10KV高壓無功自動補償柜介紹

    隨著配電系統負荷的增長和對供電質量要求的提高,對無功補償的需求也相應增加。目前,我國配電網無功補償通常在配電變壓器低壓側(0.4 kV側)進行,但總投資高,且不能對變、配電的無功進行補償。在變電站集中補償模式中,整體無功缺額較大,且由于季節、晝夜負荷差別大,高峰時補償嚴重不足。因此,在高壓配電線路中進行無功補償是十分必要的。

1. 裝置總體設計

　　DWK型戶外高壓無功自動補償裝置的電氣主接線如圖1所示,包括一臺三相星型接法的高壓并聯電容器、一臺真空接觸器、兩臺電壓互感器、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,結構緊湊,使安裝維護方便,且能保護內部元器件不受戶外惡劣環境的影響,特別適合柱上使用。

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

　　完成補償電容器投切的開關是補償裝置的關鍵,直接影響整個裝置工作的可靠性。DWK選用CKG4型真空接觸器,重擊穿概率極低,并設置操作過電壓保護。

　　對于10 kV電容器,其絕緣水平與電網一致,熔斷器應裝在電源側,這因為保護電容器極間擊穿,熔斷器裝在電源側或中性點側作用都一樣。但是,當發生套管閃絡和極對殼擊穿故障時,故障電流只流經電源側,中性點側無故障電流,所以裝在中性點側的熔斷器對這類故障不起保護作用。另外,當中性點側已發生一點接地,這時再發生電容器套管閃絡和極對殼擊穿故障,相當于兩點接地,裝在中性點的熔斷器被短接而不起保護作用。電容器的操作過電壓主要是分閘操作時的過電壓,大多出現在單相重擊穿時,兩相重擊穿和一次操作時發生多次重擊穿的幾率均很小。因此,僅考慮發生單相重擊穿時的過電壓,采用相對地避雷器接線方式。避雷器選用無間隙金屬氧化物避雷器。

　　2. 電氣控制回路設計

　　DWK型戶外高壓無功自動補償裝置的電氣控制回路原理如圖2所示。控制回路中除了投入和切除電容器的自動控制功能,還有獨立的手動控制功能。另外,還有電壓指示燈以及投入和切除指示燈。

　　當DWK型戶外高壓無功自動補償裝置處于工作狀態時,空開QF閉合,給控制器提供電源,同時電源指示燈BD點亮。當電容器未投入時,真空接觸器KM的常閉觸點閉合,使電容器切除指示燈LD點亮。控制開關SA為手動/自動轉換開關。當SA(1-2)觸點接通時,裝置處于手動投切狀態:按鈕SB2被按下時,其常開觸點閉合,則SA(1-2)-SB1-SB2-KM回路導通,真空接觸器KM閉合,使電容器投入。同時,KM的常開觸點閉合,使SA(1-2)-SB1-KM-KM回路導通,實現自鎖,并使電容器投入指示燈LD點亮。只要SB2復位,其常閉觸點斷開,KM線圈斷電,切除電容器。當SA(3-4)觸點接通時,裝置處于自動投切狀態。控制器發出投入電容器指令時,電容器投入信號繼電器KZQ1的常開觸點閉合,則SA(3-4)-KZQ1-ZJ-KZQ2回路導通,使中間繼電器ZJ的線圈帶電,其輔助常開觸點閉合,自鎖保持。同時,ZJ的主觸點閉合,使SA(3-4)-ZJ-KM回路導通,真空接觸器KM線圈帶電,使其主觸點閉合,從而使電容器投入。控制器發出切除電容器指令時,電容器切除信號繼電器KZQ2的常閉觸點斷開,則SA(3-4)-KZQ1-ZJ-KZQ2回路斷開,使中間繼電器ZJ線圈失電,其主觸點斷開,使KM線圈斷電,切除電容器。即使此時有投入信號使KZQ1的常開觸點閉合,由于KZQ2的常閉觸點斷開,也不能使電容器投入

    3 硬件設計

　　控制器必須在系統正常工作時檢測和處理各種數據,實現對整個裝置的控制和保護,應具備以下功能,測量和計算功能:檢測和計算線路和電容器的電流、電壓、有功功率、無功功率等;保護功能:包括過壓、欠壓、失壓、過流、短路、缺相等保護,以保證設備的安全運行;控制執行功能:通過開關量輸出驅動繼電器,從而控制電容器投切;通信功能:通過現場總線或通信網絡,向上位機或遠方控制中心發送現場的各種運行參數和工作狀態,同時接受上位機或控制中心下傳的數據和命令,對現場設備進行監控;人機交互功能:由鍵盤和顯示器配合完成,可通過鍵盤把參數定值、功能設置等輸入控制器,控制器按設定信息工作,并將參數設置、運行結果等顯示。根據上述功能要求,控制器的硬件電路在功能結構上可分成幾個模塊,如圖4所示。

　　信號調理和數據采集模塊是被測現場參量的入口通道,也是把被測現場參量轉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進行數據采集。中央控制模塊是智能控制器的核心模塊,負責處理和分析現場運行參量,給出操作命令,由AT89C55單片機及必要的外圍電路元件組成。開關量輸出模塊接收中央控制模塊輸出的命令,完成對電容器的操作控制。通信模塊是實現網絡功能的關鍵,用以完成現場裝置與上位機之間各類信息的交換。人機交互模塊是完成就地設置功能參數和檢測運行狀態的重要環節。

本研究結合工程實際,成功研制了DWK型戶外高壓無功自動補償裝置。該裝置將一次和二次元件集成于戶外箱體內,安裝維護方便。采用電壓無功綜合控制策略,可根據負荷變化自動調整補償容量,有效地提高配電網功率因數,減少線路電能損耗,改善電壓質量,提高供電能力,增強電網穩定裕度。開發專用控制器,可靠保證了整個裝置控制與保護功能的實現。該裝置目前已在部分地區電網運行使用,取得了較好的效果。