一種潛式串聯電容器補償裝置的制作方法

專利名稱：一種潛式串聯電容器補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力系統靈活交流輸電領域，具體涉及ー種電カ系統的潛式串聯電容器補償裝置。
背景技術：
串聯電容器補償裝置是將電容器組串聯于交流輸電線路中，用于補償交流輸電線路的部分感性阻杭，從而達到增加線路的輸送容量、提高系統的穩定性、節約投資等目的。在遠距離、大容量輸電系統中，隨著輸電距離的増加，輸電線路的輸送能力受到越來越多的 限制。串補是解決這個問題，提高輸電線路輸送能力的重要手段之一，具有非常巨大的經濟價值，已經在世界各國電カ系統中獲得廣泛的應用。按照補償阻抗值的固定不變或可以調節，串補裝置可分為固定串補(FSC)和可控串補(TCSC)，其中固定串補結構原理圖如圖7所示。可控串補是通過電カ電子的手段實現對串聯等值基波阻抗的動態控制，使整個輸電線路的參數可動態調節。系統正常運行時，常規的串補裝置是投入在輸電線路中的，用以補償輸電線路的部分感抗。當發生區外故障時，串聯電容器組通常不允許被旁路。當發生區內故障時，通常允許串聯電容器組被旁路，系統故障清除后，可根據預定的串聯電容器重投邏輯，重新投入。當輸電網絡中裝設常規串補裝置時，電氣系統中的次同步頻率有可能與機械系統中的自然扭轉頻率互補，產生次同步諧振(SSR)，諧振會產生ー個放大的カ矩，從而造成發電機大軸的損壞。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種潛式串聯電容器補償裝置LSC(Latent SeriesCompensation),簡稱潛式串補,該潛式串補一方面提高了系統的暫態穩定性,優化沿線電壓分布；另一方面也清除了次同步諧振SSR的風險，該潛式串補裝置可単獨使用，也可與常規串補配合使用。本實用新型的目的是采用下述技術方案實現的一種潛式串聯電容器補償裝置，所述裝置包括電容器組C、過電壓保護裝置、阻尼裝置D和旁路斷路器S，其改進之處在于，所述電容器組C與阻尼裝置D串聯后與過電壓保護裝置和旁路斷路器S并聯。本實用新型提供的一種優選的技術方案是所述電容器組C包括至少兩個串聯或并聯的電容器。本實用新型提供的第二優選的技術方案是所述過電壓保護裝置包括單間隙、雙間隙、金屬氧化物限壓器MOV、可控硅T或MOV-間隙組合。本發明提供的第三優選的技術方案是所述阻尼裝置D包括阻尼電抗、阻尼電阻和金屬氧化物限壓器MOV或小火花間隙G’。本實用新型提供的第四優選的技術方案是所述雙間隙包括火花間隙G1、旁路斷路器SI和火花間隙G2 ;所述旁路斷路器SI和火花間隙G2串聯后再與火花間隙Gl并聯。本實用新型提供的第五優選的技術方案是所述可控硅T包括反并聯的可控硅。本實用新型提供的第六優選的技術方案是所述MOV-間隙包括并聯的金屬氧化物限壓器MOV和火花間隙G。與現有技術相比，本實用新型達到的有益效果是I、本實用新型設計的潛式串補主電路結構明晰，所選設備均為常規設備，可采用常規串補的基本結構，不增加設備成本及制造難度。2、本實用新型設計的潛式串補投入時間短，適應多種運行方式，設備利用時間短，設備的可靠性較高，穩態運行損耗小。3、本實用新型設計的潛式串補可減小功角特性的加速面積，加快系統穩定速度，提高系統的暫態穩定水平，同時可優化沿線電壓分布。4、在相同的補償度下，金屬氧化物限壓器MOV的容量低于固定串補。5、本實用新型設計的潛式串補可以消除高串補度下系統出現次同步諧振SSR的風險。

圖I是依據本實用新型的潛式串補裝置的典型主電路結構示意圖；圖2是依據本實用新型的單間隙過電壓保護方式下的潛式串補結構原理圖；圖3是依據本實用新型的雙間隙過電壓保護方式下的潛式串補結構原理圖；圖4是依據本實用新型的MOV過電壓保護方式下的潛式串補結構原理圖；圖5是依據本實用新型的可控硅過電壓保護方式下的潛式串補結構原理圖；圖6是依據本實用新型的MOV-間隙組合過電壓保護方式下的潛式串補結構原理圖；圖7是MOV+間隙保護的固定串補典型結構原理圖；圖8是依據本實用新型的某潛式串補的等值系統圖；圖9是依據本實用新型的判斷短路故邏輯框圖；圖10是依據本實用新型的區內單相故障潛式串補動作邏輯框圖；圖11是依據本實用新型的區內多相故障潛式串補動作邏輯框圖；圖12是依據本實用新型的區外單相故障潛式串補動作邏輯框圖；圖13是依據本實用新型的區外多相故障潛式串補動作邏輯框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做進一步的詳細說明。