一种低功耗10kV串联电容补偿装置的制作方法

本发明涉及电容补偿电路技术领域，具体涉及一种双断路器冗余保护低功耗10kV串联电容补偿装置。

背景技术：

目前的10kV配电系统中的串联电容补偿技术可以解决由于线路过长、负荷过大而引起的低电压问题，同时为线路提供无时滞的无功补偿、提高线路功率因素、降低线路损耗、提高电压稳定性，是一种10kV配电网新型无功补偿技术。

现有的快速开关型10kV串联电容补偿装置采用单快速断路器接线方式，主要缺点如下：

1、保护可靠性低：断路器均存在拒动可能，特别是合闸时间≤10ms的快速断路器拒动的可能性更高，仅使用单断路器作为主电容器保护，当线路发生相间短路而断路器发生拒动时电容器得不到有效保护，将造成整套装置损坏；

2、氧化锌限压器(MOV)容量过大：因为只有单台断路器，当线路发生相间短路而快速断路器拒动时，只能依靠线路出线断路器切断短路，而出线断路器分闸时间较长(一般≥100ms)，要求MOV耐受过电压的时间长、吸收能量大、制造难度大、造价高；

3、运行方式不灵活：因为旁路支路使用隔离开关，必须人为手动就地操作，当串联补偿装置因自身故障发生闭锁或系统不需要补偿时，必须人工就地操作隔离开关，装置的使用率低，操作时间长。

4、功耗较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低功耗10kV串联电容补偿装置，以解决上述技术问题；本发明采用双快速断路器接线方式实现主电容器的快速冗余保护，提高保护的可靠性，同时降低MOV的容量要求，实现串联补偿装置的快速就地、远动操作，提高串补装置的可用性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低功耗10kV串联电容补偿装置，包括控制器、第一快速断路器QF1、串联补偿主电容器C、氧化锌限压器MOV、阻尼支路电阻R、阻尼支路电感L、电流互感器TA、电压互感器TV、隔离开关QS和第二快速断路器QF2；所述控制器分别电性连接电压互感器TV、电流互感器TA、第一快速断路器QF1、第二快速断路器QF2；所述第二快速断路器QF2的两端分别与串联补偿装置两端的输电线路相连接；所述串联补偿主电容器C通过双隔离开关QS连接输电线路，且与第二快速断路器QF2并联；所述电压互感器TV并联在串联补偿主电容器C的两端；所述氧化锌限压器MOV串联连接电流互感器TA，并与串联补偿主电容器C并联；所述阻尼支路电阻R和阻尼支路电感L并联，其一端连接电流互感器TA，另一端连接第一快速断路器QF1一端；所述第一快速断路器QF1的另一端连接氧化锌限压器MOV。

进一步的，所述控制器包括低功耗CPU、UPS电源、控制回路电路；所述低功耗CPU分别连接UPS电源、控制回路电路；所述控制回路电路分别连接电压互感器TV、电流互感器TA、第一快速断路器QF1和第二快速断路器QF2。

进一步地，所述电流互感器TA为串联在氧化锌限压器MOV支路，用以实现快速保护的电流互感器TA。

更进一步地，所述电压互感器TV为用以保护用的电压互感器TV。

更进一步地，所述隔离开关QS为检修用的隔离开关QS。

更进一步地，所述第二快速断路器QF2用以实现旁路支路的自动控制和远动控制。

更进一步地，所述第一快速断路器QF1的合闸时间≤10ms。

更进一步地，所述第二快速断路器QF2的合闸时间≤40ms。

更进一步地，第一快速断路器QF1的合闸时间小于第二快速断路器QF2的合闸时间。

更进一步地，所述第一快速断路器QF1和第二快速断路器QF2用以实现对装置中主电容器C及氧化锌限压器MOV的冗余保护。

更进一步地，所述低功耗CPU为单片机或DSP。

更进一步地，所述UPS电源为市电供电和太阳能电池供电两种供电方式的UPS电源。

更进一步地，所述串联电容补偿装置工作时，包括：

S1)、串联电容补偿装置在运行过程中，在其后的线路发生相间的两相或三相短路的情况下，首先由氧化锌限压器MOV无时延地限制短路引起的串联补偿主电容器C两端的电压升高，同时QF1和QF2启动合闸，在10ms的时间内串联补偿主电容器C和氧化锌限压器MOV，完成对电容器和氧化锌限压器MOV的保护；

