一种10kV配网线路的模块化串联补偿装置的制作方法

本实用新型涉及一种串联补偿装置，具体涉及一种10kV配网线路的模块化串联补偿装置。

背景技术：

我国配电网线路过长和线路用电负荷较重，配电网普遍存在供电能力不足、末端电压偏低、电压跌落频繁等问题，导致负荷端的供电电压远远低于国家电能质量标准。

为解决以上问题，现阶段采用串联电容器补偿装置应用于电压较低的辐射状配电线路进行电压补偿，可改善电压分布情况。但串联补偿装置在配电网实际工程应用中仍存在以下几个问题：

1)现有配网串补装置一般需高电压等级的电容器作为串补主体，对保护装置技术要求高，造成设备成本高，体积较大；

2)现有配网串补装置的保护一般采用氧化锌避雷器并联旁路方式，设备保护装置体积较大、价格昂贵、维护困难；

3)现有配网串补装置针对不同配网需设计生产不同规格的装置，无法进行标准统一生产，因此维护不方便；

4)现有配网串补装置在同一条配电网负荷变化或线路进行改造，原串补装置可能不再满足配网调压要求，需重新配置串补装置，造成时间和资源的浪费，设备维护不方便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种10kV配网线路的模块化串联补偿装置，该补偿装置具有体积小、成本低、维护方便的特点。

为达到上述目的，本实用新型所述的10kV配网线路的模块化串联补偿装置包括蓄电池、第一开关、第二开关、第三开关、电容器组、取能装置、氧化锌避雷器、晶闸管组、控制器、用于检测电容器组上电流的电流检测器及用于检测电容器组上电压的电压检测器；

第一开关的一端及第三开关的一端与配电网线路相连接，第三开关的另一端及第二开关的一端与配电网线路相连接，第一开关的另一端与电容器组的一端、氧化锌避雷器的一端、晶闸管组的一端及取能装置的一端相连接，第二开关的另一端与电容器组的另一端、氧化锌避雷器的另一端、晶闸管组的另一端及取能装置的另一端相连接，取能装置的输出端与蓄电池相连接，电流检测器的输出端及电压检测器的输出端与控制器的输入端相连接，控制器的输出端与晶闸管组的控制端相连接。

晶闸管组通过限流阻尼与第二开关相连接。

蓄电池还连接有太阳能电池板。

还包括继电保护与通讯单元，其中，继电保护与通讯单元与蓄电池相连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的10kV配网线路的模块化串联补偿装置中采用低电压等级的电容器组、低电压等级的氧化锌避雷器及晶闸管组进行单相串联补偿，从而有效的降低补偿装置的成本，维护较为方便，减少装置的体积及占地面积，同时，本实用新型采用控制器及晶闸管组对氧化锌避雷器进行保护，有效的缩短了氧化锌避雷器的保护响应时间，极大的减少了氧化锌避雷器的导通时间，降低氧化锌避雷器的额定电容，从而进一步降低补偿装置的成本及体积。此外，本实用新型将低电压等级(额定电压约1kV)电容器用于中低压(10kV和35kV)配电网上，统一了串补装置参数规格可通过改变串补装置安装位置和增减装置安装台数满足不同配电网或同一条配电网负荷变化时的电压调节要求，提高了装置在配电网使用的可互换性和工程适应价值，降低了时间和资源的浪费。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型使用时的连接位置图；

图3为氧化锌避雷器T的过电压保护过程图；

图4a为故障时串补电容器端部电压变化图；

图4b为故障时氧化锌避雷器T上的电流变化图；

图5为氧化锌避雷器T吸收的能量随其保护时间变化的曲线图；

图6为辐射状配网线路图；

图7为补偿前后线路电压变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参考图1及图2，本实用新型所述的10kV配网线路的模块化串联补偿装置包括蓄电池2、第一开关DL1、第二开关DL2、第三开关DL3、电容器组C、取能装置1、氧化锌避雷器T、晶闸管组D、控制器、用于检测电容器组C上电流的电流检测器及用于检测电容器组C上电压的电压检测器；第一开关DL1的一端及第三开关DL3的一端与配电网线路相连接，第三开关DL3的另一端及第二开关DL2的一端与配电网线路相连接，第一开关DL1的另一端与电容器组C的一端、氧化锌避雷器T的一端、晶闸管组D的一端及取能装置1的一端相连接，第二开关DL2的另一端与电容器组C的另一端、氧化锌避雷器T的另一端、晶闸管组D的另一端及取能装置1的另一端相连接，取能装置1的输出端与蓄电池2相连接，电流检测器的输出端及电压检测器的输出端与控制器的输入端相连接，控制器的输出端与晶闸管组D的控制端相连接。

