無功補(bǔ)償裝置講義

1、無功補(bǔ)償裝置講義一、無功補(bǔ)償裝置在系統(tǒng)中的作用電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，保證用戶處的電壓在額定范圍內(nèi)是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一，也是降低電力系統(tǒng)能量損耗，保持系統(tǒng)穩(wěn)定的需要。電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無功功率的平衡，系統(tǒng)中各種無功電源的無功輸出應(yīng)滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對(duì)無功功率的需求，否則電壓就會(huì)偏離額定值。而在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，由于事故的發(fā)生或運(yùn)行方式的改變，常常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)中無功過?；驘o功不足的現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的偏移，這就需要進(jìn)行無功補(bǔ)償，使電壓恢復(fù)到額定電壓水平。由于500KV線路輸送距離較遠(yuǎn)，其分布電容對(duì)無功功率的平衡有較大影響，利用發(fā)電廠無功設(shè)備輸出和

2、吸收無功功率，不僅降低線路輸送有功功率，也加大了電壓損耗，因此無功功率不宜長(zhǎng)距離輸送。一般在500KV樞紐變電站的主變壓器低壓側(cè)安裝無功補(bǔ)償裝置，滿足無功功率就地平衡的要求，使500KV系統(tǒng)電壓運(yùn)行在額定電壓水平。因此，無功補(bǔ)償裝置在平衡500KV電網(wǎng)中的無功功率，提高輸電線路的靜態(tài)穩(wěn)定水平起著非常重要的作用。二、無功補(bǔ)償裝置的原理利用并聯(lián)電容器產(chǎn)生無功功率，并聯(lián)電抗器吸收無功功率。三、 無功補(bǔ)償裝置分類目前在500KV變電站中廣泛采用的無功補(bǔ)償裝置主要有并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、靜止補(bǔ)償裝置和同步調(diào)相機(jī)等四種，而前三種在500KV變電站應(yīng)用最廣泛。1、 開關(guān)控制投切無功補(bǔ)償裝置基本接線圖如下：

3、它是利用斷路器來實(shí)現(xiàn)電容器、電抗器的投切，特別是對(duì)于電容器，由于其投切時(shí)的靜態(tài)過程比較嚴(yán)重，為限制投入產(chǎn)生的涌流，一般在電容器前面串聯(lián)一個(gè)比較小的電抗器，同時(shí)此電抗器與電容器組成串聯(lián)諧振濾波器，達(dá)到消除系統(tǒng)特征諧波的目的。為防止在投切時(shí)斷路器重燃，要求斷路器有較強(qiáng)的滅弧能力，一般多采用電壓等級(jí)相對(duì)額定電壓高的SF6或真空斷路器。另外，由于Qc=U²/Xc，當(dāng)連接點(diǎn)電壓下降時(shí)，它所產(chǎn)生的無功功率將減少，電容器無功輸出的減少將導(dǎo)致電壓繼續(xù)下降，說明了斷路器投切無功補(bǔ)償裝置的調(diào)節(jié)性能比較差，為此，一般采用多組容量相等的電容器來安裝的方式改善其調(diào)節(jié)性能。2、 無功靜止補(bǔ)償裝置我國從上世紀(jì)80

4、年代初建成500KV超高壓線路時(shí)，就從國外成套引進(jìn)了這種裝置。它主要是利用可控硅元件同步控制電容器和電抗器的投切，向系統(tǒng)發(fā)出或吸收連續(xù)可變的無功功率，其響應(yīng)速度比同步調(diào)相機(jī)和斷路器控制的電容器電抗器要快得多，但對(duì)于維持系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定方面其性能不及同步調(diào)相機(jī)。無功靜止補(bǔ)償裝置的接線圖如下。它主要由降壓變壓器T、固定電容器組FC、晶閘管投切電容器TSC和晶閘管控制的電抗器TCR組成。其中降壓變壓器的作用是為了滿足晶閘管的電氣參數(shù)優(yōu)化的要求而設(shè)置，以減少設(shè)備費(fèi)用。固定電容器組FC既可以安裝在變壓器T的高壓側(cè)，也可以安裝在其低壓側(cè)，其中串聯(lián)電抗器的作用與斷路器投切無功補(bǔ)償裝置中的串聯(lián)電卡電抗器相同。晶閘

