10KV高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償柜介紹

    隨著配電系統(tǒng)負(fù)荷的增長(zhǎng)和對(duì)供電質(zhì)量要求的提高,對(duì)無(wú)功補(bǔ)償的需求也相應(yīng)增加。目前,我國(guó)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償通常在配電變壓器低壓側(cè)(0.4 kV側(cè))進(jìn)行,但總投資高,且不能對(duì)變、配電的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。在變電站集中補(bǔ)償模式中,整體無(wú)功缺額較大,且由于季節(jié)、晝夜負(fù)荷差別大,高峰時(shí)補(bǔ)償嚴(yán)重不足。因此,在高壓配電線路中進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是十分必要的。

1. 裝置總體設(shè)計(jì)

　　DWK型戶外高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的電氣主接線如圖1所示,包括一臺(tái)三相星型接法的高壓并聯(lián)電容器、一臺(tái)真空接觸器、兩臺(tái)電壓互感器、六只電流互感器、三只避雷器、控制器和低壓控制回路。該裝置集電氣主回路與控制回路于一體,將高、低壓元器件集成于戶外箱體內(nèi),結(jié)構(gòu)緊湊,使安裝維護(hù)方便,且能保護(hù)內(nèi)部元器件不受戶外惡劣環(huán)境的影響,特別適合柱上使用。

　　DWK裝置采用BAM11-200-3W型電容器,為三相內(nèi)接星形,內(nèi)部裝有放電電阻,能使電容器在線路斷開(kāi)后的5 min內(nèi)剩余電壓降到50 V以下。我國(guó)3～66 kV配電網(wǎng)大多為中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng),所以單星形接線電容器的中性點(diǎn)不接地。

　　完成補(bǔ)償電容器投切的開(kāi)關(guān)是補(bǔ)償裝置的關(guān)鍵,直接影響整個(gè)裝置工作的可靠性。DWK選用CKG4型真空接觸器,重?fù)舸└怕蕵O低,并設(shè)置操作過(guò)電壓保護(hù)。

　　對(duì)于10 kV電容器,其絕緣水平與電網(wǎng)一致,熔斷器應(yīng)裝在電源側(cè),這因?yàn)楸Ｗo(hù)電容器極間擊穿,熔斷器裝在電源側(cè)或中性點(diǎn)側(cè)作用都一樣。但是,當(dāng)發(fā)生套管閃絡(luò)和極對(duì)殼擊穿故障時(shí),故障電流只流經(jīng)電源側(cè),中性點(diǎn)側(cè)無(wú)故障電流,所以裝在中性點(diǎn)側(cè)的熔斷器對(duì)這類故障不起保護(hù)作用。另外,當(dāng)中性點(diǎn)側(cè)已發(fā)生一點(diǎn)接地,這時(shí)再發(fā)生電容器套管閃絡(luò)和極對(duì)殼擊穿故障,相當(dāng)于兩點(diǎn)接地,裝在中性點(diǎn)的熔斷器被短接而不起保護(hù)作用。電容器的操作過(guò)電壓主要是分閘操作時(shí)的過(guò)電壓,大多出現(xiàn)在單相重?fù)舸r(shí),兩相重?fù)舸┖鸵淮尾僮鲿r(shí)發(fā)生多次重?fù)舸┑膸茁示苄?。因?僅考慮發(fā)生單相重?fù)舸r(shí)的過(guò)電壓,采用相對(duì)地避雷器接線方式。避雷器選用無(wú)間隙金屬氧化物避雷器。

　　2. 電氣控制回路設(shè)計(jì)

　　DWK型戶外高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的電氣控制回路原理如圖2所示?？刂苹芈分谐送度牒颓谐娙萜鞯淖詣?dòng)控制功能,還有獨(dú)立的手動(dòng)控制功能。另外,還有電壓指示燈以及投入和切除指示燈。