圖I為本實用新型潛式串補裝置的主電路結構示意圖，其中，Line為潛式串補裝置所在線路；C為串聯電容器組;M0V為金屬氧化物限壓器，用于保護電容器組C ；G為火 花間隙，用于保護電容器組C和MOV ；S為旁路斷路器，用于潛式串補裝置的投入和退出操作；D為阻尼裝置。阻尼裝置D與電容器組C串聯連接，系統正常運行時，旁路斷路器S處于合閘位置，阻尼裝置D不接入線路。阻尼裝置D包括阻尼電抗、阻尼電阻和金屬氧化物限壓器MOV或小火花間隙G’。[0036]在系統對線路輸送能力和系統穩定水平有較高要求時，采用MOV保護方式有利于滿足相應的要求。在短路電流較大時，考慮MOV經濟性可并聯裝設保護間隙，若系統短路電流不大則可不裝設保護間隙。應根據串補所在線路的輸送能力和系統穩定水平的要求選擇合適的過電壓保護方式，形成的各種潛式串補的過電壓保護裝置的基本結構如圖2-圖6所示。其中，圖2為單間隙過電壓保護方式，圖3為雙間隙過電壓保護方式，圖4為MOV過電壓保護方式，圖5為可控硅過電壓保護方式，圖6為MOV-間隙組合過電壓保護方式。圖7所示為MOV+間隙保護的固定串補典型結構。將圖I與圖7比較，不難得出潛式串補與固定串補結構上的差異主要在阻尼裝置的位置。固定串補的阻尼裝置D與火花間隙G及旁路斷路器S串聯后再與電容器并聯；而潛式串補則是將阻尼裝置D與電容器C串聯后再與火花間隙G和旁路斷路器S并聯。潛式串補采用這種結構是由其運行特性決定的，潛式串補在系統正常運行時，旁路斷路器S處于合閘位置，只在系統發生故障后才投入。如果阻尼裝置D采用固定串補的接線方式，那么 在系統正常運行時，阻尼裝置D都串聯在線路中，相當于在線路中增加了阻抗，既增加了系統的損耗，對系統穩定運行不利，又帶來噪聲等問題。以下結合實施例和圖I所示的MOV+間隙保護的潛式串補典型結構對本實用新型做進一步詳細闡述。下面詳細講述區內及區外故障發生時，本實用新型提供的潛式串補的運行方式I、區內故障區內發生單相短路故障時，故障線路跳開后，潛式串補非故障相投入，故障相仍保持旁路。潛式串補投入后經過一定時間(大于系統重投時間，推薦運行時間為1.2s以上，但不超過2s)，當系統重新進入穩定后，再將潛式串補退出。區內發生兩相或三相短路故障時，潛式串補保持旁路不動作。2、區外故障區外發生單相故障時，潛式串補保持旁路不動作。區外發生兩相或三相短路故障時，故障線路跳開后，潛式串補三相均投入。潛式串補投入經過一定時間(大于系統重投時間，推薦運行時間為I. 2s以上，但不超過2s)，當系統重新進入穩定后，再將串補退出。圖8所示為本實用新型某潛式串補等值系統圖，潛式串補LSQ、LSC2裝設在線路BL-CL雙回線母線BL側，Ba_b1、Bb_c1a等表示線路斷路器，F1/F2/F3分別表示線路發生單相短路、兩相短路和三相短路故障。其中，潛式串補LSC所在線路發生故障為區內故障，相鄰線路或者雙回線的另一回發生故障都稱為區外故障。以串補LSCdt為研究對象，LSC1所在BL-CL線路故障為區內故障。LSC2所在BL-CL線路故障或者AL-BL線路故障為區外故障。為了使潛式串補更快、更好地識別區內、區外故障，分辨故障位置的遠近，在適當的時候投入使用，潛式串補引入故障識別功能。故障識別功能采用潛式串補所在線路的線路電流相關信號+所在線路靠近串補端的線路斷路器開合狀態信號+相鄰線路靠近串補端的線路斷路器開合狀態信號來判斷是否投入串補。具體的故障識別分三步進行第一步判斷線路發生短路故障如果潛式串補所在線路電流瞬時值大于設定值或者線路電流斜率大于設定值且線路電流瞬時值大于設定值，則判斷出線路發生短路故障，解開潛式串補旁路斷路器閉鎖，但保持旁路斷路器閉合，所述的設定值為一個高于線路額定電流的值，防止潛式串補在系統正常運行時誤動作，判斷短路故障邏輯框圖如圖9所示。第二步，判斷短路故障是區內故障還是區外故障如果潛式串補所在線路斷路器動作并斷開，則判斷出短路故障為區內故障；如果潛式串補相鄰線路斷路器動作并斷開，則判斷出短路故障為區外故障。第三步潛式串補動作a、如果是短路故障是區內故障，則按下面方式操作潛式串補如果潛式串補所在線路的一相斷路器跳開，則發出區內單相故障告警，并打開潛式串補的另外兩相旁路斷路器，將非故障相潛式串補投入線路，用于提高系統穩定性，經過設定的時間(推薦時間為I. 2s)后再次將潛式串補旁路退出，并閉鎖，區內單相故障潛式串補動作邏輯框圖如圖10所示。