CN105552928A - 10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置。其特征在于包括串联电容器补偿单元和并联电容器补偿单元，串联电容器补偿单元串联接入配电线路，并联电容器补偿单元设置在串联电容器补偿单元前端且位于配电线路电源侧。本发明应用于部分特殊的10kV配电网线路的低电压治理，可改善线路沿线的电压分布、调节电压至合格水平、提高线路输送容量，具有负荷“自适应”电压调节和实时响应的特点，并补可降低串补的串补度，增加装置和目标线路的稳定性和可靠性。

Description

10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置
技术领域
本发明涉及一种10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置。
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。我国配电网部分线路存在线径小，线路长（尤其是山村线路），配电变压器数量多的现状，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，往往导致线路末端低电压、电压跌落严重。
串联电容器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的情况。但串联补偿技术在某些特殊配电线路中的应用会受到一定影响，这些线路由于线径小导致电压降主要因线路电阻引起，因此串联电容器补偿需要配置较高的串补度才可达到相对明显的电压提升效果。较高的串补度会引起一定的风险，包括对线路变压器、互感器或电机启动造成影响，增加铁磁谐振产生的几率，进而影响线路和用电设备的安全稳定性。
在这类低电压线路中仅采用并联电容器补偿时，往往需要多组并补装置，产生如维护量大，开关动作频繁，噪声大，响应速度慢等问题，且往往会引起“重载时电压低、轻载时电压高”的问题。对于特殊线路，仅依靠并联电容器补偿也无法满足电压要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置的技术方案。
所述的10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置，其特征在于包括串联电容器补偿单元和并联电容器补偿单元，串联电容器补偿单元串联接入配电线路，并联电容器补偿单元设置在串联电容器补偿单元前端且位于配电线路电源侧。
所述的10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置，其特征在于所述串联电容器补偿单元包括投切操作开关、传感器、串联电容器组、保护设备、光电转换***和控制器；
投切操作开关，用于装置的自动或者手动投入/切除以及装置内部检修维护时装置与线路的隔离，包括投切断路器、第一隔离开关和第二隔离开关；
传感器，包括电压互感器、电流互感器和电压互感器兼电容放电电路，用于测量线路线电压、电容器组电压、电容器组电流、提供控制器电源和电容器的放电电路；
串联电容器组，其串联接入配电线路，补偿线路感抗和无功功率，提升线路全线电压水平；
保护设备，包括可控硅阀、一体化阻尼电抗/电阻器和旁路接触器，用于串联电容器组的旁路保护，通过控制器对可控硅阀和旁路接触器进行控制，使保护动作迅速可靠；
光电转换***，包括传输光纤和光电转换器，用于控制器对可控硅阀的触发控制和状态采集；
控制器，包括可编程逻辑芯片、电平转换器、光电隔离、数字及模拟量输入输出单元、AD采样芯片，控制器用于自动投切、产生告警与保护信号、监测保护设备和电容器组状态、后台通讯；
所述并联电容器补偿单元，包括并联电容器组和投切开关，投切开关受控制器控制，并联电容器组用于降低串联电容器组的设计串补度。
所述的10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置，其特征在于：
所述投切断路器串接设置在配电线路上，投切断路器两端分别连接第一隔离开关和第二隔离开关，第一隔离开关和第二隔离开关之间串联设置串联电容器组，构成串联补偿回路；串联补偿回路上每相串联设置一只电流互感器、任意两相间设置一只电压互感器，电压互感器用于测量配电线路的线电压，为UPS电源提供能量，电流互感器用于测量流经串联电容器组的电流；每相串联电容器组两端并联设置一电压互感器兼电容放电电路，用于测量串联电容器组两端的电压同时兼串联电容器组的放电电路；
所述可控硅阀与一体化阻尼电抗/电阻器串联后并联在串联电容器组两端，串联电容器组两端还并联设置一三极旁路接触器，可控硅阀与一体化阻尼电抗/电阻器用于串联电容器组支路的快速过电压保护，旁路接触器用于可控硅阀支路的二级保护；
所述光电转换***是可控硅阀与控制器信息交互的通道，包括传输光纤和光电转换器，通过光电转换***进行信号的传输，信号包括可控硅阀的触发信号与状态监测信号；
所述并联电容器补偿单元，包括并联电容器组和投切开关，并联电容器组通过投切开关并接在串联电容器补偿单元前端且位于配电线路电源侧。
