专利名称：一种“3/2”式桥差电力电容器装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力系统领域的电容器装置，具体涉及一种式桥差电力电容器装置。
背景技术：
随着电力电容器装置在超、特高压输电线路中的推广应用，对电容器组的额定电压、额定电流及单组容量要求不断提高的同时也对大型电容器组的安全可靠性提出了更高的要求。外熔丝电容器由于其灭弧结构简单、安装要求高、运行稳定性差、寿命短等缺点， 在500kV变电站大型电容器组中已停止使用。无熔丝电容器通常为了降低完好元件因过压而损坏的概率，要求内部元件串联数较多，单台电容器额定电压往往较高。在整组和单台电容器容量都不变的条件下，单台电容器的额定电压越高，电容器组中电容器的串联台数就越少、每串段并联台数越多。由此产生了每串段并联台数超过耐爆破能量允许极限的安全隐患，这与大型电容器组的极高的安全要求相冲突。同时，无熔丝电容器将单台电容器保护和电容器装置保护合二为一的保护方式，显然降低了保护的可靠性。另外，无熔丝电容器应用在大型串联电容器组中，因为一个元件的损坏，易造成完好元件串段过电压严重，导致切除整台电容器，容量损失较大。内熔丝电容器由于内熔丝开断的需要，单台电容器内部元件并联数要求较多，元件串联段数要求较少，单台电容器的额定电压自然较低。在整组和单台电容器容量都不变的条件下，单台电容器的额定电压越低，则电容器组中电容器的串联台数就越多，每串段并联台数可以大为减少。内熔丝电容器既摆脱了外熔丝的困扰，又避开了无熔丝电容器内部元件串联数大的特殊要求，是大型电容器组的最佳选择。目前，对于大容量电容器组(35kV 110^，601^虹及以上的电容器组)，均优先采用内熔丝保护+不平衡保护的保护配置方式。大容量的内熔丝电容器组，电容器台数很多， 电容器元件数更多，保护装置要在数万个元件中分辨出1 2个元件故障，需要选择适合的电容器组接线方式来建立高灵敏度、高可靠性的不平衡保护。内熔丝电容器组要求不平衡保护要在每一个电容器元件发生故障时灵敏地反应， 显然不适合选用高倍数变比的不平衡电压保护；双星不平衡保护容易误动，目前在500kV 变电站等大型电容器组中已停止使用。对于串联电容器组，因其直接按相串联在线路当中，不存在星形、三角形接线方式问题，且串补用电容器组由于条件限制不测量电压信号， 因此，串联电容器的不平衡保护一般为差电流保护。大型电容器组的差电流保护常见的有分支差流保护和H型桥式差流保护两大类，如图1所示。分支差流接线方式(如图1 (a)所示)为电容器组的每相为两条支路并联的结构， 不平衡电流为两个并联分支的电流互感器测量值之差。电容器组在正常状态下流过两条支路的电流之差趋于零。因此，分支接线方式通常更适合于一个电容器元件损坏导致不平衡电流有较大变化的无熔丝电容器。H型桥差接线(如图1(b)所示)是将电容器组的每相分成4个桥臂，电容器组在正常状态下流过电流互感器的平衡电流趋于零，该接线方式对于外熔丝、内熔丝、无熔丝的电容器均适合。两个H型桥差接线串联后可构成纵向双H型桥差接线(如图2(a)所示)，并联后可构成横向双H型桥差接线(如图2(b)所示)。在大型内熔丝电容器组的应用中，横向双 H型桥差接线方式较为常见。如图2所示，双H型桥差接线方式，是将每相的电容器组按两个电桥的要求布置，每个电桥有四个电容器桥臂，在每个电桥的中间电位处连接有电流互感器，电容器组在正常状态下流过各电流互感器的平衡电流趋于零。在整组和单台电容器容量都不变的条件下，横向双H桥差较单H型桥差接线的电容器组单臂的电容器并联台数减少，有效降低了因某台电容器发生故障、其余电容器向故障电容器放电时所释放储能的最大值，从而降低了电容器爆破的安全隐患；同时，横向双H桥和纵向双H桥，都可以通过有效减少一个桥形接线中的元件总数使整定值成倍提高或者说使初始不平衡电流成倍减少， 即通过缩小监控范围有效地提高了不平衡保护的灵敏度。