DWK型户外高压无功自动补偿装置

摘要：针对变电站集中抵偿和配电变压器低压侧涣散抵偿存在的不足，提出在高压配电线路中采用柱上无功自动抵偿装配。该装配将一次和二次元件集成于户外箱体内，采用电压无功综合控制策略，以电压无功平面内的七区图作为电容器投切判据，有用避免了投切振荡现象。关头词：无功抵偿；并联电容器；电压无功综合控制随着配电系统负荷的增加和对供电质量要求的提高，对无功抵偿的需求也响应增加。今朝，我国配电网无功抵偿凡是在配电变压器低压侧（0.4kV侧）进行，但总投资高，且不能对变、配电的无功进行抵偿。在变电站集中抵偿模式中，整体无功缺额较年夜，且由于季节、昼夜负荷差异年夜，高峰时抵偿严重不足。是以，在高压配电线路中进行无功抵偿是十分需要的。本文在理论分析的根蒂根基上，从工程现实动身，研制出DWK型户外高压无功自动抵偿装配。该装配将一次和二次元件集成于户外箱体内，结构简单、性能稳定、成本低廉、安装维护利便，可有用提高功率因数、下降线损、改善电压质量。1装配整体设计DWK型户外高压无功自动抵偿装配的电气主接线如图1所示，包括一台三相星型接法的高压并联电容器、一台真空接触器、两台电压互感器、六只电流互感器、三只避雷器、控制器和低压控制回路。该装配集电气主回路与控制回路于一体，将高、低压元器件集成于户外箱体内，结构紧凑，使安装维护利便，且能庇护内部元器件不受户外恶劣情况的影响，出格适合柱上使用。DWK装配采用BAM11-200-3W型电容器，为三相内接星形，内部装有放电电阻，能使电容器在线路断开后的5min内残剩电压降到50V以下。我国3～66kV配电网年夜多为中性点非有用接地系统，所以单星形接线电容器的中性点不接地。完成抵偿电容器投切的开关是抵偿装配的关头，直接影响整个装配工作的靠得住性。DWK选用CKG4型真空接触器，重击穿几率极低，并设置操作过电压庇护。对于10kV电容器，其尽缘水平与电网一致，熔断器应装在电源侧，这由于庇护电容器极间击穿，熔断器装在电源侧或中性点侧作用都一样。可是，当发生套管闪络和极对壳击穿故障时，故障电流只流经电源侧，中性点侧无故障电流，所以装在中性点侧的熔断器对这类故障不起庇护作用。另外，傍边性点侧已发生一点接地，这时候再发生电容器套管闪络和极对壳击穿故障，相当于两点接地，装在中性点的熔断器被短接而不起庇护作用。电容器的操作过电压主要是分闸操作时的过电压，年夜多泛起在单相重击穿时，两相重击穿和一次操作时发生屡次重击穿的几率均很小。是以，仅斟酌发生单相重击穿时的过电压，采用相对地避雷器接线方式。避雷器选用无间隙金属氧化物避雷器。图1　DWK型户外高压无功自动抵偿装配的电气主接线图2电气控制回路设计DWK型户外高压无功自动抵偿装配的电气控制回路原理如图2所示。控制回路中除投进和切除电容器的自动控制功能，还有自力的手动控制功能。另外，还有电压指示灯和投进和切除指示灯。当DWK型户外高压无功自动抵偿装配处于工作状态时，空开QF闭合，给控制器提供电源，同时电源指示灯BD点亮。当电容器未投进时，真空接触器KM的常闭触点闭合，使电容器切除指示灯LD点亮。控制开关SA为手动/自动转换开关。当SA(1-2)触点接通时，装配处于手动投切状态：按钮SB2被按下时，其常开触点闭合，则SA(1-2)-SB1-SB2-KM回路导通，真空接触器KM闭合，使电容器投进。同时，KM的常开触点闭合，使SA(1-2)-SB1-KM-KM回路导通，实现自锁，并使电容器投进指示灯LD点亮。只要SB2复位，其常闭触点断开，KM线圈断电，切除电容器。当SA(3-4)触点接通时，装配处于自动投切状态。控制器发出投进电容器指令时，电容器投进旌旗灯号继电器KZQ1的常开触点闭合，则SA(3-4)-KZQ1-ZJ-KZQ2回路导通，使中心继电器ZJ的线圈带电，其辅助常开触点闭合，自锁连结。同时，ZJ的主触点闭合，使SA(3-4)-ZJ-KM回路导通，真空接触器KM线圈带电，使其主触点闭合，从而使电容器投进。控制器发出切除电容器指令时，电容器切除旌旗灯号继电器KZQ2的常闭触点断开，则SA(3-4)-KZQ1-ZJ-KZQ2回路断开，使中心继电器ZJ线圈失电，其主触点断开，使KM线圈断电，切除电容器。即使此时有投进旌旗灯号使KZQ1的常开触点闭合，由于KZQ2的常闭触点断开，也不能使电容器投进。3自动控制策略本文以线路电压和无功功率作为控制方针，采用电压无功综合控制策略，即哄骗电压、无功两个判别量进行综合调理，以保证电压在及格范围内，同时实现无功基本平稳。该控制方案克服了单以电压作为调理判据所酿成的无功抵偿效果差的缺陷，消除按功率因数或无功功率控制时未斟酌电压调理的缺陷。电压无功控制方式为：电压小于电压下限时投电容器；电压年夜于电压上限时切电容器；电压及格且无功小于无功下限时，切电容器；电压及格而且无功年夜于无功上限时，投电容器；电压、无功都及格，不动作。