一种潜式串联电容器补偿装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种潜式串联电容器补偿装置，所述装置包括电容器组、过电压保护装置、阻尼装置和旁路断路器；所述电容器组与所述阻尼装置串联后再分别与所述过电压保护装置和旁路断路器并联；所述电容器组和所述阻尼装置分别与输电线路间通过模式切换装置Q1和Q2连接。该装置融合了常规串补和潜式串补的功能，既可用于线路运行正常的情况，也可运行于线路发生故障的情况。
【专利说明】一种潜式串联电容器补偿装置
【技术领域】:
[0001]本实用新型涉及一种串联电容器补偿装置，更具体涉及一种潜式串联电容器补偿装置。
【背景技术】:
[0002]在现有技术中，常规串联电容器补偿装置一般应用于超、特高压输电线路中，用于补偿交流输电线路的一部分感性阻抗，从而达到减小线路阻抗、增加输送容量、提高系统稳定性等目的。采用串补技术是经济高效地提高输电线路输送能力的重要手段之一，已经在世界各国电力系统中获得广泛应用。
[0003]按照补偿阻抗值的固定不变或可以调节，串补装置可分为固定串补(FSC)和可控串补(TCSC)。可控串补是通过电力电子的手段实现对串联等值基波阻抗的动态控制，使整个输电线路的参数可动态调节。
[0004]在电力系统正常运行时，串补装置是投入在输电线路中的，用以补偿输电线路的部分感抗。当发生区外故障时，串联电容器组通常不允许被旁路。当发生区内故障时，通常允许串联电容器组被旁路，系统故障清除后。可根据预定的串联电容器重投逻辑，重新投入。
[0005]潜式串补的运行方式与常规串补不同:系统正常运行时，潜式串补的电容器不投入，即串补处于旁路状态。当短路故障发生时，潜式串补检测出短路故障，并根据不同的故障类型，采用不同的方式投入到线路中，经过一定的时间(例如大于系统重投时间)后再将串联电容器组旁路。
实用新型内容:
[0006]本实用新型的目的是提供一种潜式串联电容器补偿装置，该装置融合了常规串补和潜式串补的功能，既可用于线路运行正常的情况，也可运行于线路发生故障的情况。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0008]本实用新型提供的一种潜式串联电容器补偿装置，所述装置包括电容器组、过电压保护装置、阻尼装置和旁路断路器；所述电容器组与所述阻尼装置串联后再分别与所述过电压保护装置和旁路断路器并联；所述电容器组和所述阻尼装置分别与输电线路间通过模式切换装置Ql和Q2连接。
[0009]本实用新型提供的一种潜式串联电容器补偿装置，所述过电压保护装置为单间隙、双间隙、金属氧化物限压器MOV、晶闸管阀与金属氧化物限压器MOV并联组合、或间隙与所述金属氧化物限压器MOV并联组合。
[0010]本实用新型提供的另一优选的一种潜式串联电容器补偿装置，所述模式切换装置是断路器或隔离刀闸。
[0011]本实用新型提供的再一优选的一种潜式串联电容器补偿装置，所述装置在电力系统中单独作为常规串补装置或单独作为潜式串补装置或两套、两套以上所述装置。[0012]本实用新型提供的又一优选的一种潜式串联电容器补偿装置，两套所述装置为:其中一个所述装置设置在某相的一回线路中作为常规串补装置SC;另一个所述装置设置所述某相的另一回线路中作为潜式串补装置LSC。
[0013]本实用新型提供的又一优选的一种潜式串联电容器补偿装置，所述晶闸管阀为反并联的晶闸管组成。
[0014]本实用新型提供的又一优选的一种潜式串联电容器补偿装置，所述电容器组为至少两个串联或并联的电容器。
[0015]和最接近的现有技术比，本实用新型提供技术方案具有以下优异效果
[0016]1、本实用新型中潜式串补装置采用常规串补的基本结构，不增加设备成本及制造难度，且拓扑结构灵活；
[0017]2、本实用新型中潜式串补装置根据具体的系统条件可采用各种不同的过电压保护措施，形成各种新式潜式串补基本结构:单间隙保护、双间隙保护、MOV保护、晶闸管阀保护和MOV-并联间隙组合保护，应用灵活；
[0018]3、本实用新型中潜式串补既可以用作常规串补，也可以用作潜式串补。作为常规串补使用时，模式切换装置Ql处于分闸状态，模式切换装置Q2处于合闸状态；作为潜式串补使用时，模式切换装置Ql处于合闸状态，模式切换装置Q2处于分闸状态；