如果潛式串補所在線路的三相斷路器跳開，則發出區內多相故障告警，潛式串補旁路斷路器保持閉合不動并閉鎖，區內多相故障潛式串補動作邏輯框圖如圖11所示。b、如果短路故障是區外故障，則按下面方式操作潛式串補如果某相鄰線路的一相斷路器跳開，則發出區外單相故障告警，潛式串補旁路斷路器保持閉合不動并閉鎖，區外單相故障潛式串補動作邏輯框圖如圖12所示。如果此相鄰線路的兩相或三相斷路器跳開，則發出區外多相故障告警，并打開潛式串補三相旁路斷路器，將潛式串補三相全部投入線路，用于提高系統穩定性。經過設定的時間(推薦時間為1.2s)后再次將潛式串補旁路斷路器閉合，并閉鎖，此時潛式串補退出，區外多相故障潛式串補動作邏輯框圖如圖13所示。綜上所述，本實用新型提供的潛式串補裝置運行方式與常規串補不同系統正常運行時，潛式串補裝置不投入(即潛式串補處于旁路狀態)；當短路故障發生時，潛式串補裝置檢測出短路故障，并根據不同的故障類型，采用不同的方式投入到線路中，經過一定的時間(大于系統重投時間，推薦運行時間為I. 2S以上，但不超過2s)后再將潛式串補旁路。當系統發生故障且故障線路跳開后，非故障線路的串聯電容器組投入線路，減小了線路電抗，增大了電磁功率，使電磁功率與原動機功率的差值變小，減小功角特性加速面積，加快系統受大擾動后的穩定速度，提高系統的暫態穩定性，過了一定時間(大于系統重投時間，推薦運行時間為I. 2s以上，但不超過2s)后，非故障線路的潛式串補電容器組被旁路，潛式串補退出。當系統正常運行時，潛式串補處于旁路狀態，僅在短路故障發生并跳開線路后，才投入很短的一段時間(不超過2s)，在將系統拉入同步后又被旁路，而系統需要經過一定時間的積累才會產生SSR，這個時間短則2-3s，長則6-8s。該潛式串補一方面提高了系統的暫態穩定性，優化沿線電壓分布；另一方面也清除了次同步諧振SSR的風險，該潛式串補可單獨使用，也可與常規串補配合使用。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其保護范圍的限制，盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解本領域技術人員閱讀本實用新型后依然可對申請的具體實施方式
進行種種變更、修改或者等同替換，這些變更、修改或者等同替換，其均在其申請待批的權利要求范圍之內。
權利要求1.ー種潛式串聯電容器補償裝置，所述裝置包括電容器組C、過電壓保護裝置、阻尼裝置D和旁路斷路器S，其特征在于，所述電容器組C與阻尼裝置D串聯后與過電壓保護裝置和旁路斷路器S并聯。
2.如權利要求I所述的潛式串聯電容器補償裝置，其特征在干，所述電容器組C包括至少兩個串聯或并聯的電容器。
3.如權利要求I所述的潛式串聯電容器補償裝置，其特征在于，所述過電壓保護裝置包括單間隙、雙間隙、金屬氧化物限壓器MOV、可控硅T或MOV-間隙組合。
4.如權利要求I所述的潛式串聯電容器補償裝置，其特征在于，所述阻尼裝置D包括阻尼電抗、阻尼電阻和金屬氧化物限壓器MOV或小火花間隙G’。
5.如權利要求3所述的潛式串聯電容器補償裝置，其特征在于，所述雙間隙包括火花 間隙G1、旁路斷路器SI和火花間隙G2 ;所述旁路斷路器SI和火花間隙G2串聯后再與火花間隙Gl并聯。
6.如權利要求3所述的潛式串聯電容器補償裝置，其特征在于，所述可控硅T包括反并聯的可控硅。
7.如權利要求3所述的潛式串聯電容器補償裝置，其特征在于，所述MOV-間隙包括并聯的金屬氧化物限壓器MOV和火花間隙G。
專利摘要本實用新型屬于電力系統靈活交流輸電領域，具體涉及一種電力系統的潛式串聯電容器補償裝置，該裝置包括電容器組、過電壓保護裝置、阻尼裝置和旁路斷路器，電容器組與阻尼裝置串聯后與過電壓保護裝置和旁路斷路器并聯。系統正常運行時，潛式串補裝置不投入，即潛式串補處于旁路狀態；當短路故障發生時，潛式串補裝置檢測出短路故障，并根據不同的故障類型，采用不同的方式投入到線路中，經過一定的時間后再將潛式串補旁路。該潛式串補一方面提高了系統的暫態穩定性，優化沿線電壓分布；另一方面也清除了次同步諧振SSR的風險，該潛式串補可單獨使用，也可與常規串補配合使用。
文檔編號H02J3/18GK202424185SQ20112055056
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者戴朝波, 武守遠, 石澤京, 金雪芬 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司