5、管投切電容器TSC與晶閘管控制電抗器TSC是無功靜止補(bǔ)償裝置的主要設(shè)備，并決定其性能和運(yùn)行特性。（1） 晶閘管控制投切電抗器（TCR）。它由兩個(gè)電抗器和一個(gè)雙向晶閘管組成，其中L1主要用來限制晶閘管與L2之間故障時(shí)的通過晶閘管的電流。工程上利用控制晶閘管的導(dǎo)通角來控制電抗器L2的電流大小，達(dá)到控制無功輸出的目的。顯然，晶閘管全導(dǎo)通和完全截止，會(huì)導(dǎo)致L2的投入和退出。（單相晶閘管控制投切電抗器）（2）晶閘管控制投切電容器（TSC）。其中電抗器L的作用有三：一是降低電容器投入時(shí)的涌流變化率，二是與電容器組成串聯(lián)諧振濾波器，濾除系統(tǒng)的主要特征諧波，三是限制故障電流，保護(hù)晶閘管和電容器等元件。同樣，工

6、程上利用控制晶閘管的導(dǎo)通角來控制電容器組的投切，從而達(dá)到控制無功輸出的目的。 （單相晶閘管控制投切電抗器）四、無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行與維護(hù)1、根據(jù)無功靜止補(bǔ)償裝置的基本結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行方式一般有以下幾種選擇：第一，TSC+TCR：這種運(yùn)行方式適用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償且在正常情況下并不需要向系統(tǒng)提供太多的無功功率的情況下運(yùn)行。第二， FC+TCR或FC單獨(dú)運(yùn)行方式：適用于向系統(tǒng)輸出較大無功的情形。第三， FC+TCR+ TSC：這種方式具有較大的適應(yīng)范圍，也是靜止補(bǔ)償裝置最基本的運(yùn)行方式。第四， 一般不單獨(dú)使用TCR或TSC運(yùn)行方式。第五， 對(duì)于安裝了兩臺(tái)靜止補(bǔ)償裝置的變電站，要求兩臺(tái)裝置的運(yùn)行方式盡量一致。2、

7、正常運(yùn)行時(shí)，一般要求靜止補(bǔ)償裝置的無功出力控制在其額定容量的50%至60%范圍內(nèi)，保證其有一定的無功儲(chǔ)備來抑制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)。3、為了保證其快速調(diào)壓功能，運(yùn)行中必須采用逆調(diào)壓方式來調(diào)節(jié)參考電壓，即當(dāng)系統(tǒng)處于高峰負(fù)荷時(shí)，應(yīng)上調(diào)參考電壓以端電壓升高；當(dāng)系統(tǒng)處于低谷負(fù)荷時(shí)，則下調(diào)參考電壓，使端電壓降低。但必須注意參考電壓的調(diào)節(jié)應(yīng)使其運(yùn)行容量維持在原定的調(diào)壓范圍內(nèi)，以防止補(bǔ)償裝置超出出力運(yùn)行而誤跳閘。4、對(duì)于FC和TSC支路，在斷路器分閘后5分鐘之后才能操作其隔離刀閘。5、運(yùn)行中注意巡視檢查電容器外殼有無鼓脹變形和滲油現(xiàn)象，套管有無閃絡(luò)放電，電容器有無放電聲，電容器外熔絲有無熔斷掉牌，環(huán)境溫度是否超過

