本發(fā)明涉及電容補(bǔ)償電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙斷路器冗余保護(hù)低功耗10kV串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。

背景技術(shù)：

目前的10kV配電系統(tǒng)中的串聯(lián)電容補(bǔ)償技術(shù)可以解決由于線路過(guò)長(zhǎng)、負(fù)荷過(guò)大而引起的低電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)為線路提供無(wú)時(shí)滯的無(wú)功補(bǔ)償、提高線路功率因素、降低線路損耗、提高電壓穩(wěn)定性，是一種10kV配電網(wǎng)新型無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。

現(xiàn)有的快速開關(guān)型10kV串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置采用單快速斷路器接線方式，主要缺點(diǎn)如下：

1、保護(hù)可靠性低：斷路器均存在拒動(dòng)可能，特別是合閘時(shí)間≤10ms的快速斷路器拒動(dòng)的可能性更高，僅使用單斷路器作為主電容器保護(hù)，當(dāng)線路發(fā)生相間短路而斷路器發(fā)生拒動(dòng)時(shí)電容器得不到有效保護(hù)，將造成整套裝置損壞；

2、氧化鋅限壓器(MOV)容量過(guò)大：因?yàn)橹挥袉闻_(tái)斷路器，當(dāng)線路發(fā)生相間短路而快速斷路器拒動(dòng)時(shí)，只能依靠線路出線斷路器切斷短路，而出線斷路器分閘時(shí)間較長(zhǎng)(一般≥100ms)，要求MOV耐受過(guò)電壓的時(shí)間長(zhǎng)、吸收能量大、制造難度大、造價(jià)高；

3、運(yùn)行方式不靈活：因?yàn)榕月分肥褂酶綦x開關(guān)，必須人為手動(dòng)就地操作，當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償裝置因自身故障發(fā)生閉鎖或系統(tǒng)不需要補(bǔ)償時(shí)，必須人工就地操作隔離開關(guān)，裝置的使用率低，操作時(shí)間長(zhǎng)。

4、功耗較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種低功耗10kV串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，以解決上述技術(shù)問題；本發(fā)明采用雙快速斷路器接線方式實(shí)現(xiàn)主電容器的快速冗余保護(hù)，提高保護(hù)的可靠性，同時(shí)降低MOV的容量要求，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償裝置的快速就地、遠(yuǎn)動(dòng)操作，提高串補(bǔ)裝置的可用性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種低功耗10kV串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，包括控制器、第一快速斷路器QF1、串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C、氧化鋅限壓器MOV、阻尼支路電阻R、阻尼支路電感L、電流互感器TA、電壓互感器TV、隔離開關(guān)QS和第二快速斷路器QF2；所述控制器分別電性連接電壓互感器TV、電流互感器TA、第一快速斷路器QF1、第二快速斷路器QF2；所述第二快速斷路器QF2的兩端分別與串聯(lián)補(bǔ)償裝置兩端的輸電線路相連接；所述串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C通過(guò)雙隔離開關(guān)QS連接輸電線路，且與第二快速斷路器QF2并聯(lián)；所述電壓互感器TV并聯(lián)在串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C的兩端；所述氧化鋅限壓器MOV串聯(lián)連接電流互感器TA，并與串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C并聯(lián)；所述阻尼支路電阻R和阻尼支路電感L并聯(lián)，其一端連接電流互感器TA，另一端連接第一快速斷路器QF1一端；所述第一快速斷路器QF1的另一端連接氧化鋅限壓器MOV。

進(jìn)一步的，所述控制器包括低功耗CPU、UPS電源、控制回路電路；所述低功耗CPU分別連接UPS電源、控制回路電路；所述控制回路電路分別連接電壓互感器TV、電流互感器TA、第一快速斷路器QF1和第二快速斷路器QF2。

進(jìn)一步地，所述電流互感器TA為串聯(lián)在氧化鋅限壓器MOV支路，用以實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)的電流互感器TA。

更進(jìn)一步地，所述電壓互感器TV為用以保護(hù)用的電壓互感器TV。

更進(jìn)一步地，所述隔離開關(guān)QS為檢修用的隔離開關(guān)QS。

更進(jìn)一步地，所述第二快速斷路器QF2用以實(shí)現(xiàn)旁路支路的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)動(dòng)控制。

