一种电容器串联补偿装置及其保护设备的制作方法

本发明涉及电容器补偿技术领域，具体而言，涉及一种电容器串联补偿装置及其保护设备。

背景技术：

目前，我国的10kV和6kV配电网络规模巨大，负荷情况复杂，其运行情况和电能质量显得更为重要。电压质量是电能质量的一个重要指标。从工程实用的角度考虑，电压质量是指实际电压与理想电压之间的偏差，反映供电部门向用户提供的电能是否合格。而且，随着用电量的剧增，电能质量尤其是电压质量问题日益加剧，严重限制了工农业的发展。

常采用电容补偿装置来调节交流输电系统的阻抗、电压、相位、功率等，当电容器投入时，会产生较大的涌流；当电容器切除时，会产生较高的过电压；电容器再次投入前需要对其充分地放电。因此，现有的电容补偿装置应用在用电设备无功变化较快或有冲击性负载的系统中时，通常会配有保护设备，以实现对系统的有功和无功潮流进行灵活控制，从而达到提高线路输送能力、改善电能质量、提高可靠性等目的。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术的电容补偿装置保护设备的性能较低，在输电线路出现故障时不能很好地保护电容器，而且保护设备的使用寿命较低，进而提高了保护设备的折旧额与维护成本，容易降低电容器的使用性能，进而潜在地影响了输电线路的稳定性。因此，现有技术存在设备维护成本高、线路运行的电能损耗大、设备稳定性及可靠性差的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种电容器串联补偿装置及其保护设备，以降低设备的维护成本、减少线路运行的电能损耗、提高设备稳定性和可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了一种电容器保护设备，用于保护电容器串联补偿装置中的立式电容器立式电容器，包括：MOV、阻尼电抗器、快速开关和旁路开关；

所述MOV并联于所述立式电容器的两端；

所述阻尼电抗器与所述快速开关串联后并联于所述立式电容器的两端；

所述旁路开关并联于所述快速开关的两端。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括电感，所述电感两端分别连接所述阻尼电抗器与所述快速开关。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述旁路开关并联于所述快速开关与所述电感两端。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述旁路开关为断路器，所述快速开关为接触器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述阻尼电抗器为串联可变电抗器。

第二方面，本发明实施例还提供一种电容器串联补偿装置，包括：立式电容器、投切操作机构以及所述的保护设备，所述立式电容器通过所述投切操作机构连接输电线路。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述立式电容器为立式电容器组，由若干立式电容器连接而成。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述立式电容器通过进线和出线相连，所述进线和出线均为镀锡软铜绞线，所述镀锡软铜绞线通过线夹固定于铝排的一端，所述铝排的另一端连接所述立式电容器的接线端子。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述投切操作机构通过连接线连接所述立式电容器的出线或进线。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括防水柜体，所述防水柜体为三开门，且所述防水柜体内部设有横向隔板，三组所述立式电容器组设于所述隔板上，所述MOV、所述接触器和所述断路器设于所述防水柜体底板上。