　　當(dāng)DWK型戶外高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置處于工作狀態(tài)時(shí),空開(kāi)QF閉合,給控制器提供電源,同時(shí)電源指示燈BD點(diǎn)亮。當(dāng)電容器未投入時(shí),真空接觸器KM的常閉觸點(diǎn)閉合,使電容器切除指示燈LD點(diǎn)亮。控制開(kāi)關(guān)SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)SA(1-2)觸點(diǎn)接通時(shí),裝置處于手動(dòng)投切狀態(tài):按鈕SB2被按下時(shí),其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,則SA(1-2)-SB1-SB2-KM回路導(dǎo)通,真空接觸器KM閉合,使電容器投入。同時(shí),KM的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,使SA(1-2)-SB1-KM-KM回路導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)自鎖,并使電容器投入指示燈LD點(diǎn)亮。只要SB2復(fù)位,其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),KM線圈斷電,切除電容器。當(dāng)SA(3-4)觸點(diǎn)接通時(shí),裝置處于自動(dòng)投切狀態(tài)?？刂破靼l(fā)出投入電容器指令時(shí),電容器投入信號(hào)繼電器KZQ1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,則SA(3-4)-KZQ1-ZJ-KZQ2回路導(dǎo)通,使中間繼電器ZJ的線圈帶電,其輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,自鎖保持。同時(shí),ZJ的主觸點(diǎn)閉合,使SA(3-4)-ZJ-KM回路導(dǎo)通,真空接觸器KM線圈帶電,使其主觸點(diǎn)閉合,從而使電容器投入?？刂破靼l(fā)出切除電容器指令時(shí),電容器切除信號(hào)繼電器KZQ2的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),則SA(3-4)-KZQ1-ZJ-KZQ2回路斷開(kāi),使中間繼電器ZJ線圈失電,其主觸點(diǎn)斷開(kāi),使KM線圈斷電,切除電容器。即使此時(shí)有投入信號(hào)使KZQ1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,由于KZQ2的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),也不能使電容器投入

    3 硬件設(shè)計(jì)

　　控制器必須在系統(tǒng)正常工作時(shí)檢測(cè)和處理各種數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)裝置的控制和保護(hù),應(yīng)具備以下功能,測(cè)量和計(jì)算功能:檢測(cè)和計(jì)算線路和電容器的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率等;保護(hù)功能:包括過(guò)壓、欠壓、失壓、過(guò)流、短路、缺相等保護(hù),以保證設(shè)備的安全運(yùn)行;控制執(zhí)行功能:通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)繼電器,從而控制電容器投切;通信功能:通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或通信網(wǎng)絡(luò),向上位機(jī)或遠(yuǎn)方控制中心發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)的各種運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài),同時(shí)接受上位機(jī)或控制中心下傳的數(shù)據(jù)和命令,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控;人機(jī)交互功能:由鍵盤和顯示器配合完成,可通過(guò)鍵盤把參數(shù)定值、功能設(shè)置等輸入控制器,控制器按設(shè)定信息工作,并將參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行結(jié)果等顯示。根據(jù)上述功能要求,控制器的硬件電路在功能結(jié)構(gòu)上可分成幾個(gè)模塊,如圖4所示。

　　信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集模塊是被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)參量的入口通道,也是把被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)參量轉(zhuǎn)化成可與中央控制模塊接口的信息功能部件,本文采用智能電表芯片CS5460A進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。中央控制模塊是智能控制器的核心模塊,負(fù)責(zé)處理和分析現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參量,給出操作命令,由AT89C55單片機(jī)及必要的外圍電路元件組成。開(kāi)關(guān)量輸出模塊接收中央控制模塊輸出的命令,完成對(duì)電容器的操作控制。通信模塊是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的關(guān)鍵,用以完成現(xiàn)場(chǎng)裝置與上位機(jī)之間各類信息的交換。人機(jī)交互模塊是完成就地設(shè)置功能參數(shù)和檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)的重要環(huán)節(jié)。

本研究結(jié)合工程實(shí)際,成功研制了DWK型戶外高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。該裝置將一次和二次元件集成于戶外箱體內(nèi),安裝維護(hù)方便。采用電壓無(wú)功綜合控制策略,可根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償容量,有效地提高配電網(wǎng)功率因數(shù),減少線路電能損耗,改善電壓質(zhì)量,提高供電能力,增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定裕度。開(kāi)發(fā)專用控制器,可靠保證了整個(gè)裝置控制與保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。該裝置目前已在部分地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行使用,取得了較好的效果。