更進(jìn)一步地，所述第一快速斷路器QF1的合閘時(shí)間≤10ms。

更進(jìn)一步地，所述第二快速斷路器QF2的合閘時(shí)間≤40ms。

更進(jìn)一步地，第一快速斷路器QF1的合閘時(shí)間小于第二快速斷路器QF2的合閘時(shí)間。

更進(jìn)一步地，所述第一快速斷路器QF1和第二快速斷路器QF2用以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置中主電容器C及氧化鋅限壓器MOV的冗余保護(hù)。

更進(jìn)一步地，所述低功耗CPU為單片機(jī)或DSP。

更進(jìn)一步地，所述UPS電源為市電供電和太陽(yáng)能電池供電兩種供電方式的UPS電源。

更進(jìn)一步地，所述串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置工作時(shí)，包括：

S1)、串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置在運(yùn)行過(guò)程中，在其后的線路發(fā)生相間的兩相或三相短路的情況下，首先由氧化鋅限壓器MOV無(wú)時(shí)延地限制短路引起的串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C兩端的電壓升高，同時(shí)QF1和QF2啟動(dòng)合閘，在10ms的時(shí)間內(nèi)串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C和氧化鋅限壓器MOV，完成對(duì)電容器和氧化鋅限壓器MOV的保護(hù)；

S2)、在控制器正確合閘情況下，QF2仍然完成合閘操作但不起保護(hù)作用，在QF1發(fā)生拒動(dòng)的情況下，QF2保證在40ms時(shí)間內(nèi)完成對(duì)主電容器和氧化鋅限壓器MOV的保護(hù)，起到冗余保護(hù)作用。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置采用冗余保護(hù)技術(shù)，提高了串聯(lián)補(bǔ)償電容裝置保護(hù)的可靠性，降低了MOV的造價(jià)，提高了串聯(lián)補(bǔ)償裝置的可用性進(jìn)而提高了供電可靠性和電能質(zhì)量，且功耗很低。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種低功耗10kV串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置原理圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種低功耗10kV串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的仿真曲線。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明一種低功耗10kV串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，包括控制器、第一快速斷路器QF1、串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C、氧化鋅限壓器MOV、阻尼支路電阻R、阻尼支路電感L、電流互感器TA、電壓互感器TV、隔離開關(guān)QS和第二快速斷路器QF2。

控制器分別電性連接電壓互感器TV、電流互感器TA、第一快速斷路器QF1、第二快速斷路器QF2；第二快速斷路器QF2的兩端分別與串聯(lián)補(bǔ)償裝置兩端的輸電線路相連接；串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C通過(guò)雙隔離開關(guān)QS連接輸電線路，且與第二快速斷路器QF2并聯(lián)；電壓互感器TV并聯(lián)在串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C的兩端；氧化鋅限壓器MOV串聯(lián)連接電流互感器TA，并與串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C并聯(lián)；阻尼支路電阻R和阻尼支路電感L并聯(lián)，其一端連接電流互感器TA，另一端連接第一快速斷路器QF1一端；第一快速斷路器QF1的另一端連接氧化鋅限壓器MOV；制器包括低功耗CPU、UPS電源和控制回路電路；低功耗CPU分別連接UPS電源和控制回路電路；控制回路電路分別連接電壓互感器TV、電流互感器TA、第一快速斷路器QF1和第二快速斷路器QF2。

電流互感器TA為串聯(lián)在氧化鋅限壓器MOV支路，用以實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)的電流互感器TA。

電壓互感器TV為用以保護(hù)用的電壓互感器TV。

隔離開關(guān)QS為檢修用的隔離開關(guān)QS。

第二快速斷路器QF2用以實(shí)現(xiàn)旁路支路的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)動(dòng)控制。

第一快速斷路器QF1為合閘時(shí)間≤10ms的第一快速斷路器QF1。

第二快速斷路器QF2為合閘時(shí)間≤40ms的永磁機(jī)構(gòu)快速斷路器QF2。

第一快速斷路器QF1和第二快速斷路器QF2用以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置中主電容器C及氧化鋅限壓器MOV的冗余保護(hù)。

