10kv电容器组选相投切技术的分析

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1、lOkV电容器组选相投切技术的分析莫孟斌（广东汇盈电力工程有限公司）背景分析问题描述近几年来，随着社会经济的不断发展，对电能质量也提出了更高的要求，大量的并联电容器组应用于配电系统中补偿系统无功功率，以提高电M电压和功率因数。而且随着电网容量的不断增加，并联电容器总装容量及单组容量亦越来越大。然而，iokv并联电容器组是一种操作频繁的电气设备，需要按电网系统电压和无功功率的变化进行频繁投切。而目前主要采用的断路器投切电容器组，由于受投切方式和断路器开断性能的影响，投切电容器组时会产生涌流及过电压,从而可能给电容器造成危害，使其过早损坏，进而带来扩大性事故。频繁的过电压会使电容器的自愈性提

2、前失效，使电容器的局部放电加剧，促进绝缘老化和电容量的衰减，切断断路器重燃会导致断路器爆炸；同时，电容器组投入时还会产生很大的冲击涌流，涌流的频率在几百赫兹到几千赫兹之间，幅值比电容器正常工作电流大几倍甚至几十倍，持续时间数十毫秒，这些对电容器组安全运行和使用寿命都构成了严重威胁。因而，并联电容器组是电力系统中最频繁，事故率最高的装置之一。虽然电容器故障木身的影响并不大，但若其故障发展成扩大性事故则可能造成严重影响，如爆炸、起火等。此外在电容器组投切过程中所引起的暂态过程还会造成电网设备绝缘恶化、电能质量下降、干扰灵敏度高的电气设备正常工作等问题。因此，削弱电容器组投切引起的暂态过程的影

3、响在供电质量要求越来越严格的背景下己经成为电力工作者迫切需要解决的问题。传统解决方法的不足针对于断路器投切过程中产生的过电流与过电压，危害设备的安全，传统上一般采用预插电阻、预插固定电抗器、安装R-C阻容吸收设备、后备氧化锌避雷器(MOA)等方法来削弱电容器组投切的暂态过电流、过电压过程。(1)预插电阻预插电阻法利用电阻的阻尼作用加速振荡过程的衰减，主要用于抑制投切电容器组所引起的瞬态冲击，但该方法增加了开关的复杂性与成本，提高了系统投资与维修费用，II限压效果不稳定，分散性大，消耗电能而产生大量的热能。(2)预插电感采用预插电感可以增加电容器组关合吋的阻抗，从而奋效减少合闸涌流。但其安

4、装调试复杂；操作时会出现电火花；；易形成振荡冋路，增加系统噪声。(3)R-C阻容吸收系统R-C阻容吸收系统利用增大被保护设备上的并联电容器的办法来降低过电压的值。但其不足之处在于：存在绝缘事故的隐患点；易成为谐波污染源。(4)氧化锌避雷器(MOA)采用MOA之后，可使相对地的操作过压限制到1.6-1.8倍相电压，各相间的过电压限制到1.7-1.8倍线电压。其不足之处主要有：阀片容易受潮劣化，温度上升产生有功损耗，形成热崩溃，严重吋将导致MOA损坏或爆炸，进而引发大面积停电事故。新方法的提出电容器开关合分闸操作的瞬态过程会给电网和设备带来不可忽略的负面效应，传统的解决方式只能一定程度上抑制

5、涌流和过电压，不能从根本上解决分合闸暂态效应对电网和设备的冲击，i容易给系统造成附加的负面影响。为了满足电网发展和电力用户对高质量、高可靠供电的需求，有学者提出了自适应合闸角控制技术，艽实质是根据不冋负载(如并联电容器组、架空输电线、空载变压器等)的特性，控制开关在电压或电流的最佳相位角处完成合闸或分闸，实现无冲击的平滑过渡，能从根本上削弱开关瞬态电磁效应。选相投切对断路器的要求非常高，以至于一直以来在中压领域还没奋苏具体的实际应用以及相关的成熟产品。我公司结合精确的电子控制机构与永磁操动机构的真空断路器模块，能精确的实现电容器组的过零选相投切，成功将永磁操动机构断路器应用于配电网系统中

6、。理论基础电容器投切产生涌流的大小与开关关合吋电压的相位有关。以投切单组电容器为例，简要分析涌流产生机理。忽略线路电阻，单相等值冋路如图1一1所示：合闸过程分为以下四步：(1)开关在A点之前收到合闸指令，预期在相隔几个周期的电压过零点B处合闸。(2)系统检测电压过零点，通过控制器计算开关在B点合闸所需的时间Tai,选择电压过零点A作为同步参考零点。(3)系统延吋，在延吋吋间到后控制器发出合闸指令。(4)触头动作，开关闭合。在实际的配电网中，无功补偿电容器常采用星型不接地的方法接入10kV系统，则采用AB+C的方式投切，A、B相电压相等时冋吋投入A、B相，延后90度投入C相，实现三相无冲击

7、的平滑过渡，能有效地削弱开关瞬态电磁效应。在实际的应用过程中，只以UAB为参考信号，在参考信号的零点投入AB相，90度相角后投入C相，这样降低了二次回路的复杂程度，可靠性更高。其原理图如下图1一3:可行性与实用性分析可行性分析1998年，国际人电网会议(CIGRE)对智能选相控制高压开关的优缺点进行了讨论，根据分析计算结果和现场应用状况证明了其经济性、可行性与必要性。智能选相断路器的费用相对低廉，只需在电力系统现奋设备的基础上做简单