襄阳 源创电气有限公司王工告诉我们： 随着配电系统负荷的增长和对供电质量要求的提高,对 无功补偿的需求也相应增加。目前,我国 配电网无功补偿通常在配电 变压器低压侧(0.4 kV侧)进行,但总投资高,且不能对变、配电的无功进行补偿。在 变电站集中补偿模式中,整体无功缺额较大,且由于季节、昼夜负荷差别大,高峰时补偿严重不足。因此,在 高压配电线路中进行无功补偿是十分必要的。

1. 装置总体设计

DWK型户外高压无功自动补偿装置的电气主接线如图1所示,包括一台三相星型接法的高压并联电容器、一台真空接触器、两台电压互感器、六只电流互感器、三只避雷器、控制器和低压控制回路。该装置集电气主回路与控制回路于一体,将高、低压元器件集成于户外箱体内,结构紧凑,使安装维护方便,且能保护内部元器件不受户外恶劣环境的影响,特别适合柱上使用。

DWK装置采用BAM11-200-3W型电容器,为三相内接星形,内部装有放电电阻,能使电容器在线路断开后的5 min内剩余电压降到50 V以下。我国3～66 kV配电网大多为中性点非有效接地系统,所以单星形接线电容器的中性点不接地。

完成补偿电容器投切的开关是补偿装置的关键,直接影响整个装置工作的可靠性。DWK选用CKG4型真空接触器,重击穿概率极低,并设置操作过电压保护。

对于10 kV电容器,其绝缘水平与电网一致,熔断器应装在电源侧,这因为保护电容器极间击穿,熔断器装在电源侧或中性点侧作用都一样。但是,当发生套管闪络和极对壳击穿 故障时,故障电流只流经电源侧,中性点侧无故障电流,所以装在中性点侧的熔断器对这类故障不起保护作用。另外,当中性点侧已发生一点接地,这时再发生电容器套管闪络和极对壳击穿故障,相当于两点接地,装在中性点的熔断器被短接而不起保护作用。电容器的操作过电压主要是分闸操作时的过电压,大多出现在单相重击穿时,两相重击穿和一次操作时发生多次重击穿的几率均很小。因此,仅考虑发生单相重击穿时的过电压,采用相对地避雷器接线方式。避雷器选用无间隙金属氧化物避雷器。

2. 电气控制回路设计

DWK型户外高压无功自动补偿装置的电气控制回路原理如图2所示。控制回路中除了投入和切除电容器的自动控制功能,还有独立的手动控制功能。另外,还有电压指示灯以及投入和切除指示灯。

当DWK型户外高压无功自动补偿装置处于工作状态时,空开QF闭合,给控制器提供电源,同时电源指示灯BD点亮。当电容器未投入时,真空接触器KM的常闭触点闭合,使电容器切除指示灯LD点亮。控制开关SA为手动/自动转换开关。当SA(1-2)触点接通时,装置处于手动投切状态:按钮SB2被按下时,其常开触点闭合,则SA(1-2)-SB1-SB2-KM回路导通,真空接触器KM闭合,使电容器投入。同时,KM的常开触点闭合,使SA(1-2)-SB1-KM-KM回路导通,实现自锁,并使电容器投入指示灯LD点亮。只要SB2复位,其常闭触点断开,KM线圈断电,切除电容器。当SA(3-4)触点接通时,装置处于自动投切状态。控制器发出投入电容器指令时,电容器投入信号继电器KZQ1的常开触点闭合,则SA(3-4)-KZQ1-ZJ-KZQ2回路导通,使中间继电器ZJ的线圈带电,其辅助常开触点闭合,自锁保持。同时,ZJ的主触点闭合,使SA(3-4)-ZJ-KM回路导通,真空接触器KM线圈带电,使其主触点闭合,从而使电容器投入。控制器发出切除电容器指令时,电容器切除信号继电器KZQ2的常闭触点断开,则SA(3-4)-KZQ1-ZJ-KZQ2回路断开,使中间继电器ZJ线圈失电,其主触点断开,使KM线圈断电,切除电容器。即使此时有投入信号使KZQ1的常开触点闭合,由于KZQ2的常闭触点断开,也不能使电容器投入

3 硬件设计

控制器必须在系统正常工作时检测和处理各种数据,实现对整个装置的控制和保护,应具备以下功能,测量和计算功能:检测和计算线路和电容器的电流、电压、有功 功率、 无功功率等;保护功能:包括过压、欠压、失压、过流、短路、缺相等保护,以保证设备的安全运行;控制执行功能:通过开关量输出驱动继电器,从而控制电容器投切;通信功能:通过现场总线或通信网络,向上位机或远方控制中心发送现场的各种运行参数和工作状态,同时接受上位机或控制中心下传的数据和命令,对现场设备进行监控;人机交互功能:由键盘和显示器配合完成,可通过键盘把参数定值、功能设置等输入控制器,控制器按设定信息工作,并将参数设置、运行结果等显示。根据上述功能要求,控制器的硬件电路在功能结构上可分成几个模块,如图4所示。

信号调理和数据采集模块是被测现场参量的入口通道,也是把被测现场参量转化成可与中央控制模块接口的信息功能部件,本文采用智能电表芯片CS5460A进行数据采集。中央控制模块是智能控制器的核心模块,负责处理和分析现场运行参量,给出操作命令,由AT89C55单片机及必要的外围电路元件组成。开关量输出模块接收中央控制模块输出的命令,完成对电容器的操作控制。通信模块是实现网络功能的关键,用以完成现场装置与上位机之间各类信息的交换。人机交互模块是完成就地设置功能参数和检测运行状态的重要环节。

本研究结合工程实际,成功研制了DWK型户外高压无功自动补偿装置。该装置将一次和二次元件集成于户外箱体内,安装维护方便。采用电压无功综合控制策略,可根据负荷变化自动调整补偿容量,有效地提高配电网 功率因数,减少线路电能损耗,改善电压质量,提高供电能力,增强电网稳定裕度。开发专用控制器,可靠保证了整个装置控制与保护功能的实现。该装置目前已在部分地区电网运行使用,取得了较好的效果。

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