由元件隔離開關(guān)QS、第二快速斷路器QF2組成的旁路支路，其中元件第二快速斷路器QF2實(shí)現(xiàn)雙斷路器冗余保護(hù)。

低功耗CPU為單片機(jī)或DSP。

UPS電源為市電供電和太陽(yáng)能電池供電兩種供電方式的UPS電源。

本發(fā)明一種低功耗10kV串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的工作方法包括以下步驟：

S1)、串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置在運(yùn)行過(guò)程中，在其后的線路發(fā)生相間的兩相或三相短路的情況下，首先由氧化鋅限壓器MOV無(wú)時(shí)延地限制短路引起的串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C兩端的電壓升高，同時(shí)QF1和QF2啟動(dòng)合閘，在10ms的時(shí)間內(nèi)串聯(lián)補(bǔ)償主電容器C和氧化鋅限壓器MOV，完成對(duì)電容器和氧化鋅限壓器MOV的保護(hù)；

S2)、在控制器正確合閘情況下，QF2仍然完成合閘操作但不起保護(hù)作用，在QF1發(fā)生拒動(dòng)的情況下，QF2保證在40ms時(shí)間內(nèi)完成對(duì)主電容器和氧化鋅限壓器MOV的保護(hù)，起到冗余保護(hù)作用。

如圖1所示，圖中虛線框內(nèi)是串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置部分。圖中QF為線路出線斷路器，QF1為第一快速斷路器，QF2為第二快速斷路器，C為主電容器，MOV為氧化鋅限壓器。第一快速斷路器采用合閘時(shí)間≤10ms的專用斷路器，第二快速斷路器采用合閘時(shí)間≤40ms的永磁機(jī)構(gòu)快速斷路器，利用兩斷路器自身合閘時(shí)間上的快慢配合實(shí)現(xiàn)冗余保護(hù)。冗余保護(hù)的原理如下：第一快速斷路器QF1的合閘時(shí)間小于第二快速斷路器QF2的合閘時(shí)間。串聯(lián)補(bǔ)償裝置在運(yùn)行過(guò)程中，如果其后線路發(fā)生相間短路(兩相或三相短路)，首先由MOV無(wú)時(shí)延地限制短路引起的主電容器C兩端的電壓升高，同時(shí)QF1和QF2啟動(dòng)合閘，在10ms的時(shí)間內(nèi)旁路主電容器和MOV，完成對(duì)電容器和MOV的保護(hù)。當(dāng)CB1正確合閘情況下，QF2仍然完成合閘操作但不起保護(hù)作用，當(dāng)QF1發(fā)生拒動(dòng)時(shí)，QF2保證在40ms時(shí)間內(nèi)完成對(duì)主電容器和MOV的保護(hù)，起到冗余保護(hù)作用。由于兩個(gè)斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)完全獨(dú)立，采用雙斷路器實(shí)現(xiàn)冗余保護(hù)可以大大提高保護(hù)的可靠性。從原理上講，雙斷路器保護(hù)的可靠性比單斷路器提高一倍。

圖2為用電磁暫態(tài)程序(EMTP)仿真得出的一個(gè)具體工程應(yīng)用實(shí)例中單斷路器與雙斷路器接線方案MOV承受的能量對(duì)比曲線，MOV的設(shè)計(jì)容量由電流流過(guò)MOV的最長(zhǎng)時(shí)間確定，且與該時(shí)間成正比，選擇第二斷路器QF2合閘時(shí)間≤40ms，由于QF2的合閘時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于QF的分閘時(shí)間(一般≥100ms，受線路保護(hù)配合制約不能減少)，因而在QF1拒動(dòng)的情況下，MOV通流的時(shí)間≤40ms，MOV容量的選擇此時(shí)按照40ms而不是100ms(或更長(zhǎng)時(shí)間)確定，因而，本發(fā)明可以使MOV的容量減小60％以上，不僅帶來(lái)MOV制造難度的降低，降低了成本，而且使整體串聯(lián)補(bǔ)償裝置體積大大縮小。