对于大型内熔丝电容器组，电容器元件数很多，发生对称性故障的概率不可忽视。 通过加大电容检查频次的措施不但费时费力、消极被动，而且也与高压特大容量内熔丝电容器组的安全要求不相适应。目前，内熔丝电容器组不平衡保护按分段式整定，在跳间之前增设一级报警，一旦确定有内熔丝动作则动作于报警，迅速安排计划检修，一定程度上降低了发生对称性故障的概率。双H桥差较单H桥差接线，增加了一台电流互感器，缩小了电流互感器的监控范围，减小了发生对称故障的范围，从理论上讲也一定程度上降低了对称性故障的发生率。因此，在考虑提高电容器不平衡保护的灵敏度的同时，也可考虑将改善电容器组的接线方式做为一种对称故障发生的防范措施，以提高不平衡保护的可靠性。电容器组的初始不平衡电流直接决定着保护的灵敏度，它取决于系统电压不平衡程度、电容器的制造偏差以及电容器的温度特性。电容器的制造偏差可通过电容器组内部配平得以改善，但也会受到电流互感器测量精度的限制。由电容器温度特性产生的电容偏差主要取决于电容器组温度场的分布与变化。当不平衡电流的整定值无法躲过初始不平衡电流时，不平衡保护的频繁误动会降低电容器组的有效运行时间、增加维护成本，甚至严重影响到电容器组的正常运行。当对大型内熔丝串联电容器组按常规桥差进行分段式保护整定计算时，即使把电容偏差降至最低，也常会出现保护整定值无法通过初始不平衡校验的情况。在整定过程中，提高元件允许过电压倍数可以增大整定值，表面上看起来会减少不平衡保护误动的频率，似乎提高了不平衡保护的可靠性，其实质就是牺牲电容器更多的安全裕度，让内熔丝电容器组在更严酷的状态下继续运行。单H桥差较分支接线、双H桥差较单 H桥差接线实际上都是通过改变电容器组接线方式的方法来提高保护整定值，降低初始不平衡值。因此，电容器组接线方式的优选优化，直接决定着不平衡保护的可靠性及灵敏度。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种“ * ”式桥差电力电容器装置，该装置可有效降低
初始不平衡保护值、提高电容器不平衡保护整定值，且不会削弱耐爆能力和牺牲元件允许过电压倍数，同时缩小不平衡保护的监控范围，可降低对称性故障的发生率、提高识别电容器组电容器单元发生故障的能力、可实现部分桥臂的检测和保护的冗余、有利于缩短整个故障的处理时间，更大程度上提高不平衡保护的可靠性和灵敏度。本实用新型的目的采用下述技术方案予以实现一种“1”式桥差电力电容器装置，所述装置包括分相布置的至少一个电容器组；其改进之处在于，所述电容器组采用“1”个桥差接线；所述“1”个桥差接线为按照
“1”个电桥方式接线；所述“1”个电桥包括六个电容器桥臂；在所述电桥的中间电位处
连接有两个电流互感器；所述电容器组在正常状态下流过所述电流互感器的平衡电流趋于零。本实用新型提供的一种优选的技术方案是所述“ * ”个桥对应六个电容器桥臂； 所述两个电容器桥臂作为公用桥臂与另外四个桥臂分别构成两个电桥。本实用新型提供的第二优选的技术方案是所述“1”个桥采用横向或纵向两种
结构布置。本实用新型提供的第三优选的技术方案是所述“1”式桥差电力电容器可衍生为“寻+H”桥差电力电容器、+ 桥差电力电容器及χ 桥差电力电容器。本实用新型提供的第四优选的技术方案是所述“.+Η”桥差电力电容器由至少
一个纵向“1”桥与至少一个H型桥串联或至少一个横向“1”桥与至少一个H型桥并联构成。本实用新型提供的第五优选的技术方案是所述“Ι + *”桥差电力电容器由两
