专利名称：一种潜式串联电容器补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统灵活交流输电领域，具体涉及一种电力系统的潜式串联电容器补偿装置。
背景技术：
串联电容器补偿装置是将电容器组串联于交流输电线路中，用于补偿交流输电线路的部分感性阻抗，从而达到增加线路的输送容量、提高系统的稳定性、节约投资等目的。 在远距离、大容量输电系统中，随着输电距离的增加，输电线路的输送能力受到越来越多的限制。串补是解决这个问题，提高输电线路输送能力的重要手段之一，具有非常巨大的经济价值，已经在世界各国电力系统中获得广泛的应用。按照补偿阻抗值的固定不变或可以调节，串补装置可分为固定串补(FSC)和可控串补(TCSC)，其中固定串补结构原理图如图7所示。可控串补是通过电力电子的手段实现对串联等值基波阻抗的动态控制，使整个输电线路的参数可动态调节。系统正常运行时，常规的串补装置是投入在输电线路中的，用以补偿输电线路的部分感抗。当发生区外故障时，串联电容器组通常不允许被旁路。当发生区内故障时，通常允许串联电容器组被旁路，系统故障清除后，可根据预定的串联电容器重投逻辑，重新投入。当输电网络中装设常规串补装置时，电气系统中的次同步频率有可能与机械系统中的自然扭转频率互补，产生次同步谐振(SSR)，谐振会产生一个放大的力矩，从而造成发电机大轴的损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种潜式串联电容器补偿装置LSC(Latent Series Compensation)，简称潜式串补，该潜式串补一方面提高了系统的暂态稳定性，优化沿线电压分布；另一方面也清除了次同步谐振SSR的风险，该潜式串补装置可单独使用，也可与常规串补配合使用。本发明的目的是采用下述技术方案实现的一种潜式串联电容器补偿装置，所述装置包括电容器组C、过电压保护装置、阻尼装置D和旁路断路器S，其改进之处在于，所述电容器组C与阻尼装置D串联后与过电压保护装置和旁路断路器S并联；在电力系统正常运行时，所述的潜式串补装置不投入所述电力系统中，即潜式串补装置处于旁路状态；当所述电力系统发生故障时，根据不同的故障类型，采用不同的动作方式投入串补，经过一定时间后再将所述潜式串补装置退出。本发明提供的一种优选的技术方案是所述电容器组C包括至少两个串联或并联的电容器。本发明提供的第二优选的技术方案是所述过电压保护装置包括单间隙、双间隙、金属氧化物限压器M0V、可控硅T或MOV-间隙组合。本发明提供的第三优选的技术方案是所述阻尼装置D包括阻尼电抗、阻尼电阻和金属氧化物限压器MOV或小火花间隙G’。本发明提供的第四优选的技术方案是所述双间隙包括火花间隙G1、旁路断路器 Sl和火花间隙G2 ；所述旁路断路器Sl和火花间隙G2串联后再与火花间隙Gl并联。本发明提供的第五优选的技术方案是所述可控硅T包括反并联的可控硅。本发明提供的第六优选的技术方案是所述MOV-间隙包括并联的金属氧化物限压器MOV和火花间隙G。本发明提供的第七优选的技术方案是所述故障类型包括区内故障和区外故障； 所述动作方式包括发生区内故障时的动作和发生区外故障时的动作。本发明提供的第八优选的技术方案是为所述潜式串补引入故障识别功能，所述故障识别功能采用潜式串补装置所在线路的线路电流相关信号、所在线路靠近潜式串补装置端的线路断路器开合状态信号和相邻线路靠近潜式串补装置端的线路断路器开合状态信号来判断是否投入所述潜式串补装置；所述故障识别包括如下步骤第一步判断线路是否发生短路故障如果潜式串补装置所在线路电流瞬时值大于设定值或者线路电流斜率大于设定值且线路电流瞬时值大于设定值，则判断出线路发生短路故障，解开潜式串补装置的旁路断路器闭锁，但保持旁路断路器闭合；第二步，判断短路故障是区内故障还是区外故障如果潜式串补装置所在线路断路器动作并断开，则判断出短路故障为区内故障； 如果潜式串补装置相邻线路断路器动作并断开，则判断出短路故障为区外故障。第三步潜式串补装置动作a.如区内故障，则按下面方式操作潜式串补装置如果潜式串补装置所在线路的一相断路器跳开，则发出区内单相故障告警，并打开潜式串补装置的另外两相旁路断路器，将非故障相潜式串补装置投入线路，经过一定的时间后再次将潜式串补装置旁路退出，并闭锁；如果潜式串补装置所在线路的三相断路器跳开，则发出区内多相故障告警，潜式串补旁路断路器保持闭合不动并闭锁；b.