[0019]4、本实用新型的串补装置适应多种投退控制策略，如保守投退控制策略、非保守控制策略，还可在不同的情况下将保守策略与非保守策略组合使用，可靠性和灵活性都较高；可在区内单相或两相故障时采用保守策略，区外单相或多相故障时，潜式串补三相电容器组采用非保守策略均投入运行；
[0020]5、本实用新型的串补装置既可以一套单独使用，也几套一起可以配合使用；配合使用也有多种不同的形式选择；
[0021]6、本实用新型的串补装置多套配合使用时，可以根据未来系统发展的需要，同时变换为常规串补装置使用，进一步提高系统的输送能力；或同时变换为潜式串补使用，进一步减小功角特性的加速面积，加快系统稳定速度，提高系统的暂态稳定水平；
[0022]7、本实用新型的串补装置联合使用可以抵御某些来自两装置自身的风险——当串补装置LSC的模式切换装置Ql出现故障无法合闸时，可立即闭合串补装置LSC的模式切换装置Q2将串补装置LSC切换为常规串补运行，再将串补装置SC的模式切换装置Ql闭合时，即将串补装置SC切换为潜式串补运行；当串补装置SC的模式切换装置Q2出现故障断开时，可做类似处理；这样，在发生上述两种故障的条件下，经过模式互换，整条线路对外仍表现为串补装置LSC与SC的组合，仍可以实现正常运行时对输电线路的阻抗进行补偿，故障条件下能加速系统恢复稳定；
[0023]8、本实用新型中如果串补装置LSC的模式切换装置Ql和模式切换装置Q2配置为断路器，串补装置SC的模式切换装置Ql和模式切换装置Q2配置为断路器，串补装置可以实现在不停运的情况下对两者的模式切换装置Ql和模式切换装置Q2进行检修，并实现模
式互换。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型潜式串补装置主电路示意图；[0025]图2为本实用新型中单间隙保护的潜式串补装置主电路示意图；
[0026]图3为本实用新型中双间隙保护的潜式串补装置主电路示意图；
[0027]图4为本实用新型中MOV保护的潜式串补装置主电路示意图；
[0028]图5为本实用新型中MOV-并联晶闸管阀保护的潜式串补装置主电路示意图；
[0029]图6为本实用新型中MOV-并联间隙保护的潜式串补装置主电路示意图；
[0030]图7为本实用新型中设有两套相互配合的潜式串补装置的部分等值系统图；
[0031]图8为本实用新型中潜式串补装置判断短路故障逻辑框图；
[0032]图9为本实用新型中潜式串补装置单独作用时区内单相故障动作逻辑框图；
[0033]图10为本实用新型中潜式串补装置与常规串补装置配合使用时区内单相故障动作逻辑图；
[0034]图11为本实用新型中潜式串补装置单独作用时区内两相故障动作逻辑图；
[0035]图12为本实用新型中潜式串补装置与常规串补装置配合作用时区内两相故障动作逻辑图；
[0036]图13为本实用新型中潜式串补装置单独作用时区外单相故障动作逻辑图；
[0037]图14为本实用新型中潜式串补装置单独作用区外多相故障动作逻辑图；
[0038]图15为本实用新型中潜式串补装置与常规串补装置配合使用时三相串联电容器组投运区外单相或多相故障动作逻辑图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合实施例对实用新型作进一步的详细说明。
[0040]实施例1:
[0041]如图1-5所示，本例的实用新型潜式串联电容器补偿装置包括电容器组C、过电压保护装置、阻尼装置D和旁路断路器BP ;所述电容器组C与所述阻尼装置D串联后再分别与所述过电压保护装置和旁路断路器并联BP ;所述电容器组C和所述阻尼装置D分别与输电线路间通过模式切换装置Ql和Q2连接；
[0042]所述过电压保护装置为单间隙、双间隙、金属氧化物限压器MOV、晶闸管阀与金属氧化物限压器MOV并联组合、或间隙与所述金属氧化物限压器MOV并联组合；应用时需要根据串补所在线路的输送能力、系统稳定水平等选择合适的过电压保护装置。
[0043]所述装置在电力系统中单独作为常规串补装置使用或单独作为潜式串补装置使用或两套、两套以上所述装置配合使用；既可以实现正常情况下提高系统输送容量又可以在故障情况下帮助系统恢复稳定。
