一种用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线，包括：补偿电容器Cap、金属氧化物压敏电阻FR、快速放电开关KF1和快速旁路开关KF2，补偿电容器Cap串联在供电线路上，金属氧化物压敏电阻FR与补偿电容器Cap并联，快速放电开关KF1和快速旁路开关KF2分别与补偿电容器Cap并联。有益效果是从接线和原理上解决了线路的操作过电压与放电涌流，有效解决了降低串补电容器额定电压及保护电容器组的安全运行问题，能够监控实时的运行电参数，具有防止快速开关拒动的功能，使得串补装置造价大幅降低，体积减小，安装地点灵活，设备维护简单。
【专利说明】
一种用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线
技术领域
[0001] 本发明属于供电线路补偿装置领域，尤其是涉及一种用于高中压配电网的无功串 联补偿装置拓扑接线。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展，用电负荷的快速增长，占全国大部分面积的广大边远地区电网 向无电地区延伸，110kV高压超长线路及中压配网的供电质量问题日益突出，集中表现在电 压偏低及电压波动率大，导致负荷端的供电电压远远超出了国家规定的质量标准，影响了 各地区人民的生产和生活。为寻找解决110kV及以下配电网远距离供电电压质量问题的最 佳方法和途径，几十年来电力工作者一直在进行着探索和实践，不少省区把目光集中在理 论上独具优势的线路串联补偿技术上，并为此做了不懈的努力，也取得了不少成果和经验。 但限于投入产出比差，装置自身安全、可靠性差等一系列问题，使得串补技术一直没能在中 高压配网得到推广应用。
[0003] 当前中压串补装置是基于快速开关及大功率晶闸管的串补装置，但是使用过程中 缺点非常明显，有的串联补偿装置采用火花间隙并联在补偿电容的两端，用作后备保护装 置，在过流时能够旁路掉电容内的过电流，但是火花间隙不具备灭弧能力，存在间隙燃弧时 间过长的问题;而且现有的串补装置通常采用单个的快速开关，一旦单个的快速开关发生 拒动现象，不能及时将补偿电容器退出运行;另外，现有的串补装置也不具备自动化监控能 力，不能实时监控重要节点的电压和电流参数，不能根据采集的电参数，自动发出控制信 号，控制串补装置的运行。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明旨在提出一种用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接 线，本发明从接线和原理上解决了线路的操作过电压与放电涌流，有效解决了降低串补电 容器额定电压及保护电容器组的安全运行问题，能够监控实时的运行电参数，具有防止快 速开关拒动的功能，使得串补装置造价大幅降低，体积减小，安装地点灵活，设备维护简单。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0006] -种用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线，包括：
[0007] 补偿电容器Cap，所述补偿电容器Cap串联在供电线路上；
[0008] 金属氧化物压敏电阻FR，所述金属氧化物压敏电阻FR与所述补偿电容
[0009] 器Cap并联，所述金属氧化物压敏电阻FR与所述补偿电容器Cap构成
[0010] 故障限压单元；
[0011 ]快速放电开关KF1，所述快速放电开关KF1与所述故障限压单元并联；
[0012]快速旁路开关KF2，所述快速旁路开关KF2与所述故障限压单元并联；
[0013]还包括用于采集所述补偿电容器Cap两端电压的第一电压互感器PT1，用于采集安 装点线电压以及取能作用的第二电压互感器PT2,用于采集所述补偿电容器Cap电流的第一 电流互感器CT1，用于采集安装点线电流的第二电流互感器CTg，以及用于采集所述金属氧 化物压敏电阻FR电流的第三电流互感器CTf;所述第一电压互感器PT1、所述第二电压互感 器PT2、所述第一电流互感器CT1、所述第二电流互感器CTg和所述第三电流互感器CTf分别 通过接线连接有控制保护器KZ，所述快速放电开关KF1和所述快速旁路开关KF2被控连接到 所述控制保护器KZ。
[0014]进一步的，所述补偿电容器Cap串联有限流元件RF。
[0015]进一步的，还包括第一隔离刀闸K1、第二隔离刀闸K2和旁路刀闸KP，所述第一隔离 刀闸K1串接在所述补偿电容器Cap的进线端，所述第二隔离刀闸K2串接在所述补偿电容器 Cap的出线端，所述旁路刀闸KP并接在所述第一隔离刀闸K1和所述第二隔离刀闸K2所在回 路的外侧两端，所述旁路刀闸KP接通供电线路。
[0016] 进一步的，所述补偿电容器Cap为单个电容器或多个电容器并联构成的电容器组。