8、電容器允許的工作溫度。6、電抗器引線接頭有無裂紋，本體有無異常響聲和放電聲，周圍有無其他雜物或鐵磁物質(zhì)。7、由于晶閘管在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量熱能，因此對(duì)于靜止補(bǔ)償裝置還為其配置了冷卻系統(tǒng)，運(yùn)行中必須檢查冷卻系統(tǒng)運(yùn)行情況。晶閘管的冷卻系統(tǒng)主要有水冷和空氣冷卻兩種形式，其中水冷卻系統(tǒng)冷卻效率高，燥聲小，但維護(hù)比較復(fù)雜，空氣冷卻效率稍低，容易引起燥聲，但簡(jiǎn)單可靠。水冷卻系統(tǒng)必須在靜止補(bǔ)償裝置投運(yùn)前半小時(shí)啟動(dòng)，待內(nèi)冷卻水的含氧量、電導(dǎo)率、水位均正常后才能投入靜止補(bǔ)償裝置，停運(yùn)時(shí)，也必須在斷路器分閘后半小時(shí)再停水系統(tǒng)。五、無功補(bǔ)償裝置的操作管理1、運(yùn)行人員應(yīng)按系統(tǒng)電壓的變化趨勢(shì)對(duì)本站低壓電抗器、電容器組進(jìn)行操

9、作。在滿足500kV母線電壓要求的條件下，盡量減少操作次數(shù)。2、運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視母線電壓，控制500kV母線電壓運(yùn)行在網(wǎng)調(diào)下達(dá)的季度電壓曲線允許范圍內(nèi)。3、500kV母線電壓超過網(wǎng)調(diào)下達(dá)的季度電壓曲線上下限值時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)依次投入或退出相應(yīng)組數(shù)的無功補(bǔ)償裝置。操作完畢后及時(shí)將操作前后的電壓情況記錄在單項(xiàng)操作記錄本中。4、運(yùn)行人員也可根據(jù)網(wǎng)調(diào)值班調(diào)度員的命令對(duì)低壓無功設(shè)備進(jìn)行投退操作。5、盡量使各組無功補(bǔ)償裝置輪換運(yùn)行。6、若所有無功補(bǔ)償裝置均已投入或退出運(yùn)行仍然不能滿足電壓要求時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)向網(wǎng)調(diào)值班調(diào)度員匯報(bào)。7、35KV電抗器和電容器不允許同時(shí)投入運(yùn)行。8、系統(tǒng)事故造成500KV

10、母線電壓大副下降時(shí)，應(yīng)迅速退出35KV電抗器或投入35KV電容器，盡量提高500KV母線電壓，但不得超過電壓曲線的上限值。9、無功補(bǔ)償裝置發(fā)生異常或故障時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)立即向網(wǎng)調(diào)匯報(bào)，由網(wǎng)調(diào)值班調(diào)度員指揮處理，同時(shí)按有關(guān)規(guī)定填報(bào)缺陷。 六、評(píng)價(jià)開關(guān)投切無功補(bǔ)償裝置無須配置輔助設(shè)備，較晶閘管控制投切電抗器和電容器投資小，但其動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性能差，而晶閘管控制投切電抗器和電容器，必須配置大量的輔助設(shè)備，控制系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)和檢修成本大，但其動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性好，對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性。系統(tǒng)中開關(guān)投切無功補(bǔ)償裝置有逐步增大趨勢(shì)。站 用 電 源變電站的所用電負(fù)荷主要是變壓器的冷卻裝置、蓄電池的充電裝置、全站照明、檢修