本发明包含串联电容器补偿单元和并联电容器补偿单元，应用于部分特殊的10kV配电网线路的低电压治理，可改善线路沿线的电压分布、调节电压至合格水平、提高线路输送容量，具有负荷“自适应”电压调节和实时响应的特点，并补可降低串补的串补度，增加装置和目标线路的稳定性和可靠性。
本发明包含串联电容器补偿单元和并联电容器补偿单元，并联电容器的使用可保证配网线路电压提升效果的同时，降低串联电容器的串补度，提高装置和线路的稳定性和可靠性。针对线径较细、负荷较重的存在低电压问题的10kV配电网线路，仅靠串联电容器补偿技术，要提升电压至合格水平，可能需要配置较高串补度的串联电容器，从而增加装置和线路的风险。在靠近电源侧（串联电容器的前端）配置合适的并联电容器，可降低串联电容器的串补度。并联电容器与串联电容器协调运行，即可保证电压提升的效果，也可提高装置和线路的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的一次***的示意图；
图2是本发明的电路结构示意图；
图3是本发明的整体控制***框图；
图中：1-投切操作开关，2-传感器，3-投切开关，4-保护设备，5-光电转换***，6-控制器，1.1-投切断路器，1.2-第一隔离开关，1.3-第二隔离开关，2.1-电压互感器，2.2-电流互感器，2.3-电压互感器兼电容放电电路，3.1-串联电容器组，3.2-并联电容器组，4.1-可控硅阀，4.2-一体化阻尼电抗/电阻器，4.3-旁路接触器，5.1-光电转换器，6.1-可编程逻辑芯片，6.2-电平转换器，6.3-光电隔离，6.4-AD采样芯片。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：
10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置，包括串联电容器补偿单元C1和并联电容器补偿单元C2，串联电容器补偿单元串联接入配电线路，并联电容器补偿单元设置在串联电容器补偿单元前端且位于配电线路电源侧。串联电容器补偿单元和并联电容器补偿单元是装置实现补偿功能的主体部分，其容量和电容器个数根据具体线路参数和工况，通过潮流计算进行配置。装置正常工作时，在不加任何控制的情况下，串联电容器补偿的电压能够自动实时响应负荷电流的变化。当装置发生故障时，装置的控制器通过对可控硅阀、旁路接触器和投切断路器的操作能够实现装置的告警、短时旁路和保护。
配网的串联补偿主要起到改善辐射状配电线路沿线电压分布和减小电压跌落的作用，有效提高装置应用的线路末端电压至合格范围。装置工作时将串联电容器组串联接入配网线路进行补偿，装置退出时（包括保护的自动退出）将串联电容器组旁路。在线径小的特殊线路的应用场合，要保证一定的电压提升效果，需要配置较高的串补度的串联电容器，因此在靠10kV电源侧配置适当容量的并联电容器组，可有效降低串联电容器的设计串补度，从而提高线路和用电设备的稳定性和可靠性。
本发明的串联电容器补偿单元包括投切操作开关1、传感器2、串联电容器组3、保护设备5、光电转换***6和控制器7；
投切操作开关1，用于装置的自动或者手动投入/切除以及装置内部检修维护时装置与线路的隔离，包括投切断路器1.1、第一隔离开关1.2和第二隔离开关1.3；
传感器2是装置的测量元件，包括电压互感器2.1、电流互感器2.2和电压互感器兼电容放电电路2.3，用于测量线路线电压、电容器组电压、电容器组电流、提供控制器电源和电容器的放电电路；
串联电容器组3.1，其串联接入配电线路，补偿线路感抗和无功功率，提升线路全线电压水平；
保护设备4，包括可控硅阀4.1、一体化阻尼电抗/电阻器4.2和旁路接触器4.3，用于串联电容器组的旁路保护，通过控制器对可控硅阀和旁路接触器进行控制，使保护动作迅速可靠；
光电转换***5，包括传输光纤和光电转换器5.1，用于控制器6对可控硅阀的触发控制和状态采集；
控制器6，包括可编程逻辑芯片6.1、电平转换器6.2、光电隔离6.3、数字及模拟量输入输出单元、AD采样芯片6.4，控制器用于自动投切、产生告警与保护信号、监测保护设备和电容器组状态、后台通讯。
本发明的并联电容器补偿单元，包括并联电容器组3.2和投切开关8，投切开关受控制器控制，并联电容器组用于降低串联电容器组的设计串补度。
具体地，投切断路器1.1串接设置在配电线路上，投切断路器1.1两端分别连接第一隔离开关1.2和第二隔离开关1.3，第一隔离开关1.2和第二隔离开关1.3之间串联设置串联电容器组3.1，构成串联补偿回路；串联补偿回路上每相串联设置一只电流互感器2.1、任意两相间设置一只电压互感器2.2，电压互感器2.2用于测量配电线路的线电压，为UPS电源提供能量，电流互感器2.1用于测量流经串联电容器组的电流；每相串联电容器组3.1两端并联设置一电压互感器兼电容放电电路2.3，用于测量串联电容器组两端的电压同时兼串联电容器组的放电电路。