个纵向“1”桥差电容器组并联或两个横向“1”桥差电容器组串联构成；所述桥差电力电容器包括四台电流互感器。本实用新型提供的第六优选的技术方案是所述“1 xI ”桥差电力电容器包括 “1”个纵向“1”桥差电容器组；所述“1><1”桥差电力电容器包括四台电流互感器。本实用新型提供的第七优选的技术方案是所述“1”式桥差电力电容器可衍生
为纵向“NX2”矩阵型桥差电力电容器及横向“2XN”矩阵型桥差电力电容器；所述纵向 “NX2”矩阵型桥差电力电容器包括两条电容器组支路；所述每条支路有N组电容器组；所述纵向“NX2”矩阵型桥差电力电容器“N-1”台电流互感器；所述横向“2XN”矩阵型桥差电力电容器包括N条电容器组支路；所述每条支路有2组电容器组，所述横向“2XN”矩阵型桥差电力电容器包括“N-1 ”台电流互感器。[0022]本实用新型提供的第八优选的技术方案是所述“1 ”式桥差电力电容器可衍生
为“NXN”方阵型桥差电力电容器，所述“NXN”方阵型桥差电力电容器包括“NXN”组电容器组和“(N-I) X (N-I) ”台电流互感器。与现有技术相比，本实用新型达到的有益效果是1、本实用新型电容器组不平衡保护整定值提高、初始不平衡值降低，较传统的不平衡电流保护方式灵敏度更高；2、本实用新型电容器组不平衡保护接线方式，降低了对称故障的发生率、提高了识别电容器单元故障范围的能力、部分电容器桥臂实现了检测和保护的冗余，较传统的不平衡电流保护方式可靠性更强；3、本实用新型思路清晰、结构简明，应用范围广。
图1是现有技术中的分支接线和单H桥差电容器组的单相原理图；图2是现有技术中的双H桥差接线电容器组的单相原理图；图3是纵向“1”桥差电流保护接线电容器组的单相原理图；图4是横向“1”桥差电流保护接线电容器组的单相原理图；图5是“.+Η”型式的单个纵向“1”桥和单个H型桥串联接线电容器组的单相原理理理理理7
图6是“.+Η”型式单个横向“1”桥和单个H型桥并联接线电容器组的单相原
图7是“|+f ”型式的双纵向“|”桥并联接线电容器组的单相原理图； 图8是“Ι + *”型式的双横向“1”桥串联接线电容器组的单相原理图； 图9是桥差接线电容器组的单相原理图10是纵向“1”的纵向衍生型式的纵向“4X2”矩阵型接线电容器组的单相原图11是纵向“1”的纵向衍生型式的纵向“5X2”矩阵型接线电容器组的单相原图12是横向“1”的横向衍生型式的横向“2X4”矩阵型接线电容器组的单相原图13是横向“1”的横向衍生型式的横向“2X5”矩阵型接线电容器组的单相原理图；图14是“^"Χ^·”的高阶衍生型式的“4X4”方阵型接线电容器组的单相原理图；图15是横向“1”桥差接线电容器组的单相结构图；图16是横向“1 ”桥差接线电容器组的单相左侧视图；图17是横向“ * ”桥差接线电容器组的单相俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。“ I ”式桥差电力电容器装置，该装置包括分相布置的多个电容器组，其基本型式
有纵向“1”桥差，如图3所示和横向“1”桥差，如图4所示的两种电容器组接线方式。每
相的电容器组共有六个电容器桥臂，在每个电桥的中间电位处连接有电流互感器，电容器组在正常状态下流过两台电流互感器的平衡电流趋于零。与单H桥差接线相比，四个桥臂变成六个桥臂，且多一台电流互感器，在整组和单台电容器容量都不变的条件下，纵向“1”桥差和横向“1”桥差，都可以通过有效减少一个桥形接线中的元件总数降低初始不平衡电流，在降低误动可能性的同时提高保护的灵敏度。横向“1”桥差与单H桥差接线相比，要使这两种接线方式下的完好元件达到相同的过电压倍数和使电容器单元达到相同的过电压倍数，前者所需切除元件的数更多，即，在保证电容器允许过电压倍数不变前提下“1 ”式桥差接线方式下的不平衡保护的整定值更高。