S2)、在控制器正确合闸情况下，QF2仍然完成合闸操作但不起保护作用，在QF1发生拒动的情况下，QF2保证在40ms时间内完成对主电容器和氧化锌限压器MOV的保护，起到冗余保护作用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的串联电容补偿装置采用冗余保护技术，提高了串联补偿电容装置保护的可靠性，降低了MOV的造价，提高了串联补偿装置的可用性进而提高了供电可靠性和电能质量，且功耗很低。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的一种低功耗10kV串联电容补偿装置原理图；

图2是本发明实施例的一种低功耗10kV串联电容补偿装置的仿真曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1所示，本发明一种低功耗10kV串联电容补偿装置，包括控制器、第一快速断路器QF1、串联补偿主电容器C、氧化锌限压器MOV、阻尼支路电阻R、阻尼支路电感L、电流互感器TA、电压互感器TV、隔离开关QS和第二快速断路器QF2。

控制器分别电性连接电压互感器TV、电流互感器TA、第一快速断路器QF1、第二快速断路器QF2；第二快速断路器QF2的两端分别与串联补偿装置两端的输电线路相连接；串联补偿主电容器C通过双隔离开关QS连接输电线路，且与第二快速断路器QF2并联；电压互感器TV并联在串联补偿主电容器C的两端；氧化锌限压器MOV串联连接电流互感器TA，并与串联补偿主电容器C并联；阻尼支路电阻R和阻尼支路电感L并联，其一端连接电流互感器TA，另一端连接第一快速断路器QF1一端；第一快速断路器QF1的另一端连接氧化锌限压器MOV；制器包括低功耗CPU、UPS电源和控制回路电路；低功耗CPU分别连接UPS电源和控制回路电路；控制回路电路分别连接电压互感器TV、电流互感器TA、第一快速断路器QF1和第二快速断路器QF2。

电流互感器TA为串联在氧化锌限压器MOV支路，用以实现快速保护的电流互感器TA。

电压互感器TV为用以保护用的电压互感器TV。

隔离开关QS为检修用的隔离开关QS。

第二快速断路器QF2用以实现旁路支路的自动控制和远动控制。

第一快速断路器QF1为合闸时间≤10ms的第一快速断路器QF1。

第二快速断路器QF2为合闸时间≤40ms的永磁机构快速断路器QF2。

第一快速断路器QF1和第二快速断路器QF2用以实现对装置中主电容器C及氧化锌限压器MOV的冗余保护。

由元件隔离开关QS、第二快速断路器QF2组成的旁路支路，其中元件第二快速断路器QF2实现双断路器冗余保护。

低功耗CPU为单片机或DSP。

UPS电源为市电供电和太阳能电池供电两种供电方式的UPS电源。

本发明一种低功耗10kV串联电容补偿装置的工作方法包括以下步骤：

S1)、串联电容补偿装置在运行过程中，在其后的线路发生相间的两相或三相短路的情况下，首先由氧化锌限压器MOV无时延地限制短路引起的串联补偿主电容器C两端的电压升高，同时QF1和QF2启动合闸，在10ms的时间内串联补偿主电容器C和氧化锌限压器MOV，完成对电容器和氧化锌限压器MOV的保护；

S2)、在控制器正确合闸情况下，QF2仍然完成合闸操作但不起保护作用，在QF1发生拒动的情况下，QF2保证在40ms时间内完成对主电容器和氧化锌限压器MOV的保护，起到冗余保护作用。

如图1所示，图中虚线框内是串联电容补偿装置部分。图中QF为线路出线断路器，QF1为第一快速断路器，QF2为第二快速断路器，C为主电容器，MOV为氧化锌限压器。第一快速断路器采用合闸时间≤10ms的专用断路器，第二快速断路器采用合闸时间≤40ms的永磁机构快速断路器，利用两断路器自身合闸时间上的快慢配合实现冗余保护。冗余保护的原理如下：第一快速断路器QF1的合闸时间小于第二快速断路器QF2的合闸时间。串联补偿装置在运行过程中，如果其后线路发生相间短路(两相或三相短路)，首先由MOV无时延地限制短路引起的主电容器C两端的电压升高，同时QF1和QF2启动合闸，在10ms的时间内旁路主电容器和MOV，完成对电容器和MOV的保护。当CB1正确合闸情况下，QF2仍然完成合闸操作但不起保护作用，当QF1发生拒动时，QF2保证在40ms时间内完成对主电容器和MOV的保护，起到冗余保护作用。由于两个断路器操动机构完全独立，采用双断路器实现冗余保护可以大大提高保护的可靠性。从原理上讲，双断路器保护的可靠性比单断路器提高一倍。