如区外故障，则按下面方式操作潜式串补装置如果潜式串补装置相邻线路的一相断路器跳开，则发出区外单相故障告警，潜式串补装置的旁路断路器保持闭合不动并闭锁；如果潜式串补装置相邻线路的两相或三相断路器跳开，则发出区外多相故障告警，并打开潜式串补三相旁路断路器，将潜式串补三相全部投入线路，经过一定的时间后再次将潜式串补装置的旁路断路器闭合，并闭锁，此时潜式串补装置退出。与现有技术相比，本发明达到的有益效果是1、本发明设计的潜式串补主电路结构明晰，所选设备均为常规设备，可采用常规串补的基本结构，不增加设备成本及制造难度。2、本发明设计的潜式串补投入时间短，适应多种运行方式，设备利用时间短，设备的可靠性较高，稳态运行损耗小。
3、本发明设计的潜式串补可减小功角特性的加速面积，加快系统稳定速度，提高系统的暂态稳定水平，同时可优化沿线电压分布。4、在相同的补偿度下，金属氧化物限压器MOV的容量低于固定串补。5、本发明设计的潜式串补可以消除高串补度下系统出现次同步谐振SSR的风险。
图1是依据本发明的潜式串补装置的典型主电路结构示意图；图2是依据本发明的单间隙过电压保护方式下的潜式串补结构原理图；图3是依据本发明的双间隙过电压保护方式下的潜式串补结构原理图；图4是依据本发明的MOV过电压保护方式下的潜式串补结构原理图；图5是依据本发明的可控硅过电压保护方式下的潜式串补结构原理图；图6是依据本发明的MOV-间隙组合过电压保护方式下的潜式串补结构原理图；图7是MOV+间隙保护的固定串补典型结构原理图；图8是依据本发明的某潜式串补的等值系统图；图9是依据本发明的判断短路故逻辑框图；图10是依据本发明的区内单相故障潜式串补动作逻辑框图；图11是依据本发明的区内多相故障潜式串补动作逻辑框图；图12是依据本发明的区外单相故障潜式串补动作逻辑框图；图13是依据本发明的区外多相故障潜式串补动作逻辑框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步的详细说明。图1为本发明潜式串补装置的主电路结构示意图，其中，Line为潜式串补装置所在线路；C为串联或并联的电容器组；MOV为金属氧化物限压器，用于保护电容器组C ;G为火花间隙，用于保护电容器组C和MOV ;S为旁路断路器，用于潜式串补装置的投入和退出操作；D为阻尼装置。阻尼装置D与电容器组C串联连接，系统正常运行时，旁路断路器S处于合闸位置，阻尼装置D不接入线路。阻尼装置D包括阻尼电抗、阻尼电阻和金属氧化物限压器MOV或小火花间隙G’。在系统对线路输送能力和系统稳定水平有较高要求时，采用MOV保护方式有利于满足相应的要求。在短路电流较大时，考虑MOV经济性可并联装设保护间隙，若系统短路电流不大则可不装设保护间隙。应根据串补所在线路的输送能力和系统稳定水平的要求选择合适的过电压保护方式，形成的各种潜式串补的过电压保护装置的基本结构如图2-图6所示。其中，图2为单间隙过电压保护方式，图3为双间隙过电压保护方式，图4为MOV过电压保护方式，图5为可控硅过电压保护方式，图6为MOV-间隙组合过电压保护方式。图7所示为MOV+间隙保护的固定串补典型结构。将图1与图7比较，不难得出潜式串补与固定串补结构上的差异主要在阻尼装置的位置。固定串补的阻尼装置D与火花间隙G及旁路断路器S串联后再与电容器并联；而潜式串补则是将阻尼装置D与电容器C串联后再与火花间隙G和旁路断路器S并联。潜式串补采用这种结构是由其运行特性决定的，潜式串补在系统正常运行时，旁路断路器S处于合闸位置，只在系统发生故障后才投入。如果阻尼装置D采用固定串补的接线方式，那么在系统正常运行时，阻尼装置D都串联在线路中，相当于在线路中增加了阻抗，既增加了系统的损耗，对系统稳定运行不利，又带来噪声等问题。以下结合实施例和图1所示的MOV+间隙保护的潜式串补典型结构对本发明做进一步详细阐述。下面详细讲述区内及区外故障发生时，本发明提供的潜式串补的运行方式1、区内故障区内发生单相短路故障时，故障线路跳开后，潜式串补非故障相投入，故障相仍保持旁路。潜式串补投入后经过一定时间(大于系统重投时间，推荐运行时间为1. 以上， 但不超过2s)，当系统重新进入稳定后，再将潜式串补退出。