11、用電及站內(nèi)供水消防設(shè)備用電。對(duì)于500KV變電站，還包括高壓斷路器、隔離刀閘的操作機(jī)構(gòu)電源，經(jīng)管這些負(fù)荷的容量不是很大，但由于500KV變電站在系統(tǒng)中的樞紐地位，出于運(yùn)行安全性考慮，其所用電系統(tǒng)必須具有高度的可靠性。一、 所用電源數(shù)量及接線方式500KV變電站必須裝設(shè)兩臺(tái)或以上的所用變壓器，站內(nèi)的主要負(fù)荷，如主變的冷卻器、直流系統(tǒng)充電設(shè)備和高壓斷路器、刀閘的操作機(jī)構(gòu)電源等都應(yīng)配置雙套電源，分別接在不同的所用變壓器上，并且根據(jù)其重要程度設(shè)置成自動(dòng)切換或手動(dòng)切換的運(yùn)行方式。每臺(tái)所用變的容量應(yīng)按全站負(fù)荷計(jì)算來選擇，也就是每一臺(tái)所用變的容量均按暗備用設(shè)置，以保證在建設(shè)初期或緊急情況下一臺(tái)所用變就能擔(dān)負(fù)

12、起全站的用電負(fù)荷。當(dāng)有可靠的外接電源時(shí)，一般設(shè)置一臺(tái)與工作所用變?nèi)萘肯嗤膫溆米儔浩髯鳛閭溆秒娫?；?dāng)無可靠的外接電源時(shí)，可以設(shè)置一臺(tái)自動(dòng)啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)組作為全站備用電源，但其容量至少應(yīng)滿足一臺(tái)主變冷卻負(fù)荷和斷路器與隔離刀閘操作機(jī)構(gòu)電源的需要。另外，當(dāng)變電站設(shè)置有備用所用變時(shí)，一般均需要裝設(shè)備用電源自動(dòng)投入裝置，以保證工作變壓器因故障跳閘時(shí)備用變壓器能迅速自動(dòng)投入。所用電源的接線方式一般有以下幾種：第一、當(dāng)站內(nèi)有較低電壓母線時(shí)，一般從這類母線上引接兩個(gè)所用電源，這種引接方式具有經(jīng)濟(jì)性和可靠性高的特點(diǎn)。若能從不同電壓等級(jí)的母線上分別引接兩個(gè)所用電源，則更能保證所用電的不間斷供電，當(dāng)?shù)蛪耗妇€設(shè)有旁

13、路母線時(shí)，還可以將一臺(tái)所用變壓器通過旁路隔離開關(guān)接到旁路母線上。正常運(yùn)行時(shí)由工作母線供電，當(dāng)工作母線停電檢修或試驗(yàn)時(shí)，則倒換到旁路母線上供電。第二、從變壓器第三繞組引接，由于500KV主變幾乎都是自偶變壓器，且都增設(shè)了第三繞組，電壓等級(jí)也都是6KV至35KV，并且都是三角形接線（這些都是我國電力系統(tǒng)的實(shí)際決定的），這就為我們引接所用變提供了條件。第三、500KV變電站的外接所用電源多由附近的發(fā)電廠或變電站的低壓母線引接。 二、所用變壓器低壓側(cè)接線方式變電站的所用電負(fù)荷一般不是很大，但很重要，因此所用電系統(tǒng)大多采用380/220V中性點(diǎn)直接接地的三相四線制，動(dòng)力與照明合用一個(gè)電源。所用變壓器的低

14、壓側(cè)多采用單母線接線方式。當(dāng)有兩臺(tái)以上的所用變壓器時(shí)，就采用單母線分段接線方式，但正常時(shí)是分段運(yùn)行的，以限制故障范圍，提高供電的可靠性。 500KV變電站設(shè)置了不間斷供電裝置（UPS），主要對(duì)通信設(shè)備、計(jì)量設(shè)備、事故照明、監(jiān)控系統(tǒng)等重要負(fù)荷進(jìn)行不間斷供電，而對(duì)其它負(fù)荷允許停電一段時(shí)間，因此可不考慮裝設(shè)失壓?jiǎn)?dòng)的備用電源自投裝置，避免備用電源投入到故障母線上擴(kuò)大為全站停電事故。備用電源自動(dòng)投入裝置（BZT）講 義為了保證重要用戶或負(fù)荷在各種故障情況下不間斷供電，發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)和變電站所用電系統(tǒng)均設(shè)計(jì)了備用電源自動(dòng)投入裝置，當(dāng)重要用戶或負(fù)荷的工作電源因故障消失時(shí)，能自動(dòng)而迅速地將備用電源投入或