图2为用电磁暂态程序(EMTP)仿真得出的一个具体工程应用实例中单断路器与双断路器接线方案MOV承受的能量对比曲线，MOV的设计容量由电流流过MOV的最长时间确定，且与该时间成正比，选择第二断路器QF2合闸时间≤40ms，由于QF2的合闸时间远远小于QF的分闸时间(一般≥100ms，受线路保护配合制约不能减少)，因而在QF1拒动的情况下，MOV通流的时间≤40ms，MOV容量的选择此时按照40ms而不是100ms(或更长时间)确定，因而，本发明可以使MOV的容量减小60％以上，不仅带来MOV制造难度的降低，降低了成本，而且使整体串联补偿装置体积大大缩小。

图2中单断路器与双断路器接线方案在相同短路故障情况下MOV吸收能量的对比仿真计算结果显示，单断路器接线方式在线路短路故障时，MOV在100ms中流过共10次脉冲电流波(正负各5个)，吸收的能量为560kJ，双断路器冗余保护接线方式MOV仅流过40ms共4次脉冲电流波(正负各2个)，吸收的能量为130kJ。

由于采用了第二断路器，使旁路支路由原来的就地手动操作模式变为逻辑控制和远动控制等自动控制模式，缩短了操作时间，提高了线路供电可靠性。例如，当串联补偿装置自身发生主电容器、QF1故障时，控制器可以即刻合闸QF2保证线路正常供电，无需即刻派人赶赴装置安装地点手动关合隔离开关完成线路供电；第二断路器的使用配合远动和遥测技术，还可以实现串联补偿装置的远方投退和监控，对于安装于遥远地区的串联补偿装置的运行提供了极大的灵活性。

串联电容补偿装置的冗余保护特性试验按如下方法实施：

短路快速冗余保护试验：在MOV支路的电流互感器一次侧施加模拟短路电流(流过MOV元件的)，检查双快速断路器是否同时启动合闸并按照设计时间顺序完成合闸操作，然后，将第一快速断路器合闸线圈开路模拟拒动，再次在MOV支路的电流互感器一次侧施加模拟短路电流，检查第二快速断路器是否在规定的时间完成合闸；

过电流冗余保护试验：在主回路电流互感器一次侧施加电流使其达到过电流保护动作设定值，检查双快速断路器是否同时启动合闸并按照设计时间顺序完成合闸操作，然后，将第一快速断路器合闸线圈开路模拟拒动，再次在主回路电流互感器一次侧施加电流使其达到过电流保护动作设定值，检查第二快速断路器是否在规定的时间完成合闸；

过电压冗余保护试验：在电压互感器一次侧施加电压，使其达到装置过电压保护动作设定值，检查双快速断路器是否同时启动合闸并按照设计时间顺序完成合闸操作，然后，将第一快速断路器合闸线圈开路模拟拒动，再次在电压互感器一次侧施加电压，使其达到装置过电压保护动作设定值，检查第二快速断路器是否在规定的时间完成合闸；

谐振冗余保护试验：在电压、电流回路分别施加谐波电压及电流，并使其达到谐波保护动作设定值，检查双快速断路器是否同时启动合闸并按照设计时间顺序完成合闸操作，然后，将第一快速断路器合闸线圈开路模拟拒动，再次在电压、电流回路分别施加谐波电压及电流，并使其达到谐波保护动作设定值，检查第二快速断路器是否在规定的时间完成合闸。

本发明的串联电容补偿装置采用冗余保护技术，提高了串联补偿电容装置保护的可靠性，降低了MOV的造价，提高了串联补偿装置的可用性进而提高了供电可靠性和电能质量，且功耗很低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。