按电压无功综合控制时，电压和无功两个方针函数存在相互冲突的区域，而且与按无功控制相似，在负荷较重时也存在电容器投切频仍的问题。如图3所示，在电压无功二维平面中，按电压上下限和无功上下限将整个平面分成0～6共7个区域。在其中的2区，即电压及格，无功超上限，控制策略为投电容器，投进电容器后，无功减小，电压也升高，此时，运行点就会进进1区，1区的策略为切电容器，切除电容器后又回到了2区原来的位置，在2区又投电容器，这样造成了投电容器→切电容器→投电容器→…这样的投切振荡，是以必需接纳措施予以解决。图2　DWK型户外高压无功自动抵偿装配的电气控制回路本文彩取的控制策略以下：运行点在0区，即电压及格，无功也及格，不动作；运行点在1区，即电压越上限，控制策略为切电容器；运行点在2区，即电压及格但接近于上限，与电压上限的距离小于UC，无功越上限，此时控制策略为不动作；运行点在3区，即电压及格且远离电压上限，无功越上限，此时应进一步斟酌功率因数的值，若是功率因数小于功率因数下限（无功越年夜，则功率因数越小），则投电容器，否则，不动作，这样做主要是为了避免负荷较年夜时投切频仍，类似于按无功和功率因数综合控制；运行点在4区，即电压越下限，控制策略为投电容器；运行点在5区，即电压及格但接近于下限，与电压下限的距离小于UC，无功越下限，此时控制策略为不动作；运行点在6区，即电压及格且远离下限，无功越下限，控制策略为切电容器。4控制器设计控制器是该装配的焦点部门，其性能直接决议了整个装配的靠得住性和控制、庇护功能的实现。4.1硬件设计图3　电压无功综合控制原理控制器必需在系统正常工作时检测和处置各类数据，实现对整个装配的控制和庇护，应具有以下功能，丈量和计较功能：检测和计较线路和电容器的电流、电压、有功功率、无功功率等；庇护功能：包括过压、欠压、失压、过流、短路、缺相等庇护，以保证装备的平安运行；控制执行功能：经由过程开关量输出驱动继电器，从而控制电容器投切；通讯功能：经由过程现场总线或通讯网络，向上位机或远方控制中心发送现场的各类运行参数和工作状态，同时接受上位机或控制中心下传的数据和饬令，对现场装备进行监控；人机交互功能：由键盘和显示器配合完成，可经由过程键盘把参数定值、功能设置等输进控制器，控制器按设定信息工作，并将参数设置、运行成效等显示。凭据上述功能要求，控制器的硬件电路在功能结构上可分成几个模块，如图4所示。图4　控制器硬件电路的整体功能结构旌旗灯号调理和数据收集模块是被测现场参量的进口通道，也是把被测现场参量转化成可与中央控制模块接口的信息功能部件，本文彩用智能电表芯片CS5460A进行数据收集。中央控制模块是智能控制器的焦点模块，负责处置和分析现场运行参量，给出操作饬令，由AT89C55单片机及需要的外围电路元件组成。开关量输出模块接收中央控制模块输出的饬令，完成对电容器的操作控制。通讯模块是实现网络功能的关头，用以完成现场装配与上位机之间各类信息的交换。人机交互模块是完成就地设置功能参数和检测运行状态的重要环节。4.2软件设计控制器硬件作用的阐扬水平取决于软件设计的合理性，是以要求软件必需高效、准确、功能语句简单、执行速度快、靠得住性高，且便于经管。基于控制器的硬件结构，本研究设计了响应的软件，以实现对抵偿电容器的合理控制，并能显示、存储、传输需要的信息，实现人机交互。软件设计接纳模块化的结构设计方案，使法式清晰、易维护，划分为以下几个模块，数据收集模块：经由过程对CS5460A的控制完成数据收集；运算处置模块：对收集旌旗灯号进行运算处置，以获得需要电量数据；控制庇护模块：对电容器的投切合理控制，并在各类故障状态下进行需要的庇护；人机接口模块：向用户显示电量数据，并可由用户设定功能结构和参数；通讯传输模块：经由过程串行总线实现电量数据和控制指令的靠得住传输。软件整体结构如图5所示。图5　控制器软件整体结构软件采用C语言和汇编夹杂编程，对于法式主体结构采用C语言编写，使法式可读性强、维护利便；对于底层驱动中与硬件直接接口的法式用汇编语言编写，以提高执行效率。本研究连系工程现实，成功研制了DWK型户外高压无功自动抵偿装配。该装配将一次和二次元件集成于户外箱体内，安装维护利便。采用电压无功综合控制策略，可凭据负荷变化自动调整抵偿容量，有用地提高配电网功率因数，削减线路电能消耗，改善电压质量，提高供电能力，增强电网稳定裕度。开发专用控制器，靠得住保证了整个装配控制与庇护功能的实现。该装配今朝已在部门地域电网运行使用，取得了较好的效果。参考文献[1]丁毓山,徐义斌.无功功率岗位培训教材[M].北京:中国水利水电出书社,2002.[2]金德生,金盛.供电企业电能消耗与无功经管手册[M].北京:中国电力出书社,2005.[3]GB50227-1995,并联电容器装配设计规范[S].[4]王汝文,宋政湘,杨伟.电器智能化原理及运用[M].北京:电子工业出书社,2003.