15、將重要用戶切換到備用電源上去，使用戶不至于被停電的一種自動(dòng)裝置，簡(jiǎn)稱BZT裝置。二、 裝置動(dòng)作原理在下圖中，低電壓?jiǎn)?dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)低電壓繼電器，過電壓繼電器2，時(shí)間繼電器3和中間繼電器4與7。在正常情況下，工作母線及備用電源母線均有電壓，低電壓繼電器的接點(diǎn)斷開，繼電器2的接點(diǎn)閉合， 為裝置的啟動(dòng)作好了準(zhǔn)備。自動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)包括時(shí)間繼電器5和中間繼電器6，時(shí)間繼電器5是瞬時(shí)動(dòng)作延時(shí)返回的，正常時(shí)繼電器5處于勵(lì)磁狀態(tài)，其接點(diǎn)閉合。當(dāng)其線圈失電后，接點(diǎn)延時(shí)0.5至0.8秒的時(shí)限才能斷開。三、 對(duì)BZT裝置的基本要求：2、 BZT裝置必須在工作母線因任何原因失去電壓時(shí)動(dòng)作。以下圖為例，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行分析，使

16、母線1失去電壓的原因有 ：第一，工作變壓器B1故障；第二，母線上有短路故障；第三，由母線1供電的出線上有故障，沒有被出線的保護(hù)裝置動(dòng)作斷開；第四，1DL或2DL錯(cuò)誤斷開，（人為誤操作或繼電保護(hù)誤動(dòng)作）；第五，由于給母線1供電的電源故障，使母線上的電壓消失，母線1也跟著失去電壓。在所有上述情況下，BZT裝置都因該動(dòng)作。3、 BZT裝置應(yīng)該保證停電時(shí)間最短，使電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)容易一些（啟動(dòng)電流是正常電流的5至8倍）。4、 BZT裝置只應(yīng)動(dòng)作一次，以免在母線或引出線上發(fā)生持續(xù)性故障時(shí)，備用電源多次投入到故障元件上，造成嚴(yán)重?fù)p失。5、 BZT裝置應(yīng)在工作電源確已斷開后，再將備用電源投入。這是考慮到在工作

17、電源發(fā)生故障的情況下，不致在備用電源投入后，由備用電源經(jīng)過母線來供給故障點(diǎn)的電流。6、 當(dāng)電壓互感器的熔斷器熔斷時(shí)，BZT裝置不應(yīng)該動(dòng)作。7、 當(dāng)備用電源無電壓時(shí)，BZT裝置不應(yīng)動(dòng)作，因?yàn)閯?dòng)作是無效的。圖1：備用電源原理圖 上圖BZT裝置的動(dòng)作過程：當(dāng)母線1因任何原因失去電壓時(shí)，工作變壓器的保護(hù)動(dòng)作或低壓?jiǎn)?dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即低壓繼電器的接點(diǎn)閉合，啟動(dòng)時(shí)間繼電器3，經(jīng)一定時(shí)限后啟動(dòng)中間繼電器4，其接點(diǎn)閉合去斷開工作變壓器的1DL及2DL2。2DL斷開后其輔助接點(diǎn)2-2打開，使時(shí)間繼電器5失電，在其接點(diǎn)打開前（延時(shí)斷開），通過2DL的輔助接點(diǎn)3-3啟動(dòng)重合裝置的中間繼電器6，其常開接點(diǎn)閉合，使備用變壓