区内发生两相或三相短路故障时，潜式串补保持旁路不动作。2、区外故障区外发生单相故障时，潜式串补保持旁路不动作。区外发生两相或三相短路故障时，故障线路跳开后，潜式串补三相均投入。潜式串补投入经过一定时间(大于系统重投时间，推荐运行时间为1. 以上，但不超过2s)，当系统重新进入稳定后，再将串补退出。图8所示为本发明某潜式串补等值系统图，潜式串补LSC^LSC2装设在线路BL-CL 双回线母线BL侧，ΒΑ_Β1、 _αΑ等表示线路断路器，F1/F2/F3分别表示线路发生单相短路、两相短路和三相短路故障。其中，潜式串补LSC所在线路发生故障为区内故障，相邻线路或者双回线的另一回发生故障都称为区外故障。以串补LSCdt为研究对象，LSC1所在BL-CL线路故障为区内故障。LSC2所在BL-CL线路故障或者AL-BL线路故障为区外故障。为了使潜式串补更快、更好地识别区内、区外故障，分辨故障位置的远近，在适当的时候投入使用，潜式串补引入故障识别功能。故障识别功能采用潜式串补所在线路的线路电流相关信号+所在线路靠近串补端的线路断路器开合状态信号+相邻线路靠近串补端的线路断路器开合状态信号来判断是否投入串补。具体的故障识别分三步进行第一步判断线路发生短路故障如果潜式串补所在线路电流瞬时值大于设定值或者线路电流斜率大于设定值且线路电流瞬时值大于设定值，则判断出线路发生短路故障，解开潜式串补旁路断路器闭锁， 但保持旁路断路器闭合，所述的设定值为一个高于线路额定电流的值，防止潜式串补在系统正常运行时误动作，判断短路故障逻辑框图如图9所示。第二步，判断短路故障是区内故障还是区外故障如果潜式串补所在线路断路器动作并断开，则判断出短路故障为区内故障；如果潜式串补相邻线路断路器动作并断开，则判断出短路故障为区外故障。第三步潜式串补动作a、如果是短路故障是区内故障，则按下面方式操作潜式串补如果潜式串补所在线路的一相断路器跳开，则发出区内单相故障告警，并打开潜式串补的另外两相旁路断路器，将非故障相潜式串补投入线路，用于提高系统稳定性，经过设定的时间(推荐时间为1. 2s)后再次将潜式串补旁路退出，并闭锁，区内单相故障潜式串补动作逻辑框图如图10所示。
7
如果潜式串补所在线路的三相断路器跳开，则发出区内多相故障告警，潜式串补旁路断路器保持闭合不动并闭锁，区内多相故障潜式串补动作逻辑框图如图11所示。b、如果短路故障是区外故障，则按下面方式操作潜式串补如果某相邻线路的一相断路器跳开，则发出区外单相故障告警，潜式串补旁路断路器保持闭合不动并闭锁，区外单相故障潜式串补动作逻辑框图如图12所示。如果此相邻线路的两相或三相断路器跳开，则发出区外多相故障告警，并打开潜式串补三相旁路断路器，将潜式串补三相全部投入线路，用于提高系统稳定性。经过设定的时间(推荐时间为1.2s)后再次将潜式串补旁路断路器闭合，并闭锁，此时潜式串补退出， 区外多相故障潜式串补动作逻辑框图如图13所示。综上所述，本发明提供的潜式串补装置运行方式与常规串补不同电力系统正常运行时，潜式串补装置不投入(即潜式串补处于旁路状态)；当短路故障发生时，潜式串补装置检测出短路故障，并根据不同的故障类型，采用不同的方式投入到线路中，经过一定的时间(大于系统重投时间，推荐运行时间为1. 2s以上，但不超过2s)后再将潜式串补旁路。当系统发生故障且故障线路跳开后，非故障线路的串联电容器组投入线路，减小了线路电抗，增大了电磁功率，使电磁功率与原动机功率的差值变小，减小功角特性加速面积，加快系统受大扰动后的稳定速度，提高系统的暂态稳定性，过了一定时间(大于系统重投时间，推荐运行时间为1. 2s以上，但不超过2s)后，非故障线路的潜式串补电容器组被旁路，潜式串补退出。当系统正常运行时，潜式串补处于旁路状态，仅在短路故障发生并跳开线路后，才投入很短的一段时间(不超过，在将系统拉入同步后又被旁路，而系统需要经过一定时间的积累才会产生SSR，这个时间短则2-3s，长则6-8s。该潜式串补一方面提高了系统的暂态稳定性，优化沿线电压分布；另一方面也清除了次同步谐振SSR的风险，该潜式串补可单独使用，也可与常规串补配合使用。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式
