

更進一步地，所述第一快速斷路器QF1和第二快速斷路器QF2用以實現對裝置中主電容器C及氧化鋅限壓器MOV的冗餘保護。

更進一步地，所述低功耗CPU為單片機或DSP。

更進一步地，所述UPS電源為市電供電和太陽能電池供電兩種供電方式的UPS電源。

更進一步地，所述串聯電容補償裝置工作時，包括：

S1)、串聯電容補償裝置在運行過程中，在其後的線路發生相間的兩相或三相短路的情況下，首先由氧化鋅限壓器MOV無時延地限制短路引起的串聯補償主電容器C兩端的電壓升高，同時QF1和QF2啟動合閘，在10ms的時間內串聯補償主電容器C和氧化鋅限壓器MOV，完成對電容器和氧化鋅限壓器MOV的保護；

S2)、在控制器正確合閘情況下，QF2仍然完成合閘操作但不起保護作用，在QF1發生拒動的情況下，QF2保證在40ms時間內完成對主電容器和氧化鋅限壓器MOV的保護，起到冗餘保護作用。

相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：

本發明的串聯電容補償裝置採用冗餘保護技術，提高了串聯補償電容裝置保護的可靠性，降低了MOV的造價，提高了串聯補償裝置的可用性進而提高了供電可靠性和電能質量，且功耗很低。

除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。

圖1是本發明實施例的一種低功耗10kV串聯電容補償裝置原理圖；

圖2是本發明實施例的一種低功耗10kV串聯電容補償裝置的仿真曲線。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

請參閱圖1所示，本發明一種低功耗10kV串聯電容補償裝置，包括控制器、第一快速斷路器QF1、串聯補償主電容器C、氧化鋅限壓器MOV、阻尼支路電阻R、阻尼支路電感L、電流互感器TA、電壓互感器TV、隔離開關QS和第二快速斷路器QF2。

控制器分別電性連接電壓互感器TV、電流互感器TA、第一快速斷路器QF1、第二快速斷路器QF2；第二快速斷路器QF2的兩端分別與串聯補償裝置兩端的輸電線路相連接；串聯補償主電容器C通過雙隔離開關QS連接輸電線路，且與第二快速斷路器QF2並聯；電壓互感器TV並聯在串聯補償主電容器C的兩端；氧化鋅限壓器MOV串聯連接電流互感器TA，並與串聯補償主電容器C並聯；阻尼支路電阻R和阻尼支路電感L並聯，其一端連接電流互感器TA，另一端連接第一快速斷路器QF1一端；第一快速斷路器QF1的另一端連接氧化鋅限壓器MOV；制器包括低功耗CPU、UPS電源和控制迴路電路；低功耗CPU分別連接UPS電源和控制迴路電路；控制迴路電路分別連接電壓互感器TV、電流互感器TA、第一快速斷路器QF1和第二快速斷路器QF2。

電流互感器TA為串聯在氧化鋅限壓器MOV支路，用以實現快速保護的電流互感器TA。

電壓互感器TV為用以保護用的電壓互感器TV。

隔離開關QS為檢修用的隔離開關QS。

第二快速斷路器QF2用以實現旁路支路的自動控制和遠動控制。

第一快速斷路器QF1為合閘時間≤10ms的第一快速斷路器QF1。

第二快速斷路器QF2為合閘時間≤40ms的永磁機構快速斷路器QF2。

第一快速斷路器QF1和第二快速斷路器QF2用以實現對裝置中主電容器C及氧化鋅限壓器MOV的冗餘保護。

由元件隔離開關QS、第二快速斷路器QF2組成的旁路支路，其中元件第二快速斷路器QF2實現雙斷路器冗餘保護。

低功耗CPU為單片機或DSP。

UPS電源為市電供電和太陽能電池供電兩種供電方式的UPS電源。

本發明一種低功耗10kV串聯電容補償裝置的工作方法包括以下步驟：

S1)、串聯電容補償裝置在運行過程中，在其後的線路發生相間的兩相或三相短路的情況下，首先由氧化鋅限壓器MOV無時延地限制短路引起的串聯補償主電容器C兩端的電壓升高，同時QF1和QF2啟動合閘，在10ms的時間內串聯補償主電容器C和氧化鋅限壓器MOV，完成對電容器和氧化鋅限壓器MOV的保護；

S2)、在控制器正確合閘情況下，QF2仍然完成合閘操作但不起保護作用，在QF1發生拒動的情況下，QF2保證在40ms時間內完成對主電容器和氧化鋅限壓器MOV的保護，起到冗餘保護作用。