晶闸管组D通过限流阻尼R1与第二开关DL2相连接；蓄电池2还连接有太阳能电池板4；本实用新型还包括继电保护与通讯单元3，其中，继电保护与通讯单元3与蓄电池2相连接。

配网正常运行时，打开第三开关DL3，闭合第一开关DL1及第二开关DL2，使电容器组C投入使用，通过电容器组C对配电网线路补偿容性电抗，当配电网线路发生短路故障时，电容器组C两端的电压增大，通过氧化锌避雷器T限制电容器组C两端的电压，同时实时检测电容器组C上的电流及电压，当电容器组C上的电流值等于预设电流值时，则控制器在电容器组C电压过零点处向晶闸管组D发出触发信号，使晶闸管组D触发导通，实现对电容器组C的保护；当电容器组C上的电压值达到预设电压值时，控制器向晶闸管组D发出触发信号，使晶闸管组D触发导通，实现对电容器组C的保护；限流阻尼R1用于限制晶闸管组D上的浪涌电流，防止晶闸管组D因浪涌电流过大而损坏。

通过取能装置1及太阳能电池板4为蓄电池2供电，因此无论串补投入还是退出线路，蓄电池2均可以为给继电保护与通讯单元3进行供电。

实施例一

以无分支配电线路为例，参照某实际变电站情况，搭建10kV单条主馈线均匀负荷配网电路模型，该配电线路包括电源平衡点及配变电节点共31节点，线路和负荷参数见表1。

表1节点线路、负荷参数表

对该配网模型进行串补容量与安装位置的计算，串联补偿装置电容值取1450uF，即容抗值为2.2Ω，安装位置结果如图2所示。

对于10kV常用导线型号，一般需要改造的配电线路使用主要线型为LGJ70，以LGJ70导线为参考，最大电流允许值为275A；则串补电容器的额定电压600V。

一般氧化锌避雷器T保护电压设置为其额定电压的1.3～2.6倍，取中间系数2.2，绝缘裕度10％，所以最终氧化锌避雷器T保护电压的设置为0.9倍保护电压；在超过0.9倍保护电压后，则氧化锌避雷器T投入工作，抑制电容器组C两侧出现更大的电压，综合计算得到氧化锌避雷器T动作电压为600*2.2*0.9*1.73V，即氧化锌避雷器T的动作电压为1.8kV。

氧化锌避雷器T过大的冗余容量会造成装置成本的增加，容量设计不足，将直接发生短路故障时使氧化锌避雷器T的损坏，进而造成电容器组C的击穿损坏。一般10kV配网线路三相短路电流大于其他故障电流，而发生在串补装置出口处的三相短路通常使流过串补装置的电流最大。因而计算氧化锌避雷器T承受能量时均以装置出口三相短路作为计算条件，计算结果如图4a及图4b所示，当发生三相短路故障时，氧化锌避雷器T有电流通过，氧化锌避雷器T导通，将串补电容器端电压控制在保护电压。

如图5所示，氧化锌避雷器T吸收的能量随其保护时间基本呈线性增长。晶闸管组D的导通时间远远小于第三开关DL3的合闸时间，因此氧化锌避雷器T承受的能量较小。晶闸管组D导通时间为μs级，故障识别时间约10ms。因此在线路发生短路后的10ms内将补偿电容器快速短接，保护氧化锌避雷器T，防止过热损耗，并控制氧化锌避雷器T吸收能量最大不超过20kJ，大大减小氧化锌避雷器T的成本及保护装置体积。

在10kV配网线路3个位置分别安装3台600V模块化单相串补装置，参数如表1所示，补偿后将线路末端最低电压从额定电压的0.84倍提升到额定电压的0.9倍，一年平均负荷运行情况下计算节约电能2万多千瓦时。

表2

实施例二

以辐射状配网线路为例，其潮流计算图如图6所示，对其进行串补容量和安装位置计算，最终确定串补电容值为1270uF。

同实施例一，以LGJ70导线为参考，最大电流允许值为275A；则串补电容器的额定电压700V。则氧化锌避雷器T动作电圧为700*2.2*0.9*1.73V，即动作电圧为2.4kV。

同实施例一，流过氧化锌避雷器T电流和两端电压变化趋势如图4a和图4b所示，电压最大值为1400V，短路电流最大值u3约为300A；氧化锌避雷器T吸收能量曲线趋势如图5所示，最大承受能量约为16kJ。在辐射状配网线路3个位置安装串补装置后，补偿后将线路最低电压从额定电压的0.85倍提升到额定电压的0.91倍，一年平均负荷运行情况下计算节约电能12万多千瓦时。

表3