进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种潜式串联电容器补偿装置，所述装置包括电容器组C、过电压保护装置、阻尼装置D和旁路断路器S，其特征在于，所述电容器组C与阻尼装置D串联后与过电压保护装置和旁路断路器S并联；在电力系统正常运行时，所述的潜式串补装置不投入所述电力系统中，即潜式串补装置处于旁路状态；当所述电力系统发生故障时，根据不同的故障类型，采用不同的动作方式投入串补，经过一定时间后再将所述潜式串补装置退出。
2.如权利要求1所述的潜式串联电容器补偿装置，其特征在于，所述电容器组C包括至少两个串联或并联的电容器。
3.如权利要求1所述的潜式串联电容器补偿装置，其特征在于，所述过电压保护装置包括单间隙、双间隙、金属氧化物限压器M0V、可控硅T或MOV-间隙组合。
4.如权利要求1所述的潜式串联电容器补偿装置，其特征在于，所述阻尼装置D包括阻尼电抗、阻尼电阻和金属氧化物限压器MOV或小火花间隙G’。
5.如权利要求3所述的潜式串联电容器补偿装置，其特征在于，所述双间隙包括火花间隙G1、旁路断路器Sl和火花间隙G2 ；所述旁路断路器Sl和火花间隙G2串联后再与火花间隙Gl并联。
6.如权利要求3所述的潜式串联电容器补偿装置，其特征在于，所述可控硅T包括反并联的可控硅。
7.如权利要求3所述的潜式串联电容器补偿装置，其特征在于，所述MOV-间隙包括并联的金属氧化物限压器MOV和火花间隙G。
8.如权利要求1所述的潜式串联电容器补偿装置，其特征在于，所述故障类型包括区内故障和区外故障；所述动作方式包括发生区内故障时的动作和发生区外故障时的动作。
9.如权利要求8所述的潜式串联电容器补偿装置，其特征在于，为所述潜式串补引入故障识别功能，所述故障识别功能采用潜式串补装置所在线路的线路电流相关信号、所在线路靠近潜式串补装置端的线路断路器开合状态信号和相邻线路靠近潜式串补装置端的线路断路器开合状态信号来判断是否投入所述潜式串补装置；所述故障识别包括如下步骤第一步判断线路是否发生短路故障如果潜式串补装置所在线路电流瞬时值大于设定值或者线路电流斜率大于设定值且线路电流瞬时值大于设定值，则判断出线路发生短路故障，解开潜式串补装置的旁路断路器闭锁，但保持旁路断路器闭合；第二步，判断是区内故障还是区外故障如果潜式串补装置所在线路断路器动作并断开，则判断出短路故障为区内故障；如果潜式串补装置相邻线路断路器动作并断开，则判断出短路故障为区外故障。第三步潜式串补装置动作a.如区内故障，则按下面方式操作潜式串补装置如果潜式串补装置所在线路的一相断路器跳开，则发出区内单相故障告警，并打开潜式串补装置的另外两相旁路断路器，将非故障相潜式串补装置投入线路，经过一定的时间后再次将潜式串补装置旁路退出，并闭锁；如果潜式串补装置所在线路的三相断路器跳开，则发出区内多相故障告警，潜式串补旁路断路器保持闭合不动并闭锁；b.如区外故障，则按下面方式操作潜式串补装置如果潜式串补装置相邻线路的一相断路器跳开，则发出区外单相故障告警，潜式串补装置的旁路断路器保持闭合不动并闭锁；如果潜式串补装置相邻线路的两相或三相断路器跳开，则发出区外多相故障告警，并打开潜式串补三相旁路断路器，将潜式串补三相全部投入线路，经过一定的时间后再次将潜式串补装置的旁路断路器闭合，并闭锁，此时潜式串补装置退出。
全文摘要
本发明属于电力系统灵活交流输电领域，具体涉及一种电力系统的潜式串联电容器补偿装置，该装置包括电容器组、过电压保护装置、阻尼装置和旁路断路器，电容器组与阻尼装置串联后与过电压保护装置和旁路断路器并联。系统正常运行时，潜式串补装置不投入，即潜式串补处于旁路状态；当短路故障发生时，潜式串补装置检测出短路故障，并根据不同的故障类型，采用不同的方式投入到线路中，经过一定的时间后再将潜式串补旁路。该潜式串补一方面提高了系统的暂态稳定性，优化沿线电压分布；另一方面也清除了次同步谐振SSR的风险，该潜式串补可单独使用，也可与常规串补配合使用。
文档编号H02J3/18GK102437582SQ20111044045
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者戴朝波, 武守远, 石泽京, 金雪芬 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞科技有限公司