摘要:本文阐述阻尼式限流器参数设计选择和产品系列规划的依据原则,并结合实例说明实施步骤与方法,以有助于限流器的正确设计与选用。要害词:阻尼式限流器参数设计产品系列1前言 本文着重阐述在进行高压并联电容器用阻尼式涌流限流器产品系列策划时参数设计选择所依据的原则,并以10kV电容装置用限流器为实例,示范实施计算文献[1]可知,限流器由低电感值电抗器与火花间隙接入的阻尼电阻组成。为了赋予装置期望的功能和性能,除了要求对投运的电容器组合理设定火花间隙的动作电压以外,电抗器和阻尼电阻组合的产品系列参数应遵循以下设计原则: a)把电容器组的合闸涌流(包括开关发生多相重击穿时出现的涌流)抑制到电容器、断路器、熔断器等电气设备和电容装置整体的有关标准规定的答应值; b)选择电抗器与阻尼电阻参数的配合获得最佳的限流效果; c)有利于简化限流器的型号规格和降低造价。3限流器产品参数设计3.1计算电容器组合闸涌流的电路模型图1表示接有限流器的电容器组投入电网时,计算分析其电磁暂态过程用的电路模型。该电路由4部分组成:①电源支路;②负荷支路;③已投运的电容器支路;④新投入的电容器支路。鉴于负荷阻抗较大,对电容器组的合闸过程理论计算时还忽略了分布参数的影响,使理论值略大于实际值,这符合工程设计的要求。通过110kV上虞变、诸暨变、平湖变、魏塘变等多处电容装置现场测试验证,目前大家接受这样一个限值,所以建议按此考虑。”由上可见,标准仅仅提出KC和A的选取范围,而不是某一定值。因此,不必以固定的KC或A值来考虑设计选择电抗器的电感值,亦即电抗器的电感量(或其容量)不必与电容器组容量大小一一对应,这就为简化限流器产品型号规格提供了有利的条件。设想对同一电压等级的电容装置,在工程实用的容量(指单组容量)范围内,电抗器取相同的电感值,且在对应于小容量电容器组时KC取较大值(如取KC=20)和N取较小值(如取N=2),然后按(2)式求得Le值;而对应于大容量电容器组时,如与前者取相同的Le值,则随着A的增大KC减小(KC20),如取较大的KC值则答应的N值可显著增大(见(1)式);将工程实用的电容装置容量按大小顺序划分为若干区段,相应地将电感量取值相同的电抗器的额定电流划分为若干区段。这样就把限流器中电抗器的型号规格系列简化为电压等级(对应于电抗器电感的特定取值)和额定电流等表征参数的区分。<![endif]>以10kV电容装置配用的限流器为例,设计选择电抗器参数。设定单组电容器容量为2~10Mvar,Ucn=10.5kV。在选择Le时,取Qcn=2Mvar,N=3,KC=20,由(2)式可求得Le=195μH,故选取电抗器电感值为200μH。按首选的电抗值计算得出对应于不同容量的电容器组的电抗率如表1所示,并可按式(1)验算对应于不同的电容器组数和电抗率情况下的涌流倍数如表2所示。然而,不少运行单位选取Ucn=11kV(注:提高了电容装置的安全裕度,但损失了部分装置容量),使得相应的A值有所减小,而Kc值有所增大。3.3接入阻尼电阻时的涌流计算3.3.1追加合闸涌流计算按图2简化运算电路及上述的计算条件,可推导出第N组电容器投入时的追加合闸涌流ic(t)的算式如下:义:α1为涌流直流分量的衰减常数,α2、ω0分别为涌流周期分量的衰减常数和角频率。如计算电容器组在不同运行方式下的合闸涌流,诸如1组运行1组投入,2组运行1组投入,……,等等,可分别令N=2、3、……,并在电抗器的电感L和电容器组的电容C(即单组容量)已定,以及设定的阻尼电阻R的情况下,先求出特征方程的三个根之后,代入(3)式计算iC(t)。由(3)式求出涌流峰值iC(t)y,其与电容器组稳态电流峰值之比为涌流倍数,即:对于10kV电压等级电容装置的追加合闸涌流倍数KC,在既定L=200μH之后,其与电容器组容量Qcn、电容器组数N、阻尼电阻值R的函数关系如附录A中的图A1~A4所示。3.3.2单组合闸涌流计算通常,按可能出现最大合闸涌流,或者最常遇的运行方式来设计选择限流器的参数,但亦需验算单组合闸涌流(尤其是电容装置接入处母线短路容量较大的场合)。按图4单组电容器投入电网时的运算电路推导并经拉氏逆变换后,可得单组合闸涌流i′C(t)的算式:由(5)式求出涌流峰值i′C(t)y,其与电容器组稳态电流峰值之比为涌流倍数,即:3.4参数配置的优化目标与算式在衡量限流效果和选择限流器元件参数的最佳配置时,需引入涌流又一重要参数:I2·t值(即焦耳积分)。I2·t值指涌流通过1Ω回路电阻所释放的特定能量。I2·t值愈小对电容器、熔断器、开关等设备愈有利。当然,这要综合考虑技术经济效益,是以既满足技术要求又节省投资为前提。换言之,实际解题范围缩小为对已定的电容器组容量、组数与电抗器的电感值,求出所匹配的阻尼电阻值使得I2·t值最小。按式(7)I2·t的定义,将式(3)代入求解,可得追加合闸涌流的I2·t算式(8)。以10kV电容装置为例,当N分别为2~5时,可由(8)式求得I2·t与Qcn、R的函数关系如附录B中的图B1~B4所示。3.5优选阻尼电阻的简化算法按式(8)寻优,求出最小I2·t值所对应的阻尼电阻值,计算过程是繁杂的,但其结果却十分简单,在既定电抗器的电感值情况下,该最优阻值只与电容器组的电容值(或容抗值)有关,而与电容器组数(除N=1以外)无关。优选阻尼电阻的简化算法为:XL—电抗器工频电抗值;XC—电容器组每相工频容抗值;A—电抗率,A=XL/XC4限流器产品系列4.1产品系列划分根据限流器作为抑制电容器组合闸涌流无需限定电抗率要求的特点,以及遵循简化产品型号、规格、提高兼容性和选用方便的宗旨,提出以系统标称电压(即配用限流器的电容器装置的额定电压)和限流器(实为限流器中的电抗器)额定电流作为划分产品系列的2个主要表征参数,并以此定义产品型号规格的标识,经过10多年的方法与结果,其架构总体符合安全可靠,技术先进,经济合理的目标要求。5.2限流器元件参数优化配置,是参数设计选择的核心,阻尼电阻最佳值的“简化算法”,具有工程实用意义。5.3现有6~35kV电压等级限流器的设计与实用经验,可为今后更高电压更大容量电容装置用限流器的设计生产和工程应用提供有益的借鉴。参考文献:[1]杨昌兴、王敏在大容量并联电容器装置中应用阻尼式限流器[J]中国电力,1995.附录A应用阻尼式限流器的10kV电容器组合闸涌流计算 附录B应用阻尼式限流器的10kV电容器组合闸涌流I2t计算
来源:杨昌兴华水荣