[0017] 进一步的，所述金属氧化物压敏电阻FR为氧化锌压敏电阻。
[0018] 相对于现有技术，本发明所述的用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线 具有以下优势：
[0019]正常运行时，第一隔离刀闸K1和第二隔离刀闸K2闭合，旁路刀闸KP打开，快速放电 开关KF1和快速旁路开关KF2打开，补偿电容器Cap串联在供电线路中，线路的负荷电流将在 补偿电容器Cap两端产生电压降，同时也会在线路自身的电感上产生电压降，由于供电线路 负荷电流在补偿电容器Cap两端产生的电压降为负值，与在线路电感两端产生的电压降方 向相反，恰好可以抵消负荷电流在线路电感上产生的电压降，从而可以提高对负荷的供电 电压质量，并可大大减小甚至消除重负载启停造成的电压波动，这既是串联补偿的原理，也 是本发明的自身优势所在。
[0020] 本发明的第一电压互感器PT1能够采集补偿电容器Cap两端电压，第二电压互感器 PT2能够采集安装点线的电压以及取能，第一电流互感器CT1能够采集补偿电容器Cap的电 流，第二电流互感器CTg能够采集安装点的线电流，第三电流互感器CTf能够采集金属氧化 物压敏电阻FR的电流，而且能够通过接线将采集的电参数传输到控制保护器KZ，控制保护 器KZ能够比较各个参数的阈值，根据满足的阈值条件选择运行方式，向快速放电开关KF1和 快速旁路开关KF2发出控制信号，实现了自动化监控和控制，反应更精准，提升安全程度。
[0021] 本发明的故障限压单元由补偿电容器Cap和金属氧化物压敏电阻FR构成，正常运 行时，补偿电容器Cap的电压低于金属氧化物压敏电阻FR的门槛电压，金属氧化物压敏电阻 FR不起作用;短路时，随着短路冲击电流的增大，金属氧化物压敏电阻FR两端的电压因超过 门槛电压而迅速导通，将补偿电容器Cap两端的电压能够限制在较低的水平，防止线路短路 时，补偿电容器Cap遭受过大电流的冲击而损坏;并联在故障限压单元两端的快速放电开关 KF1和快速旁路开关KF2,由控制保护器KZ按照一定的触发条件控制，能够在补偿电容器Cap 退出运行时闭合，将补偿电容器Cap和金属氧化物压敏电阻FR短接，补偿电容器Cap中大量 的电荷经过金属氧化物压敏电阻FR、快速放电开关KF1及快速旁路开关KF2进行释放，将补 偿电容器Cap退出运行，避免对人体造成伤害;采用快速开关代替传统的火花间隙，不但消 除了火花间隙没有灭弧能力的问题，同时解决了因火花间隙击穿后，间隙燃弧时间过长的 问题；而且快速放电开关KF1和快速旁路开关KF2为双快速开关并联模式，组成可靠的双支 路结构，保证当两个开关中一个拒动时仍有回路将补偿电容器Cap的电荷放掉，避免对人体 造成伤害，每个快速开关具有独立的操作回路、控制回路，大大提高系统的可靠性，防止补 偿电容器Cap在线路停运时不能退出运行，也就是快速开关不能闭合将补偿电容器Cap退出 运行，将电容器两端的电荷释放，不会烧坏电力用户的电器设备。
[0022] 串联在补偿电容器Cap上的限流元件RF，能够限制补偿电容器Cap的放电电流，防 止快速放电开关KF1在合闸过程中发生触头熔焊，保证快速放电开关KF1顺利合闸，且限流 元件RF串联在补偿电容器Cap前端，可以避免线路充电或大负荷启动时冲击过电压及系统 涌流对下游负荷的冲击。
[0023]当本发明需要维修时，将快速放电开关KF1及快速旁路开关KF2闭合，将电容器Cap 退出运行，然后闭合旁路刀闸KP，打开第一隔离刀闸K1及第二隔离刀闸K2,将串补装置退出 运行，即可安全进行安全维修。
【附图说明】
[0024] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0025] 图1为本发明实施例的电路结构不意图。
【具体实施方式】
[0026] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0027]在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、 "前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相 对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"等的特征可 以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，"多个" 的含义是两个或两个以上。
[0028]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可 以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语 在本发明中的具体含义。