另外，横向“1”桥差接线方式与单H桥差接线相比使电容器组单臂的电容器并联台数减
少，有效降低了因某台电容器发生故障、其余电容器向故障电容器放电时所释放储能的最大值，从而降低了电容器爆破的安全隐患。由于多增了一台电流互感器，对于纵向“1”桥差接线较单H桥差接线缩小了每
台电流互感器的监控范围，在每组对称桥臂同时发生故障的概率更低了 ；对于横向“1”桥
差接线，同时在一组对应三条桥臂上发生对称性故障的概率本身就很低，与双H桥差接线电容器相比，其识别电容器单元故障的能力更强。如图4所示，TAl动作，TA2不动作时，可以识别到在C2和C3两桥臂上同时发生同类型的故障，缩小了故障发生所在的范围，有利于缩短处理故障的总时间。如果再增设一级不平衡报警，可进一步弥补不平衡保护无法及时
识别对称性故障的缺陷，从而使得“1”桥差接线方式的不平衡保护在防范对称性故障方
面较其他传统的电容器接线方式的不平衡保护具有更高的可靠性。[0048]对于纵向“1”桥差接线，如图3示，C3和C4两个桥臂介于两台电流互感器之间，
故障一旦发生在C3或C4的桥臂上，两台电流互感器都能监测到，也即对于C3和C4两个桥
臂的保护是冗余的；对于横向“1”桥差接线，如图4示，C2和C5两个桥臂共同与两台电流
互感器分别连接，故障一旦发生在C2或C5的桥臂上，两台电流互感器都能监测到，也即对
于C2和C5两个桥臂的保护也是冗余的。因此，“1”桥差接线方式下，对于六臂中的其中
两臂的保护实现了冗余，较其他传统的电容器接线方式的电容器组保护的整体可靠性得到了进一步的提高。桥差接线方式有"|+H”、“| + |”、“|x|”、纵向“4”的纵向衍生、横向
“ ι ”的横向衍生、”的高阶衍生几类衍生型式。“i+H”型式为“1”接线方式与H型接线方式的组合型式，可以是多个纵向
“1”桥和多个H型桥的纵向组合，可以是多个横向“1”桥和多个H型桥的横向组合。图5
为单个纵向“1”桥和单个H型桥的串联接线方式，图6为单个横向“1”桥和单个H型桥的并联接线方式。“1 + 1”型式为多个纵向“1”桥的并联或多个横向“1”桥的串联。图7为双纵
向“1”桥并联的接线方式，图8为双横向“1”桥串联的接线方式。桥差接线为每相由I个桥差接线组成，如图9所示，图9是 "I χ I ”桥差接线电容器组的单相原理图。纵向“1”的纵向衍生型式由‘1\2”组电容器组、‘1_1”台电流互感器组成，共两
条支路，每条支路有N组电容器组。图10和图11分别为N = 4和N = 5时的两种接线方式，称纵向“4 X 2 ”矩阵型和纵向“ 5 X 2 ”矩阵型接线。横向“1 ”的横向衍生型式由“2 X N”组电容器组、“N-1，，台电流互感器组成，共N
条支路，每条支路有2组电容器组。图12和图13分别为N = 4和N = 5时的两种接线方式，称横向“ 2 X 4，，矩阵型和横向“ 2 X 5 ”矩阵型接线。"|x| ”的高阶衍生型式为‘W ”桥差接线的衍生型式，由‘‘NXN”组电容器
组、“ (N-I) X (N-I) ”台电流互感器组成。图14为N = 4时的“4X4”方阵型接线。为提高电容器组的灵敏度、可靠性及安全性，单纯靠增加电流互感器的台数及电容器的并联台数，会使维护变得十分复杂，并不实用。一般可根据电容器组的并联台数与3 或与4是否为整数倍的关系来选择以下两种较为实用的接线方式。[0057]电容器的并联台数为4的整数倍时，采用“1 + 1”型式里的一种桥差接线，即将两个纵向“1”桥差接线并联，每相的电容器组按两个“1”电桥的要求布置，如图7所示。