如圖1所示，圖中虛線框內是串聯電容補償裝置部分。圖中QF為線路出線斷路器，QF1為第一快速斷路器，QF2為第二快速斷路器，C為主電容器，MOV為氧化鋅限壓器。第一快速斷路器採用合閘時間≤10ms的專用斷路器，第二快速斷路器採用合閘時間≤40ms的永磁機構快速斷路器，利用兩斷路器自身合閘時間上的快慢配合實現冗餘保護。冗餘保護的原理如下：第一快速斷路器QF1的合閘時間小於第二快速斷路器QF2的合閘時間。串聯補償裝置在運行過程中，如果其後線路發生相間短路(兩相或三相短路)，首先由MOV無時延地限制短路引起的主電容器C兩端的電壓升高，同時QF1和QF2啟動合閘，在10ms的時間內旁路主電容器和MOV，完成對電容器和MOV的保護。當CB1正確合閘情況下，QF2仍然完成合閘操作但不起保護作用，當QF1發生拒動時，QF2保證在40ms時間內完成對主電容器和MOV的保護，起到冗餘保護作用。由於兩個斷路器操動機構完全獨立，採用雙斷路器實現冗餘保護可以大大提高保護的可靠性。從原理上講，雙斷路器保護的可靠性比單斷路器提高一倍。

圖2為用電磁暫態程序(EMTP)仿真得出的一個具體工程應用實例中單斷路器與雙斷路器接線方案MOV承受的能量對比曲線，MOV的設計容量由電流流過MOV的最長時間確定，且與該時間成正比，選擇第二斷路器QF2合閘時間≤40ms，由於QF2的合閘時間遠遠小於QF的分閘時間(一般≥100ms，受線路保護配合制約不能減少)，因而在QF1拒動的情況下，MOV通流的時間≤40ms，MOV容量的選擇此時按照40ms而不是100ms(或更長時間)確定，因而，本發明可以使MOV的容量減小60％以上，不僅帶來MOV製造難度的降低，降低了成本，而且使整體串聯補償裝置體積大大縮小。

圖2中單斷路器與雙斷路器接線方案在相同短路故障情況下MOV吸收能量的對比仿真計算結果顯示，單斷路器接線方式在線路短路故障時，MOV在100ms中流過共10次脈衝電流波(正負各5個)，吸收的能量為560kJ，雙斷路器冗餘保護接線方式MOV僅流過40ms共4次脈衝電流波(正負各2個)，吸收的能量為130kJ。

由於採用了第二斷路器，使旁路支路由原來的就地手動操作模式變為邏輯控制和遠動控制等自動控制模式，縮短了操作時間，提高了線路供電可靠性。例如，當串聯補償裝置自身發生主電容器、QF1故障時，控制器可以即刻合閘QF2保證線路正常供電，無需即刻派人趕赴裝置安裝地點手動關合隔離開關完成線路供電；第二斷路器的使用配合遠動和遙測技術，還可以實現串聯補償裝置的遠方投退和監控，對於安裝於遙遠地區的串聯補償裝置的運行提供了極大的靈活性。

串聯電容補償裝置的冗餘保護特性試驗按如下方法實施：

短路快速冗餘保護試驗：在MOV支路的電流互感器一次側施加模擬短路電流(流過MOV元件的)，檢查雙快速斷路器是否同時啟動合閘並按照設計時間順序完成合閘操作，然後，將第一快速斷路器合閘線圈開路模擬拒動，再次在MOV支路的電流互感器一次側施加模擬短路電流，檢查第二快速斷路器是否在規定的時間完成合閘；

過電流冗餘保護試驗：在主迴路電流互感器一次側施加電流使其達到過電流保護動作設定值，檢查雙快速斷路器是否同時啟動合閘並按照設計時間順序完成合閘操作，然後，將第一快速斷路器合閘線圈開路模擬拒動，再次在主迴路電流互感器一次側施加電流使其達到過電流保護動作設定值，檢查第二快速斷路器是否在規定的時間完成合閘；

過電壓冗餘保護試驗：在電壓互感器一次側施加電壓，使其達到裝置過電壓保護動作設定值，檢查雙快速斷路器是否同時啟動合閘並按照設計時間順序完成合閘操作，然後，將第一快速斷路器合閘線圈開路模擬拒動，再次在電壓互感器一次側施加電壓，使其達到裝置過電壓保護動作設定值，檢查第二快速斷路器是否在規定的時間完成合閘；

諧振冗餘保護試驗：在電壓、電流迴路分別施加諧波電壓及電流，並使其達到諧波保護動作設定值，檢查雙快速斷路器是否同時啟動合閘並按照設計時間順序完成合閘操作，然後，將第一快速斷路器合閘線圈開路模擬拒動，再次在電壓、電流迴路分別施加諧波電壓及電流，並使其達到諧波保護動作設定值，檢查第二快速斷路器是否在規定的時間完成合閘。

本發明的串聯電容補償裝置採用冗餘保護技術，提高了串聯補償電容裝置保護的可靠性，降低了MOV的造價，提高了串聯補償裝置的可用性進而提高了供電可靠性和電能質量，且功耗很低。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。