一种新型电容器串联补偿装置的制作方法

本技术涉及输电网及配电网电压质量控制领域，具体说是一种新型电容器串联补偿装置，适用于750kv及以下的交流输配电网。

背景技术：

1、由于电力系统特高压输电的发展，需要采用电容器串补装置提高长输电线路的传输能力和稳定性；目前大容量降压变大多采用高短路阻抗变压器，导致下一级电网的电压波动较大，采用电容器串联补偿可以避免主变压器有载分接开关的频繁调节和伴随的无功穿越；对于输送距离较长的配网馈电线路也有采用电容器串补装置补偿电压无功损耗的需求。

2、电力系统中，传统高压、特高压或配网级的电容器串联补偿装置的过电压保护系统非常复杂。例如cn109066714a、cn109066720a、cn203536971u、cn204271652u、cn104882881a等专利及国标gb/t6115.2-2017(电力系统用串联电容器第2部分串联电容器组用保护设备)对串补装置的描述，表明其过电压保护系统一般包括触发导通旁路间隙、放电限流阻尼设备、氧化锌限压器、旁路开关(快速开关装置、接触器或可控硅组件)等。

3、在串补线路负载端发生短路故障时，要求对串补电容器组两端数倍于正常运行电压的暂态工频过电压进行限制，该工频过电压的持续时间可达数秒，这对过电压保护器中的氧化锌限压器mov的能容要求很高，即使多组金属氧化物阀片并联运行也只能坚持数十毫秒，所以还必须同时配置放电间隙及快速合闸断路器或电力电子开关。

4、由于氧化锌限压器mov中的金属氧化物阀片的电阻具有负温度系数特性，使得多组阀片并联时的均流非常困难，多组并联对阀片电阻特性的一致性要求极高，导致mov的质量控制很困难，制造成本和运行的故障率很高。也就是说，即使是数十毫秒的短时支撑，mov也并非理想的工频过电压限制器。

5、放电间隙在工频过电压的作用下会严重烧蚀，从而增加运行维护成本；同时户外气候条件也会明显影响放电间隙的放电特性，从而导致其过电压保护特性不稳定。

6、作为工频过电压后备保护的快速合闸断路器并非常规产品，需要特殊制造，而对合闸时间的苛刻要求导致断路器的工作可靠性及稳定性下降。采用电力开关可替代上述断路器，但这又将导致技术复杂性及整体成本的大幅度上升。

7、总之，放电间隙、氧化锌限压器mov、快速合闸特性的断路器或电力电子开关将大幅度推高串补装置成本、降低串补装置可靠性，高成本和高故障率也将严重影响串补在电力系统的推广应用。因此，亟需对传统过电压保护方法进行革新，以大幅提高电容器串联补偿装置的可靠性并降低成本。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本实用新型提供了一种新型电容器串联补偿装置。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型电容器串联补偿装置，整个装置由连接在输配电线路上的投切操作开关、供电及传感单元、过电压保护单元、电容器组c及控制器组成。

3、具体的，所述投切操作开关包括第一隔离开关gk1、第二开关gk2和第三隔离开关gk3，且所述第二开关gk2可以是隔离开关，也可以是常规断路器。

4、具体的，所述供电及传感单元包括电压互感器tv1)、电压测量绕组tv2及电流互感器ct)；

5、所述过电压保护单元包括自耦变压器bk及旁路断路器cb，所述自耦变压器bk为特制的饱和电抗器，其铁芯结构为分相的闭合铁芯，各相包含有第一绕组n1、第二绕组n2以及一个测量用的第三绕组n3，第一绕组n1的末端和第二绕组n2的首端连接，第一绕组n1的首端和第二绕组n2的首端是同名端，第一绕组n1的首端及第二绕组n2的末端分别与电容器组c的进线端和出线端连接；