本发明所提供的一种电容器串联补偿装置及其保护设备能产生如下有益效果：

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置及其保护设备，电容器串联补偿装置包括：立式电容器、投切操作机构以及保护设备，立式电容器通过投切操作机构连接输电线路。其中，电容器串联补偿装置的保护设备用于保护电容器串联补偿装置中的立式电容器，包括：MOV、阻尼电抗器、快速开关和旁路开关，MOV并联于立式电容器的两端，阻尼电抗器与快速开关串联后并联于立式电容器的两端，旁路开关并联于快速开关的两端。当电路中出现大涌流或高过电压时，需要接通保护电路将立式电容器短路，以保护立式电容器不被击穿，一级保护电路为MOV，二级保护电路为电感和快速开关，三级保护电路为旁路开关。通过采用上述技术方案，缓解了现有技术存在的设备维护成本高、线路运行的电能损耗大、设备稳定性及可靠性差的技术问题。进而降低设备的维护成本、减少线路运行的电能损耗、提高设备稳定性和可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种电容器串联补偿装置及其保护设备的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的电容器串联补偿装置中，串联补偿装置应用前后的电路和向量图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，随着用电量的剧增，电能质量尤其是电压质量问题日益加剧，严重限制了工农业的发展。现有的电容补偿装置应用在用电设备无功变化较快或有冲击性负载的系统中时，通常会配有保护设备，以实现对系统的有功和无功潮流进行灵活控制，从而达到提高线路输送能力、改善电能质量、提高可靠性等目的。现有技术的电容补偿装置保护设备的性能较低，在输电线路出现故障时不能很好地保护电容器，而且保护设备的使用寿命较低，进而提高了保护设备的折旧额与维护成本，容易降低电容器的使用性能，进而潜在地影响了输电线路的稳定性。

基于此，本发明实施例提供的一种电容器串联补偿装置及其保护设备，以降低设备的维护成本、减少线路运行的电能损耗、提高设备稳定性和可靠性。

参见图1，示出的本发明实施例所提供的一种电容器串联补偿装置及其保护设备的结构示意图。

本发明实施例所提供的一种电容器串联补偿装置的保护设备，用于保护电容器串联补偿装置中的立式电容器，包括：金属氧化物压敏电阻(Metal Oxide Varistors，简称MOV)，简称压敏电阻，是以氧化锌为材料烧结而成的半导体限压型抗浪涌器件。当电容器投入时，会产生较大的涌流；当电容器切除时，会产生较高的过电压；电容器再次投入前需要对其充分地放电。当这种情况造成故障时，需要快速将立式电容器短接，MOV并联于立式电容器的两端，能够在立式电容器电压超过规定限制时瞬间动作，因此，MOV成为了电容器的第一级保护。

当线路故障时，故障电流较大，故障持续时间增加时，如果仅采用MOV保护来吸收长时间的短路电流，那么所需要的MOV的额定容量会过大，直接导致了MOV的成本增加，其老化也会非常迅速。为避免MOV过负荷导致损坏，还需在MOV两端增加阻尼电抗器与快速开关，阻尼电抗器与快速开关串联后并联于立式电容器的两端。上述结构组成了电容器的第二级保护。

进一步的，当故障时电流持续继续增加时，为保护快速开关，避免快速开关因过负荷而损坏，需在快速开关两端增加旁路开关，旁路开关并联于快速开关的两端。上述结构组成了电容器的第三级保护。

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置的保护设备还包括电感，电感两端分别连接阻尼电抗器与快速开关，且旁路开关并联于快速开关与电感两端。

本发明实施例提供的保护设备中，旁路开关为断路器，快速开关为接触器。断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。旁路断路器的动作时间为30-100ms，在其完全闭合之前则由MOV进行保护。接触器是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载电器的目的。当接触器线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动触点动作：常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原：常开触点断开，常闭触点闭合。

本发明实施例提供的保护设备中，阻尼电抗器为串联可变电抗器。电容和电感串联的组合构成串联谐振回路，而在配电网中往往存在大量变压器和电动机等感性设备，因此，串联补偿装置运行时有几率发生谐振与感应电动机自激。接入阻尼电抗器能够防止谐振过电流产生的过电压击穿立式电容器以及感应电动机启动时发生自激，提高了设备的可靠性。

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置，包括立式电容器、投切操作机构以及上述保护设备，立式电容器通过投切操作机构连接输电线路。保护设备并联在立式电容器的两端，对电容器实行三级保护，其中，以MOV作为一级保护来满足立式电容器的快速过压保护，以快速开关和电感作为二级保护来进一步减小MOV的额定容量，以旁路开关作为三级保护，充分提高了设备的可靠性。