[0044]当所述装置作为常规串补装置使用时，在电力系统正常时与所述输电线路连接的串联电容器组投入运行，当电力系统故障时所述串联电容器组退出运行；
[0045]当所述装置为潜式串补装置使用时，在电力系统正常时所述装置不投入运行，只在系统故障时投入运行。具体来说，当发生区内单相或两相短路故障时，判断出故障后，非故障相立即投入运行，故障切除后可在线路重投前将三相串联电容器组重新旁路，也可在线路重投成功后再将三相串联电容器组重新旁路。区内发生三相短路故障时，三相串联电容器组均不投入运行。区外发生单相或多相故障时，潜式串补三相电容器组可以投入运行也可以不投入运行。[0046]图1中，Line为串补装置所在线路；S为设置在Line上的断路器，用于检修串补装置的情况。若所述潜式串补装置作为潜式串补装置运行，所述模式切换装置Ql处于闭合状态，所述模式切换装置Q2处于打开状态，所述断路器S始终处于断开状态。当电力系统正常运行时，所述旁路断路器BP处于合闸位置，所述串联电容器组C被旁路；当电力系统发生故障时，所述旁路断路器BP处于分闸位置，串联电容器组C短时投入运行；所述短时为大于系统重投时间，1.2s-2s间，推荐运行时间为1.2s。
[0047]若所述潜式串补装置作为常规串补装置运行，所述模式切换装置Ql处于打开状态，所述模式切换装置Q2处于闭合状态，所述断路器S始终处于断开状态。当电力系统正常运行时，所述旁路断路器BP处于分闸位置，所述串联电容器组C投入运行；当电力系统发生故障时，所述旁路断路器BP处于合闸位置，所述串联电容器组C被旁路。
[0048]根据具体的电力系统条件可采用各种不同的过电压保护措施，形成的各种潜式串补基本结构如附图2-6所示分别为单间隙保护，双间隙保护，为MOV保护，MOV-并联晶闸管阀保护和MOV-并联间隙组合保护。
[0049]单套所述潜式串补作为潜式串补单独运行的情况，结合附图1进行说明。电力系统正常运行时，所述断路器S处于断开状态，所述模式切换装置Ql闭合且模式切换装置Q2打开，所述旁路断路器BP的状态决定串补的投退状态。当所在输电线路的电流正常时，所述旁路断路器BP处于合闸状态，串联电容器组退出运行；当短路故障发生时，检测出线路短路电流，判定不同的故障类型，然后决定串联电容器组的投退方式。
[0050]一般投退方式:
[0051](I)区内发生单相或两相短路故障时，判断出故障后，潜式串补装置非故障相立即投入，故障相保持旁路；故障消除后，三相电容器组并可在线路重投前重新旁路，也可在线路重投后重新旁路；
[0052](2)区内发生三相故障时，判断出故障后，三相串联电容器组均不投入运行；
[0053](3)区外发生单相或多相故障时，三相串联电容器组可以投入运行，也可以不投入运行。
[0054]一般投退方式分为保守投退方式和非保守投退方式，选择何种投退策略，可根据具体情况而定。
[0055]保守投退方式:
[0056](I)区内单相或两相故障，判断出故障后，非故障相串联电容器组立即投入，故障切除后，三相串联电容器组在线路重投成功后重新旁路；
[0057](2)区内三相故障，判断出故障后，三相串联电容器组均不投入；
[0058](3)区外故障，判断出区外单相或多相故障后，三相串联电容器组可以投入运行也可以不投入运行；如果投入运行，待故障切除成功输电线路重投后再将三相串联电容器组退出运行。
[0059]非保守投退方式:
[0060](I)区内单相或两相故障，判断出故障后，非故障相立即投入，故障消除后，在线路重投前将三相串联电容器组重新投入；
[0061](2)区内三相故障，判断出故障后，三相串联电容器组均不投入；
[0062](3)区外故障，判断出区外单相或多相故障后，三相电容器组可以投入运行也可以不投入运行；如果投入运行，待故障切除成功输电线路重投前再将三相串联电容器组退出运行。
[0063]两套潜式串补装置配合运行的情况下，结合附图7进行说明。电力系统既要满足正常情况下输送大容量功率的条件、又要满足故障情况下迅速恢复稳定的条件下新式潜式串补的装设情况。其中一个潜式串补装置在一回线路中作为常规串补运行，用于补偿线路阻抗，另一个潜式串补装置在另一回线路中作为潜式串补运行，用于帮助系统恢复稳定。