可控硅阀4.1与一体化阻尼电抗/电阻器4.2串联后并联在串联电容器组3.1两端，串联电容器组两端还并联设置一三极旁路接触器4.3，可控硅阀与一体化阻尼电抗/电阻器用于串联电容器组支路的快速过电压保护，旁路接触器用于可控硅阀支路的二级保护。
光电转换***5是可控硅阀4.1与控制器6信息交互的通道，包括传输光纤和光电转换器5.1，通过光电转换***进行信号的传输，信号包括可控硅阀的触发信号与状态监测信号。
并联电容器补偿单元，包括并联电容器组3.2和投切开关3，并联电容器组3.2通过投切开关3并接在串联电容器补偿单元前端且位于配电线路电源侧。
保护设备4的三相高压可控硅阀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，三相一体化阻尼电抗\电阻器4.2分别与三相可控硅阀串联后，并联连接在串联电容器组3.1的两端。旁路接触器4.3属于实现保护的机械开关，同样并联连接在串联电容器组3.1的两端。
可控硅阀4.1通过光电转换***5与控制器6进行信息交互。控制器6通过触发光纤发送可控硅触发信号，通过状态返回光纤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、提高可控硅阀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***5接受模拟量和数字量信号，对***进行计算，对机械开关合电力电子开关进行控制。
在需要治理低电压时，将位于靠近10kV线路电源侧的并联电容器组3.2通过控制***控制其投入，如图1示意。投切操作开关1中，第一隔离开关1.2、第二隔离开关1.3安装于投切断路器1.1的两端并置于合闸位置，当投切断路器1.1分闸，串联电容器组投入线路。
装置产生故障需要保护时，控制***触发可控硅导通后合闸旁路接触器和投切断路器。
本发明应用于部分特殊的10kV配电网线路的低电压治理，可改善线路沿线的电压分布、调节电压至合格水平、提高线路输送容量，具有负荷“自适应”电压调节和实时响应的特点，并补可降低串补的串补度，增加装置和目标线路的稳定性和可靠性。

Claims (3)

1.10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置，其特征在于包括串联电容器补偿单元和并联电容器补偿单元，串联电容器补偿单元串联接入配电线路，并联电容器补偿单元设置在串联电容器补偿单元前端且位于配电线路电源侧。
2.根据权利要求1所述的10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置，其特征在于所述串联电容器补偿单元包括投切操作开关、传感器、串联电容器组、保护设备、光电转换***和控制器；
投切操作开关，用于装置的自动或者手动投入/切除以及装置内部检修维护时装置与线路的隔离，包括投切断路器、第一隔离开关和第二隔离开关；
传感器，包括电压互感器、电流互感器和电压互感器兼电容放电电路，用于测量线路线电压、电容器组电压、电容器组电流、提供控制器电源和电容器的放电电路；
串联电容器组，其串联接入配电线路，补偿线路感抗和无功功率，提升线路全线电压水平；
保护设备，包括可控硅阀、一体化阻尼电抗/电阻器和旁路接触器，用于串联电容器组的旁路保护，通过控制器对可控硅阀和旁路接触器进行控制，使保护动作迅速可靠；
光电转换***，包括传输光纤和光电转换器，用于控制器对可控硅阀的触发控制和状态采集；
控制器，包括可编程逻辑芯片、电平转换器、光电隔离、数字及模拟量输入输出单元、AD采样芯片，控制器用于自动投切、产生告警与保护信号、监测保护设备和电容器组状态、后台通讯；
所述并联电容器补偿单元，包括并联电容器组和投切开关，投切开关受控制器控制，并联电容器组用于降低串联电容器组的设计串补度。
3.根据权利要求2所述的10kV配电线路串、并联混合型电容补偿装置，其特征在于：
所述投切断路器串接设置在配电线路上，投切断路器两端分别连接第一隔离开关和第二隔离开关，第一隔离开关和第二隔离开关之间串联设置串联电容器组，构成串联补偿回路；串联补偿回路上每相串联设置一只电流互感器、任意两相间设置一只电压互感器，电压互感器用于测量配电线路的线电压，为UPS电源提供能量，电流互感器用于测量流经串联电容器组的电流；每相串联电容器组两端并联设置一电压互感器兼电容放电电路，用于测量串联电容器组两端的电压同时兼串联电容器组的放电电路；
所述可控硅阀与一体化阻尼电抗/电阻器串联后并联在串联电容器组两端，串联电容器组两端还并联设置一三极旁路接触器，可控硅阀与一体化阻尼电抗/电阻器用于串联电容器组支路的快速过电压保护，旁路接触器用于可控硅阀支路的二级保护；
所述光电转换***是可控硅阀与控制器信息交互的通道，包括传输光纤和光电转换器，通过光电转换***进行信号的传输，信号包括可控硅阀的触发信号与状态监测信号；
所述并联电容器补偿单元，包括并联电容器组和投切开关，并联电容器组通过投切开关并接在串联电容器补偿单元前端且位于配电线路电源侧。
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