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集合式并联电容器在箱式变电所的应用

北极星电力网技术频道    作者:电力论文3   2007/12/24 18:44:44   

摘要:介绍了集合式并联电容器在箱式变电所的应用,着重探讨了串联电抗器的配置选择,目的是抑制高次谐波机合闸涌流。最后提供了户外集合式并联电容器组的安装及保护方式。
关键词:并联电容器;串联电抗器;箱式变电所;谐波

  0引言

  宁波市镇海区面积218km2,区内有220kV变电所一座、110kV变电所2座、35kV常规变电所2座、35kV箱式变电所2座。根据规划,今后新上的变电所均是110kV变电所,但目前的实际情况是,某些地区10kV线路供电能力严重不足,供电可靠性不高,电压不稳定,但要马上建设110kV变电所,则投资巨大,而建成后,所带负荷不足,影响了经济效益。因此,我局采用的办法是,在该地区新建35kV临时箱式变电所,3~5年后,再拆除箱变,新建110kV变电所,从1997年兴建第一个箱变至今,已建成2个箱变,在2001年又将投运一个箱式变电所。
  我局采用ZBW型箱式变,该箱变是将变电所的一、二次设备(主变除外)在工厂内安装在2个可移动、全封闭、耐潮耐腐的箱体内,大部分安装和调试工作在工厂内完成。主变在现场安装后,用金属网罩封闭。箱变运到现场后,只要做相应的水泥基础和少量的一、二次接线,就可完成变电所的安装。作为临时箱变,已建成的两座箱变均未安装电容器。但在近4年的运行中,未安装电容器的缺点逐渐暴露出来。
(1)电压不稳。虽然箱变均实现了“四遥”,主变为SZ7-8000有载调压变压器,可通过远方对主变进行有载调压,但鉴于主变分接头不宜频繁调节,以免引起分接头过早大修,同时出于安全上的考虑,因而,只有在电压持续偏高或偏低时才调节分接头,从而影响了电压合格率。经统计,这2座箱变的电压合格率仅为70%。
  (2)功率因数低。已投运的2座箱变主变10kV侧功率因数仅为0.82,不但增加了35kV线路及主变的损耗,同时影响了主变及35kV线路的出力。
  为此,在2001年新建35kV联盟箱式变电所时,考虑安装电容器,并计划对已建成的2座箱变加装电容器。

  1电容器选择
  鉴于箱式变电所占地少、结构简单、安装快捷的特点,采用常规电容器显然是不合适的。经考察,我局决定选用可调容全密封户外集合式并联电容器。该电容器外形及安装要求如同全密封油浸变压器,具有结构简单、体积孝容量大、占地盛安装使用方便的优点,完全符合箱式变电所的要求。在35kV联盟箱变中,主变容量8000kVA,我局选用电容器型号为1×3W,可分二档调节(无载调节),二档容量分别为2400kvar和1600kvar。


  2串联电抗器选择

  2.1电抗器配置分析

  在集合式并联电容器的配合设备选择中,最值得探讨的是串联电抗器的配置选择。加装串联电抗器目的是抑制高次谐波和合闸涌流。[FS:Page]
  供电系统的谐波源主要是电流源,其简化接线图和等值电路图见图1。

  

  电容器装置侧设谐波源n次谐波电流为In,进入主系统的电流为Isn,进入电容器支路的电流为Icn。在Isn>In时,称作系统谐波电流放大;在Icn>In时,称作电容器谐波电流放大;在Isn>In及Icn>In同时发生时,称作谐波电流严重放大;在Isn<In及Icn<In同时发生时,称为之后0分流,也即我们进行消谐要达到的目的。
  设电容器、电抗器和主系统的基波电抗分别为Xc、Xk和Xs,n次谐波电抗分别为Xcn、Xkn和Xsn,则Xcn=Xc/n、Xkn=nXk、Xsn=nXs,设s=Xs/Xc=Qc/Sk,k=Xk/Xc,s和k分别是以Xc为基值的系统电抗率和电抗器电抗率,其中Qc为电容器容量,Sk为系统短路容量,Acn、Asn分别为电容器和主系统的谐波电流分配系数,则

  

  以我局35kV联盟箱式变电抗器选择为例,该箱变10kV母线短路容量为,小方式下:Sk=62.04MVA;大方式下Sk=70.05MVA。为简单起见,短路容量取平均值为Sk=(62.04+70.05)/2=66.045MVA,则s=Qc/Sk=2.4/66.045=3.6%。则在不同电抗器电抗率下,各次谐波进入主系统的谐波电流分配系数见表1,进入电容器各次谐波的电流分配系数见表2。

  
  

  
  

  
  
2.2电抗器的选择方案

  (1)不用电抗器
  如该地区谐波源并不严重,而箱变仅安装一组电容器,为节约投资,简化结构,似乎可安装电抗器。但仅就涌流而言,单组电容器组的涌流约为电容器组额定电流的5~15倍。但由于电容器组的容量达2400kvar,其额定电流达139A,因而冲击电流依然很大。同时,经过实测,该地区的5次、7次谐波分量较大,而不安装电抗器,将会使进入系统的5次、7次谐波分量分别扩大为10倍和1.31倍。因此,此方案是不行的。事实上,仅当电容器容量在几百kvar、且该地区谐波分量很小时,才可考虑不安装电抗器。

  

  
(2)安装电抗器电抗率为0.05%~3%的小电抗器
  从表中可以看出,该范围内的电抗器率,对于5次谐波有放大作用,不宜选用。
(3)按经验配置电抗率为5%~6%的电抗器
  假如在电网中,谐波分量是5次最大,7次次之,3次较小,则从上表中可以看出,电抗器电抗率配置4.5%最为合适。但近年来,我区电弧炉逐年增加,而电弧炉产生的谐波以2次、3次为主,而4.5%配置会使进入系统的2、3次谐波扩大为原谐波的1.22倍及2.43倍。虽然配置12%对于3次谐波有较大的削弱作用,但对于2次谐波仍有放大作用,对于5次、7次谐波的削弱作用也不明抗率选为5%,即电抗器容量为120kVA,为与电容器二档对应,电抗器也分二档调节,分别为120kVA和80kVA,型号为[FS:Page]三相油浸式电抗器。据表1、表2的计算表明,所选择的配置方案是正确和可行的。同时,在今后的运行中,要加强对谐波的测量,如电网中3次谐波占主导地位时,则进行技术改造,把电抗器电抗率配置为12%。
  上述分析估算系基于谐波源在电容器装置的同一侧,如谐波源不在同侧,或者本侧谐波含量很小,则另当别论。

  3安装及保护方式
  户外集合式并联电容器组的保护方式类同于常规电容器组的保护,即星形接线,开口三角零序电压保护,过压、过流及失压保护。在集合式电容器内,每个单元电容器还设置熔丝保护,作为内部故障保护。其安装见图2。

  参考文献:

  
  [1]吴竞昌.供电系统谐波[M].北京:中国电力出版社,1998.

来源:中国电能质量
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