[0064]所述潜式串补装置I用作潜式串补LSC，潜式串补装置2用作常规串补SC。B2_3A、B3_2A分别表示靠近其中所述一回线路的母线2、3之间靠近母线2侧和母线3侧的线路断路器，B2_3A，、B3_2A，分别表示靠近所述另一回线路母线2、3之间靠近母线2侧和母线3侧的线路断路器，F1/F2/F3分别表示线路发生单相短路、两相短路和三相短路故障。
[0065]两套串补装置在使用上保持相互独立，与单套串补独立运行的情况相同，具体的逻辑框图见附图8，详细如下:
[0066]第I步:系统正常时两串补的初始运行状态
[0067]线路2-3正常运行时，所述装置LSC的旁路断路器闭合，串联电容器组处于旁路状态；所述装置SC的旁路断路器断开，串联电容器组处于投运状态。
[0068]第2步:各自判断线路是否发生短路故障
[0069]所述装置LSC和SC每时每刻都检测自身所在线路的电流瞬时值以及线路电流的斜率。
[0070]如果所在输电线路电流瞬时值大于设定值或者线路电流斜率大于设定值且线路电流瞬时值大于设定值(该设定值为一个高于线路额定电流的值，防止在系统正常运行时误动作)则判断出线路发生短路故障，解开所述装置LSC的旁路断路器闭锁且保持其旁路断路器闭合，解开所述装置SC的旁路断路器闭锁并保持其旁路断路器断开。
[0071]第3步，判断区内故障还是区外故障
[0072]如果两串补所在线路断路器动作并断开，则判断出短路故障为区内故障；如果串补相邻线路断路器动作并断开，则判断出短路故障为区外故障。
[0073]第4步:潜式串补装置的动作情况
[0074]如图9-15所示，如果发生短路故障，以潜式串补装置采用保守投退运行方式为例，则按下面方式继续判断:
[0075](I)如果两所述串补装置所在输电线路的一相断路器跳开，以A相为例，所述装置LSC发出区内单相故障告警，闭锁所述装置LSC的旁路断路器且保持其旁路断路器闭合，三相串联电容器组均不投入。所述装置SC判断出区内单相故障后，经过一定延时，推荐运行时间为1.2s，将自身的A相旁路断路器闭合，使SC的A相串联电容器组被旁路。故障切除后，将SC的A相电容器组重投。
[0076](2)如果两串补所在线路的两相断路器跳开，以A、B相为例，所述装置LSC发出区内两相故障告警，非故障相的电容器组立即投入运行。所述装置SC判断出区内两相故障后，经过一定延时，推荐运行时间为1.2s，将三相旁路断路器闭合，三相串联电容器组均旁路。故障切除成功且线路重投成功后，将所述装置LSC的三相串联电容器组重新旁路，旁路成功后，再将所述装置SC的三相电容器组重投。
[0077](3)如果此输电线路的三相断路器跳开，则发出区内三相故障告警，所述装置LSC的旁路断路器保持闭合不动并闭锁，三相电容器组均不投入运行，所述装置SC的旁路断路器动作闭合并闭锁，三相电容器组均不投入运行。
[0078](4)如果某相邻线路的单相或多相断路器跳开，则发出区外单相或多故障告警，即所述装置LSC的三相串联电容器组可以不投入运行也可以投入运行；所述装置SC的旁路断路器保持断开并闭锁，即所述装置SC的串联电容器组继续保持投入运行状态。
[0079]如果发生短路故障，以潜式串补装置采用非保守投退运行方式为例，则按下面方式继续判断:
[0080](I)如果两所述串补装置所在输电线路的一相断路器跳开，以A相为例，则所述装置LSC发出区内单相故障告警，闭锁所述装置LSC的旁路断路器且保持其旁路断路器闭合，三相串联电容器组均不投入运行。所述装置SC判断出区内单相故障后，经过一定延时，推荐运行时间为1.2s，将自身的A相旁路断路器闭合，使所述装置SC的A相串联电容器组被旁路。故障切除后，将所述装置SC的A相串联电容器组重投。
[0081](2)如果两串补装置所在输电线路的两相断路器跳开，以A、B相为例，所述装置LSC发出区内两相故障告警，非故障相的电容器组立即投入运行。所述装置SC判断出区内两相故障后，经过一定延时，推荐运行时间为1.2s，将三相旁路断路器闭合，三相串联电容器组被旁路。故障切除成功线路重投前，将所述装置LSC的三相电容器组重新旁路，旁路成功且线路重投成功后，再将所述装置SC的三相电容器组重投。