[0029]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0030]如图1所示，本发明提供一种用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓 [0031]扑接线，包括：
[0032] 补偿电容器Cap，所述补偿电容器Cap串联在供电线路上；
[0033] 金属氧化物压敏电阻FR，所述金属氧化物压敏电阻FR与所述补偿电容
[0034] 器Cap并联，所述金属氧化物压敏电阻FR与所述补偿电容器Cap构成 [0035] 故障限压单元；
[0036]快速放电开关KF1，所述快速放电开关KF1与所述故障限压单元并联；
[0037]快速旁路开关KF2,所述快速旁路开关KF2与所述故障限压单元并联；
[0038]还包括用于采集所述补偿电容器Cap两端电压的第一电压互感器PT1，用于采集安 装点线电压以及取能作用的第二电压互感器PT2,用于采集所述补偿电容器Cap电流的第一 电流互感器CT1，用于采集安装点线电流的第二电流互感器CTg，以及用于采集所述金属氧 化物压敏电阻FR电流的第三电流互感器CTf;所述第一电压互感器PT1、所述第二电压互感 器PT2、所述第一电流互感器CT1、所述第二电流互感器CTg和所述第三电流互感器CTf分别 通过接线连接有控制保护器KZ，所述快速放电开关KF1和所述快速旁路开关KF2被控连接到 所述控制保护器KZ。
[0039]所述补偿电容器Cap串联有限流元件RF。
[0040] 还包括第一隔离刀闸K1、第二隔离刀闸K2和旁路刀闸KP，所述第一隔离刀闸K1串 接在所述补偿电容器Cap的进线端，所述第二隔离刀闸K2串接在所述补偿电容器Cap的出线 端，所述旁路刀闸KP并接在所述第一隔离刀闸K1和所述第二隔离刀闸K2所在回路的外侧两 端，所述旁路刀闸KP接通供电线路。
[0041] 所述补偿电容器Cap为单个电容器或多个电容器并联构成的电容器组，此处优选 为两个电容器并联。
[0042] 所述金属氧化物压敏电阻FR为氧化锌压敏电阻。
[0043 ]构成本发明电路结构的元件功能以及参数：
[0044]补偿电容器Cap:根据补偿深度的要求合理配置补偿电容器Cap，正常运行时，补偿 电容串联在线路中。配置补偿电容器Cap的容抗取决于线路的线路分布电感，一般补偿电容 器Cap容抗是分布电感感抗的0.8~1.5倍;配置补偿电容器Cap的额定电流取决于串补装置 安装点后部的负荷大小。按照安装点后部的负荷最大值的1.3倍整定补偿电容器Cap的额定 电流，一般按照两个电容器并联接线进行整定，每个电容器的额定电流要大于Cap额定电流 的1/2;配置补偿电容器Cap的额定电压为Cap的额定电流与Cap容抗的乘积。Cap的工频耐受 电压为额定电压的2.15倍，Cap的峰值耐受电压为工频耐受电压的W咅。
[0045] 金属氧化物压敏电阻FR:此处金属氧化物压敏电阻FR选用氧化锌压敏电阻，门槛 电压按照补偿电容器Cap峰值耐受电压的0.9倍整定。正常运行时，补偿电容器Cap的电压低 于氧化锌压敏电阻的门槛电压，氧化锌压敏电阻不起作用;短路时，随着短路冲击电流的增 大，氧化锌压敏电阻两端的电压因超过门槛电压而迅速导通，将补偿电容器Cap两端的电压 限制在较低的水平，保护补偿电容器Cap不受伤害。过压整定参数为补偿电容器Cap能够承 受冲击电压幅值的0.9倍;金属氧化物压敏电阻能够吸收的总能量整定参数为新型高中压 配网无功串联补偿装置安装点后三相短路20ms产生总能量的2.5~3.0倍。
[0046]限流元件RF:是用以限制补偿电容器Cap的放电电流。限流元件RF的阻抗整定参数 是补偿电容器Cap最大负荷运行时，补偿电容器Cap退出进行放电，达到人身安全电压的放 电时间小于3 0分钟。
[0047]快速放电开关KF1:在补偿电容器Cap退出运行时，快速放电开关KF1投入，将补偿 电容器Cap与金属氧化物压敏电阻FR退出，快速放电开关KF1的控制由控制保护器KZ根据需 要补偿电容器Cap退出的条件进行触发。当本发明后端发生短路时，补偿电容器Cap两端产 生过电压与过电流，由控制保护器KZ触发快速放电开关KF1闭合，将补偿电容器Cap退出运 行，将金属氧化物压敏电阻FR退出，以免通流时间过长而损坏，组成补偿电容器Cap放电回 路，避免电容器两端电压对人体造成伤害。
[0048]快速旁路开关KF2:在补偿电容器Cap退出运行时，快速旁路开关KF2投入，将补偿 电容器Cap与金属氧化物压敏电阻FR退出，同时快速旁路开关KF2还与快速放电开关KF1 - 起组成完全对等的并联回路，快速放电开关KF1与快速芳路开关KF2具有完全独立的控制回 路，以保证当二者开关中一个拒动时仍有回路将补偿电容器Cap的电荷放掉，避免对人体造 成伤害。
[0049] 第一电压互感器PT1采集补偿电容器Cap两端电压。
[0050] 第二电压互感器PT2采集安装点线的电压以及取能，将高压侧10kV-次电压降为 两个100V/220V的二次电压，其中一组输出用于保护装置测量回路，另一组输出为装置提供 工作电源。