18、器兩側(cè)的開關(guān)3DL和4DL合閘。該BZT裝置的接線是怎樣滿足基本要求的呢？第一個(gè)要求是靠低壓?jiǎn)?dòng)機(jī)構(gòu)滿足的。如果沒有低壓?jiǎn)?dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)?shù)蛪耗妇€1因高壓母線1失壓而緊跟著失壓下，BZT裝置就不能動(dòng)作了。為了滿足第二、三個(gè)要求該裝置在2DL一斷開立即通過其輔助接點(diǎn)3-3啟動(dòng)中間繼電器6去合閘，沒有延時(shí)。2DL斷開后，時(shí)間繼電器5斷電，其接點(diǎn)延時(shí)斷開，這一時(shí)限即保證可靠啟動(dòng)中間繼電器6，從而使3DL、4DL合閘，又限制了BZT裝置，使它只動(dòng)作一次。因?yàn)槌^時(shí)限后，中間繼電器5的接點(diǎn)已經(jīng)斷開了，使裝置不會(huì)進(jìn)行第二次動(dòng)作。第四個(gè)要求是利用斷路器2DL的輔助接點(diǎn)3-3實(shí)現(xiàn)的，2DL不斷開，輔助接點(diǎn)3-3不會(huì)

19、閉合，備用電源不會(huì)投入，也就不會(huì)重復(fù)投入故障。在接線圖中，兩個(gè)低中壓繼電器按V形接線，而其接點(diǎn)相互串聯(lián)，保證了當(dāng)一個(gè)熔斷器熔斷時(shí)，BZT裝置不會(huì)誤動(dòng)作，保證第五要求的實(shí)現(xiàn) 。最后一個(gè)要求是用過電壓繼電器2實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)備用電源無電壓時(shí)，過電壓繼電器接點(diǎn)打開，中間繼電器7失磁其接點(diǎn)打開，低電壓?jiǎn)?dòng)機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作。此外，當(dāng)1DL誤斷開時(shí)，通過其輔助接點(diǎn)2-2使2DL斷開，合閘機(jī)構(gòu)將備用電源自動(dòng)投入。 四、 為了滿足上述要求，BZT裝置必須由兩個(gè)機(jī)構(gòu) 組成：1、 低電壓?jiǎn)?dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)工作母線上因任何原因失去電壓后斷開工作變壓器的開關(guān)。2、 合閘機(jī)構(gòu)。用來在工作變壓器斷開以后，立刻將備用變壓器的開關(guān)合上。直

20、流 系 統(tǒng)在變電站中，要求向控制、信號(hào)、保護(hù)、自動(dòng)裝置、事故照明等裝置或負(fù)荷供電的直流電源有高度的可靠性和穩(wěn)定性，且直流電源的電源容量和電壓質(zhì)量應(yīng)在最嚴(yán)重的事故情況下都應(yīng)保證重要直流負(fù)荷的可靠工作。一、 直流系統(tǒng)電壓等級(jí)的確定一般來說，我國直流系統(tǒng)分為220V、110V、48V三個(gè)電壓等級(jí)。500KV變電站由于控制對(duì)象多，信號(hào)和測(cè)量回路復(fù)雜，常常使用48V電壓作為弱電控制、弱電信號(hào)和弱電測(cè)量的電源，弱電技術(shù)作為一種先進(jìn)技術(shù)正在被國內(nèi)越來越多的超高壓變電站所采用。220V和110V直流系統(tǒng)均有采用，但相比220V來說，110V直流系統(tǒng)要求的絕緣水平較低，提高了運(yùn)行的安全性，減少了中間繼電器線圈斷線和接地故障，當(dāng)采用微機(jī)保護(hù)時(shí)，110V繼電器的觸點(diǎn)斷開時(shí)的干擾電壓副值較低，可提高設(shè)備工作的安全性，另外，蓄電池的個(gè)數(shù)和蓄電池室的占地面積減小，簡(jiǎn)化了安裝和維護(hù)。但是，當(dāng)110V直流作為控制電源時(shí)，由于電壓較220V低，因此控制電流大，控制電纜截面也大，增加了投資。二、直流系統(tǒng)的