圖2中單斷路器與雙斷路器接線方案在相同短路故障情況下MOV吸收能量的對(duì)比仿真計(jì)算結(jié)果顯示，單斷路器接線方式在線路短路故障時(shí)，MOV在100ms中流過(guò)共10次脈沖電流波(正負(fù)各5個(gè))，吸收的能量為560kJ，雙斷路器冗余保護(hù)接線方式MOV僅流過(guò)40ms共4次脈沖電流波(正負(fù)各2個(gè))，吸收的能量為130kJ。

由于采用了第二斷路器，使旁路支路由原來(lái)的就地手動(dòng)操作模式變?yōu)檫壿嬁刂坪瓦h(yuǎn)動(dòng)控制等自動(dòng)控制模式，縮短了操作時(shí)間，提高了線路供電可靠性。例如，當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償裝置自身發(fā)生主電容器、QF1故障時(shí)，控制器可以即刻合閘QF2保證線路正常供電，無(wú)需即刻派人趕赴裝置安裝地點(diǎn)手動(dòng)關(guān)合隔離開關(guān)完成線路供電；第二斷路器的使用配合遠(yuǎn)動(dòng)和遙測(cè)技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償裝置的遠(yuǎn)方投退和監(jiān)控，對(duì)于安裝于遙遠(yuǎn)地區(qū)的串聯(lián)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行提供了極大的靈活性。

串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的冗余保護(hù)特性試驗(yàn)按如下方法實(shí)施：

短路快速冗余保護(hù)試驗(yàn)：在MOV支路的電流互感器一次側(cè)施加模擬短路電流(流過(guò)MOV元件的)，檢查雙快速斷路器是否同時(shí)啟動(dòng)合閘并按照設(shè)計(jì)時(shí)間順序完成合閘操作，然后，將第一快速斷路器合閘線圈開路模擬拒動(dòng)，再次在MOV支路的電流互感器一次側(cè)施加模擬短路電流，檢查第二快速斷路器是否在規(guī)定的時(shí)間完成合閘；

過(guò)電流冗余保護(hù)試驗(yàn)：在主回路電流互感器一次側(cè)施加電流使其達(dá)到過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，檢查雙快速斷路器是否同時(shí)啟動(dòng)合閘并按照設(shè)計(jì)時(shí)間順序完成合閘操作，然后，將第一快速斷路器合閘線圈開路模擬拒動(dòng)，再次在主回路電流互感器一次側(cè)施加電流使其達(dá)到過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，檢查第二快速斷路器是否在規(guī)定的時(shí)間完成合閘；

過(guò)電壓冗余保護(hù)試驗(yàn)：在電壓互感器一次側(cè)施加電壓，使其達(dá)到裝置過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，檢查雙快速斷路器是否同時(shí)啟動(dòng)合閘并按照設(shè)計(jì)時(shí)間順序完成合閘操作，然后，將第一快速斷路器合閘線圈開路模擬拒動(dòng)，再次在電壓互感器一次側(cè)施加電壓，使其達(dá)到裝置過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，檢查第二快速斷路器是否在規(guī)定的時(shí)間完成合閘；

諧振冗余保護(hù)試驗(yàn)：在電壓、電流回路分別施加諧波電壓及電流，并使其達(dá)到諧波保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，檢查雙快速斷路器是否同時(shí)啟動(dòng)合閘并按照設(shè)計(jì)時(shí)間順序完成合閘操作，然后，將第一快速斷路器合閘線圈開路模擬拒動(dòng)，再次在電壓、電流回路分別施加諧波電壓及電流，并使其達(dá)到諧波保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，檢查第二快速斷路器是否在規(guī)定的時(shí)間完成合閘。

本發(fā)明的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置采用冗余保護(hù)技術(shù)，提高了串聯(lián)補(bǔ)償電容裝置保護(hù)的可靠性，降低了MOV的造價(jià)，提高了串聯(lián)補(bǔ)償裝置的可用性進(jìn)而提高了供電可靠性和電能質(zhì)量，且功耗很低。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。