[0082](3)如果两串补装置所在输电线路的三相断路器跳开，则发出区内三相故障告警，所述装置LSC的旁路断路器保持闭合不动并闭锁，其三相串联电容器组均不投入运行，所述装置SC的旁路断路器动作闭合并闭锁，其三相串联电容器组均不投入运行。
[0083](4)如果某相邻线路的单相或多相断路器跳开，则发出区外单相或多故障告警，所述装置LSC的旁路断路器保持闭合不动并闭锁，即所述装置LSC的串联电容器组不投入运行；所述装置SC的旁路断路器保持断开并闭锁，即所述装置SC的串联电容器组继续保持投入运行状态。
[0084]将来随着电力系统输送容量的提高，所述装置LSC和SC的联合根据具体的需要，既可以都转为常规串补的模式运行，以进一步提高输送容量；也可以都转为潜式串补的模式运行，以帮助系统恢复稳定。无需更换新的串补，从而能够大大节约投资。
[0085]所述装置LSC和SC联合使用可以抵御某些来自两装置自身的风险。当所述装置LSC的模式切换装置Ql出现故障无法合闸时，可先闭合所述装置LSC的模式切换装置Q2将所述装置LSC切换为常规串补，再将所述装置SC的模式切换装置Ql闭合时，将所述装置SC切换为潜式串补；实现了在不停电和不改变系统状态的情况下两个串补模式的互换，整条线路对外仍为所述装置LSC与模式切换装置SC的组合运行模式。当所述装置SC的模式切换装置Q2出现故障无法合闸时，可做类似处理。也就是说，两装置在发生上述故障的条件下，仍可以实现正常运行时对输电线路的阻抗进行补偿，故障条件下能加速系统恢复稳定的功能。
[0086]另外，运行时所述装置LSC的模式切换装置Q2处于断开状态，如果所述模式切换装置Ql和Q2配置为断路器，则可以在不停运所述装置LSC的情况下对模式切换装置Q2进行检修；运行时所述装置SC的模式切换装置Ql处于断开状态，如果所述模式切换装置Ql和Q2配置为断路器，则可以在不停运所述装置SC的情况下对模式切换装置Ql进行检修。检修完成后，还将所述装置LSC转换为所述装置SC运行、所述装置SC转换为所述装置LSC运行，进而对所述装置LSC的模式切换装置Ql和所述装置SC的模式切换装置Q2在不停运的情况下继续检修。既实现了不停运检修模式切换断路器，又实现了两种串补运行模式的互换，延长了两者的使用寿命。
[0087]最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种潜式串联电容器补偿装置，所述装置包括电容器组、过电压保护装置、阻尼装置和旁路断路器；所述电容器组与所述阻尼装置串联后再分别与所述过电压保护装置和旁路断路器并联；其特征在于:所述电容器组和所述阻尼装置分别与输电线路间通过模式切换装置Ql和Q2连接。
2.如权利要求1所述的一种潜式串联电容器补偿装置，其特征在于:所述过电压保护装置为单间隙、双间隙、金属氧化物限压器MOV、晶闸管阀与金属氧化物限压器MOV并联组合、或间隙与所述金属氧化物限压器MOV并联组合。
3.如权利要求1所述的一种潜式串联电容器补偿装置，其特征在于:所述模式切换装置是断路器或隔离刀闸。
4.如权利要求1所述的一种潜式串联电容器补偿装置，其特征在于:所述装置在电力系统中单独作为常规串补装置或单独作为潜式串补装置或两套、两套以上所述装置。
5.如权利要求4所述的一种潜式串联电容器补偿装置，其特征在于:两套所述装置为:其中一个所述装置设置在某相的一回线路中作为常规串补装置SC ;另一个所述装置设置所述某相的另一回线路中作为潜式串补装置LSC。
6.如权利要求2所述的一种潜式串联电容器补偿装置，其特征在于:所述晶闸管阀为反并联的晶闸管组成。
7.如权利要求1所述的一种潜式串联电容器补偿装置，其特征在于:所述电容器组为至少两个串联或并联的电容器。
【文档编号】H02J3/18GK203607856SQ201320802429
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】吴倩, 戴朝波, 王轩, 宿剑飞 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞科技有限公司