在整组和单台电容器容量都不变的条件下，“Ι + *”桥差接线较“1”桥差接线的电容器
组，每个单臂的电容器并联台数减少，有效降低了因某台电容器发生故障，其余电容器向故障电容器放电时所释放储能的最大值，降低了电容器爆破的安全隐患；同时，通过有效减少
一个桥形接线中的元件总数使整定值进一步提高、初始不平衡电流进一步减少，较“1 ”桥
差不平衡保护的灵敏度更高。电容器的并联台数为3的整数倍时，可采用“1x1”桥差接线，每相由*个
“1”桥差接线组成，如图9所示，即有九个电容器桥臂，在每个电桥的中间电位处连接有电
流互感器，电容器组在正常状态下流过四台电流互感器的平衡电流趋于零。在整组和单台
电容器容量都不变的条件下，“1x1”桥差接线较“1”桥差接线的电容器组，每个单臂
的电容器并联台数减少，有效降低了因某台电容器发生故障，其余电容器向故障电容器放电时所释放储能的最大值，降低了电容器爆破的安全隐患；同时，通过有效减少一个桥形接
线中的元件总数使整定值进一步提高、初始不平衡电流进一步减少，较“1”桥差不平衡保
护的灵敏度更高。如图7所示的“Ι + *”桥差接线相比，都需要4台电流互感器，耐爆水平
稍低一点，单臂台数稍多一点，保护的灵敏度略低点，但有C2、C4、C5、C6、C8这5条桥臂的电容器组的保护是冗余的，可靠性相对更高一点。实施例图15、16所示分别为单相16串48并串联电容器组的视图，对应于图4中横向 “1”桥差接线电容器组的单相原理图，其可通过以下方式实施 本实施例中的电容器组采用内熔丝电容器组。该相电容器组分为*个电桥、6条桥臂布置，形成六塔，每塔上布置一个桥臂，塔上支撑有底座支柱绝缘子，所述的桥臂布置在底座支柱绝缘子上。如图4所示，共有六条桥臂，电容器组C1、C2、C4、C5构成一个电桥，C2、C3、C5、C6 又构成另一个电桥，电容器组C2和C5构成的两个桥臂是所述两个电桥的公用桥臂。在每个电桥的中间电位处连接有电流互感器，电容器组在正常状态下流过各电流互感器的平衡电流趋于零。如图15、16、17所示，每塔布置四层电容器组，每层电容器组侧卧布置在热镀锌型钢台架上。如图17所示，左上塔的电容器组构成电容器组Cl，中上塔的电容器组构成电容器组C2，右上塔的电容器组构成电容器组C3 ；左下塔的电容器组构成电容器组C4，中下塔的电容器组构成电容器组C5，右下塔的电容器组构成电容器组C6。Cl、C2、C3塔的顶端共同与高压母线连接，通过各桥臂电容器组串并联形成的3条支路C1-C4，C2-C5，C3-C6，到达塔底；塔底的管母又连接着C4、C5、C6的塔底，通过各桥臂电容器组串并联形成的8条2并支路，到达C4、C5、C6的塔顶，与低压母线连接。在支路C1-C4和C2_C5、C2_C5和C3-C6支路之间的中间电位处分别连接不平衡电流检测用电流互感器TAl和TA2。支路C1-C4、支路 C2-C5及电流互感器TAl可形成一个电桥；支路C2-C5、支路C3-C6及电流互感器TA2可形成另一个电桥；支路C2-C5是两个电桥的公用支路。电流互感器TAl和TA2布置在每个塔的外侧。本实用新型提供的“1”式桥差电力电容器装置可有效降低初始不平衡保护值、
提高电容器不平衡保护整定值，且不会削弱耐爆能力和牺牲元件允许过电压倍数，同时缩小不平衡保护的监控范围，可降低对称性故障的发生率、提高识别电容器组电容器单元发生故障的能力、可实现部分桥臂的检测和保护的冗余、有利于缩短整个故障的处理时间，更大程度上提高不平衡保护的可靠性和灵敏度。最后应该说明的是结合上述实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到本领域技术人员可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