[0051] 第一电流互感器CT1采集补偿电容器Cap的电流。
[0052]第二电流互感器CTg采集安装点的线电流。
[0053]第三电流互感器CTf采集金属氧化物压敏电阻FR的电流。
[0054]各个采集参数的装置通过接线，将采集的电参数传输到控制保护器KZ，控制保护 器KZ比较各个参数的阈值，根据满足的阈值条件选择运行方式，按照运行方式发出控制信 号，控制快速放电开关KF1、快速旁路开关KF2打开或闭合，控制保护器KZ包括测量功能、控 制功能、保护功能和通信功能。
[0055]本实例的具体工作过程：
[0056]正常运行时，第一隔离刀闸K1和第二隔离刀闸K2闭合，旁路刀闸KP打开，快速放电 开关KF1和快速旁路开关KF2打开，补偿电容器Cap串联在供电线路中，线路的负荷电流将在 补偿电容器Cap两端产生电压降，同时也会在线路自身的电感上产生电压降，由于供电线路 负荷电流在补偿电容器Cap两端产生的电压降为负值，与在线路电感两端产生的电压降方 向相反，恰好可以抵消负荷电流在线路电感上产生的电压降，从而可以提高对负荷的供电 电压质量，并可大大减小甚至消除重负载启停造成的电压波动。
[0057]当线路停运时，第一隔离刀闸K1和第二隔离刀闸K2闭合，旁路刀闸KP打开，第一电 流互感器CT1和第二电流互感器CTg未测到负荷电流，控制保护器KZ控制快速放电开关KF1 和快速旁路开关KF2闭合，将补偿电容器Cap短接，补偿电容器Cap中大量的电荷经过限流元 件RF、快速放电开关KF1及快速旁路开关KF2进行释放，将补偿电容器Cap退出运行；
[0058]线路停运后，恢复送电时，控制保护器KZ控制快速放电开关KF1和快速旁路开关 KF2，延时2分钟自动分闸，将补偿电容器Cap串联在线路中实现串联补偿。
[0059] 一旦线路电流超过最大工作电流的130%，表明线路串补处近区或远端放生短路 故障，控制保护器KZ控制快速放电开关KF1和快速旁路开关KF2,在短路后的12ms左右合闸， 补偿电容器Cap经限流元件RF、快速放电开关KF1及快速旁路开关KF2放电，然后将整个装置 退出。
[0060]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线，其特征在于： 包括： 补偿电容器Cap，所述补偿电容器Cap串联在供电线路上； 金属氧化物压敏电阻FR，所述金属氧化物压敏电阻FR与所述补偿电容器Cap并联，所述 金属氧化物压敏电阻FR与所述补偿电容器Cap构成故障限压单元； 快速放电开关KF1，所述快速放电开关KF1与所述故障限压单元并联； 快速旁路开关KF2，所述快速旁路开关KF2与所述故障限压单元并联； 还包括用于采集所述补偿电容器Cap两端电压的第一电压互感器PT1，用于采集安装点 线电压以及取能作用的第二电压互感器PT2,用于采集所述补偿电容器Cap电流的第一电流 互感器CT1，用于采集安装点线电流的第二电流互感器CTg，以及用于采集所述金属氧化物 压敏电阻FR电流的第三电流互感器CTf;所述第一电压互感器PT1、所述第二电压互感器 PT2、所述第一电流互感器CT1、所述第二电流互感器CTg和所述第三电流互感器CTf分别通 过接线连接有控制保护器KZ，所述快速放电开关KF1和所述快速旁路开关KF2被控连接到所 述控制保护器KZ。2. 根据权利要求1所述的用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线，其特征在 于:所述补偿电容器Cap串联有限流元件RF。3. 根据权利要求1或2任一项所述的用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线， 其特征在于:还包括第一隔离刀闸K1、第二隔离刀闸K2和旁路刀闸KP，所述第一隔离刀闸K1 串接在所述补偿电容器Cap的进线端，所述第二隔离刀闸K2串接在所述补偿电容器Cap的出 线端，所述旁路刀闸KP并接在所述第一隔离刀闸K1和所述第二隔离刀闸K2所在回路的外侧 两端，所述旁路刀闸KP接通供电线路。4. 根据权利要求1所述的用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线，其特征在 于:所述补偿电容器Cap为单个电容器或多个电容器并联构成的电容器组。5. 根据权利要求1所述的用于高中压配电网的无功串联补偿装置拓扑接线，其特征在 于:所述金属氧化物压敏电阻FR为氧化锌压敏电阻。
【文档编号】H02J3/18GK105846444SQ201610292169
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】程治真, 于辉, 韦建波, 覃剑永, 韦碧琳, 唐勋
【申请人】广西电网有限责任公司河池供电局, 四方华能电网控制系统有限公司