图2示出了本发明实施例所提供的电容器串联补偿装置中，串联补偿装置应用前后的电路和向量图。

根据配网辐射状配电线路，串联补偿装置应用前后的电路和向量图。线路首末端线电压之差ΔV(一般只考虑纵分量)为：

其中，I_L为线路电流，R_L为线路电阻，X_L为线路感抗，P_L为有功功率，Q_L为无功功率。在感性负载情况下，P_L和Q_L均为正，末端电压低于首端电压。当加入串联补偿装置后(加入了容抗X_C)，它能产生一个与线路电抗电压相反的电压，减小了线路电抗的压降，其值为：

相当于缩短了线路的电气距离，提高了线路的负荷能力。从而首末端电压差变为：

串联补偿提供的无功补偿容量为：

补偿的电压与线路电流成正比，容量与电流的平方成正比，因此,串联电容器具有“自适应”调节的优势，不需要像并补装置一样频繁投切，同时减少线路运行的电能损耗。

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置中，立式电容器为立式电容器组，由若干立式电容器连接而成。通常情况下，电容器的使用年限与它在过电压作用下突然被旁路的次数、旁路时的过电压的倍数、放电电流以及单位时间内的连续充放电的次数有密切的关系。采用立式电容器的结构可以提高线路的静态稳定极限，增加电容器的使用寿命，提高线路输送能力，降低线路运输过程中的电能损耗。

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置中，立式电容器通过进线和出线相连，进线和出线均为镀锡软铜绞线，镀锡软铜绞线通过线夹固定于铝排的一端，铝排的另一端连接立式电容器的接线端子。

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置中，投切操作机构为隔离开关及投退断路器，投切操作机构通过连接线连接立式电容器的出线或进线。线路出现故障时，自动旁路立式电容器组及其保护设备，延时后自动投入。应用与重合闸、轻载、谐振、过流过压等情况，提高设备自动化程度和系统稳定性。投切操作机构的外壳具有足够的机械强度，以承受使用或搬运过程中可能遇到的机械力。非金属外壳采用阻燃材料。投切操作机构采用的金属紧固件和金属支撑件均有适当的镀层，镀层有牢固的附着力，无起皮和脱落现象，采用的紧固件能保证投切操作机构在正常使用条件下不会因振动而松脱或移位。

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置还包括传感器，具体为电压互感器、电流互感器及电压互感器兼电容放电电路，传感器连接在上述投切操作机构与立式电容器之间。本发明实施例提供的电容器串联补偿装置中，立式电容器组分为容量相同的两部分，采用一侧分别正反向穿过同一电流互感窗口的办法，实现了差流保护，提高了电容元件保护的灵敏度。

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置还包括防水柜体，防水柜体为三开门，且防水柜体内部设有横向隔板，三组立式电容器组设于隔板上，MOV、接触器和断路器设于防水柜体底板上。防水柜体能够为串联补偿装置及其设备提供基础的防水防尘保护，进一步提高了设备运行的安全性。

本发明实施例提供的电容器串联补偿装置及其保护设备，电容器串联补偿装置包括：立式电容器、投切操作机构以及保护设备，立式电容器通过投切操作机构连接输电线路。其中，电容器串联补偿装置的保护设备用于保护电容器串联补偿装置中的立式电容器，包括：MOV、阻尼电抗器、快速开关和旁路开关，MOV并联于立式电容器的两端，阻尼电抗器与快速开关串联后并联于立式电容器的两端，旁路开关并联于快速开关的两端。当电路中出现大涌流或高过电压时，需要接通保护电路将立式电容器短路，以保护电容器不被击穿，一级保护电路为MOV，二级保护电路为电感和快速开关，三级保护电路为旁路开关。通过采用上述技术方案，缓解了现有技术存在的设备维护成本高、线路运行的电能损耗大、设备稳定性及可靠性差的技术问题。进而降低设备的维护成本、减少线路运行的电能损耗、提高设备稳定性和可靠性。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。