权利要求1. 一种“1”式桥差电力电容器装置，所述装置包括分相布置的至少一个电容器组；其特征在于，所述电容器组采用“ ι ”个桥差接线；所述“ ι ”个桥差接线为按照“ \ ”个电桥方式接线；所述“1”个电桥包括六个电容器桥臂；在所述电桥的中间电位处连接有两个电流互感器；所述电容器组在正常状态下流过所述电流互感器的平衡电流趋于零。
2.如权利要求1所述的“I ”式桥差电力电容器装置，其特征在于，所述“ 1 ”个桥对应六个电容器桥臂；所述两个电容器桥臂作为公用桥臂与另外四个桥臂分别构成两个电桥。
3.如权利要求1-2任一所述的“1”式桥差电力电容器装置，其特征在于，所述“1 ”个桥采用横向或纵向两种结构布置。
4.如权利要求1所述的“1”式桥差电力电容器装置，其特征在于，所述“1”式桥差电力电容器可衍生为“ \ +H”桥差电力电容器、“ ”桥差电力电容器及“ I χ I ”桥差电力电容器。
5.如权利要求4所述的“I ”式桥差电力电容器装置，其特征在于，所述“ .+Η”桥差电力电容器由至少一个纵向“ I ”桥与至少一个H型桥串联或至少一个横向“ I ”桥与至少一个H型桥并联构成。
6.如权利要求4所述的“1”式桥差电力电容器装置，其特征在于，所述“1+ 1”桥差电力电容器由两个纵向“1”桥差电容器组并联或两个横向“1”桥差电容器组串联构成；所述“ 1 + 1 ”桥差电力电容器包括四台电流互感器。
7.如权利要求4所述的“I ”式桥差电力电容器装置，其特征在于，所述“ * Χ I ”桥差电力电容器包括“ I ”个纵向“ I ”桥差电容器组；所述“ |χ| ”桥差电力电容器包括四台电流互感器。
8.如权利要求1所述的“1”式桥差电力电容器装置，其特征在于，所述“1”式桥差电力电容器可衍生为纵向“NX2”矩阵型桥差电力电容器及横向“2XN”矩阵型桥差电力电容器；所述纵向“NX2”矩阵型桥差电力电容器包括两条电容器组支路；所述每条支路有N组电容器组；所述纵向“NX2”矩阵型桥差电力电容器“N-1”台电流互感器；所述横向“2XN” 矩阵型桥差电力电容器包括N条电容器组支路；所述每条支路有2组电容器组，所述横向 “ 2 X N”矩阵型桥差电力电容器包括“N-1 ”台电流互感器。
9.如权利要求1所述的“1 ”式桥差电力电容器装置，其特征在于，所述“ 1 ”式桥差电力电容器可衍生为“NXN”方阵型桥差电力电容器，所述“NXN”方阵型桥差电力电容器包括“NXN”组电容器组和“(N-I) X (N-I) ”台电流互感器。
专利摘要本实用新型涉及一种“3/2”式桥差电力电容器装置，该装置包括分相布置的至少一个电容器组；电容器组采用“3/2”个桥差接线；按照“3/2”个电桥方式接线；电桥包括六个电容器桥臂；在电桥的中间电位处连接有两个电流互感器；电容器组在正常状态下流过电流互感器的平衡电流趋于零，本实用新型提供的“3/2”式桥差电力电容器装置可有效降低初始不平衡保护值、提高电容器不平衡保护整定值，且不会削弱耐爆能力和牺牲元件允许过电压倍数，同时缩小不平衡保护的监控范围，可降低对称性故障的发生率、提高识别电容器组电容器单元发生故障的能力、可实现部分桥臂的检测和保护的冗余、有利于缩短整个故障的处理时间，更大程度上提高不平衡保护的可靠性和灵敏度。
文档编号H02H7/16GK202042885SQ20112010110
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者戴朝波, 李锦屏, 王宇红 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞科技有限公司