6、旁路断路器cb为常规断路器，该断路器与第二绕组n2并联连接

7、所述电压测量绕组tv2为自耦变压器bk的第三绕组n3。

8、具体的，所述电容器组c为三相电容器。

9、具体的，所述控制器可为智能控制单元或模拟控制单元。

10、新型电容器串联补偿装置在运行过程的三种状态；

11、第一、当电网正常运行状态：

12、第一隔离开关gk1及第三隔离开关gk3处于闭合状态，第二开关gk2及旁路断路器cb处于分闸状态；

13、电容器组两端的电压uc≤un，un为电容器组的额定电压；

14、在uc电压作用下，自耦变压器bk工作在曲线的i段，处于非饱和状态即高阻抗状态，流经自耦变压器bk，第一绕组n1、第二绕组n2中的激磁电流小于1.0a；

15、此时，电容器组c将根据负荷电流的变化实现线路电压的自动补偿；

16、第二、串补负载侧短路状态：

17、一旦串补装置负载侧发生短路故障，线路电流急剧增大导致uc高于电容器组的额定电压un，此时流经自耦变压器bk的电流i也随uc的上升而同步上升，当i增大到is时，自耦变压器bk进入饱和区域，工作在曲线的ii段即低阻抗状态，此时电容器组c两端电压不再线性上升，而是以较为平缓的速度缓慢上升，直到接近线路最大短路电流imax对应的饱和电压up1；

18、为确保电容器组的安全，这里的upl应明显低于电容器组可以承受的极限电压ulim；

19、在此过程中，控制器通过监测电流互感器ct中的电流，快速判断串补负载侧是否出现短路，若电流超过预设的阈值，则控制旁路断路器cb合闸将自耦变压器bk的第二绕组n2旁路，此时仅有第一绕组n1处于激磁状态，由于第一绕组n1的匝数远远小于第二绕组n2匝数，自耦变压器bk将推退出饱和，工作于曲线的iii段；

20、采用旁路断路器cb可成倍降低第二绕组n2的短路电流热稳定要求，可采用较细的导线绕制，从而大幅度降低自耦变压器bk的制造成本；

21、采用第一绕组n1在旁路断路器cb合闸时，对电容器组c的放电电流进行阻尼以消除对电容器及断路器可能的冲击损伤；

22、第三、串补检修状态：

23、先将旁路断路器cb置于合闸状态，然后将第二开关gk2合闸，随后将第一隔离开关gk1及第三隔离开关gk3分闸；

24、串补装置退出运行，挂接地线后即可对串补装置进行检修维护。

25、本实用新型的有益效果：

26、本实用新型所述的一种新型电容器串联补偿装置，采用自耦变压器bk及旁路断路器cb实现了电容器组c两端的工频过电压保护。采用比较容易制造的大能容的自耦变压器的空载饱和特性代替昂贵且故障率高的放电间隙、氧化锌限压器mov、阻尼装置及快速断路器或电力电子开关，同时省去了通常并联在电容器两端用于放电线圈和不平衡电压保护的电磁式电压互感器。极大简化接线并缩减元器件数量，使串补装置工频过电压保护成本显著降低，并大幅度提高了产品运行的可靠性。

技术特征：

1.一种新型电容器串联补偿装置，其特征在于，整个装置由连接在输配电线路上的投切操作开关(1)、供电及传感单元(2)、过电压保护单元(3)、电容器组c(4)及控制器(5)组成。

2.根据权利要求1所述的一种新型电容器串联补偿装置，其特征在于：所述投切操作开关(1)包括第一隔离开关gk1(11)、第二开关gk2(12)和第三隔离开关gk3(13)，且所述第二开关gk2(12)是隔离开关或常规断路器。

3.根据权利要求1所述的一种新型电容器串联补偿装置，其特征在于：所述供电及传感单元(2)包括电压互感器tv1(21)、电压测量绕组tv2(22)及电流互感器ct(23)；

4.根据权利要求1所述的一种新型电容器串联补偿装置，其特征在于：所述电容器组c(4)为三相电容器。

5.根据权利要求1所述的一种新型电容器串联补偿装置，其特征在于：所述控制器(5)可为智能控制单元或模拟控制单元。

技术总结
本技术涉及输电网及配电网电压质量控制领域，具体的说是一种新型电容器串联补偿装置，连接在输配电线路上的投切操作开关、供电及传感单元、过电压保护单元、电容器组C及控制器。与传统的电容器串联补偿装置相比，本技术对电容器组的过电压保护方法进行了革新，采用自耦变压器BK和旁路断路器CB代替传统的放电间隙、氧化锌限压器、放电阻尼设备、电力电子开关或快速断路器。另外，自耦变压器BK的第三绕组N3兼做电压互感器及电容器组的放电线圈，用于在电网正常工作状态下监测电容器组内部故障，在串补负载侧短路状态下限制旁路断路器CB合闸时电容器组的放电电流及抑制其高频振荡。

技术研发人员：齐进
受保护的技术使用者：齐进
技术研发日：20230629
技术公布日：2024/1/15