無功補償裝置講義

1、無功補償裝置講義一、無功補償裝置在系統中的作用電壓是衡量電能質量的一個重要指標，保證用戶處的電壓在額定范圍內是電力系統運行調整的基本任務之一，也是降低電力系統能量損耗，保持系統穩(wěn)定的需要。電力系統的運行電壓水平取決于無功功率的平衡，系統中各種無功電源的無功輸出應滿足系統負荷和網絡損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。而在電力系統的實際運行中，由于事故的發(fā)生或運行方式的改變，常常會出現系統中無功過剩或無功不足的現象，導致系統電壓的偏移，這就需要進行無功補償，使電壓恢復到額定電壓水平。由于500KV線路輸送距離較遠，其分布電容對無功功率的平衡有較大影響，利用發(fā)電廠無功設備輸出和

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距離輸送。一般在500KV樞紐變電站的主變壓器低壓側安裝無功補償裝置，滿足無功功率就地平衡的要求，使500KV系統電壓運行在額定電壓水平。因此，無功補償裝置在平衡500KV電網中的無功功率，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、無功補償裝置的原理利用并聯電容器產生無功功率，并聯電抗器吸收無功功率。三、 無功補償裝置分類目前在500KV變電站中廣泛采用的無功補償裝置主要有并聯電容器、并聯電抗器、靜止補償裝置和同步調相機等四種，而前三種在500KV變電站應用最廣泛。1、 開關控制投切無功補償裝置基本接線圖如下：

3、它是利用斷路器來實現電容器、電抗器的投切，特別是對于電容器，由于其投切時的靜態(tài)過程比較嚴重，為限制投入產生的涌流，一般在電容器前面串聯一個比較小的電抗器，同時此電抗器與電容器組成串聯諧振濾波器，達到消除系統特征諧波的目的。為防止在投切時斷路器重燃，要求斷路器有較強的滅弧能力，一般多采用電壓等級相對額定電壓高的SF6或真空斷路器。另外，由于Qc=U²/Xc，當連接點電壓下降時，它所產生的無功功率將減少，電容器無功輸出的減少將導致電壓繼續(xù)下降，說明了斷路器投切無功補償裝置的調節(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節(jié)性能。2、 無功靜止補償裝置我國從上世紀80

4、年代初建成500KV超高壓線路時，就從國外成套引進了這種裝置。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，向系統發(fā)出或吸收連續(xù)可變的無功功率，其響應速度比同步調相機和斷路器控制的電容器電抗器要快得多，但對于維持系統動態(tài)穩(wěn)定方面其性能不及同步調相機。無功靜止補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優(yōu)化的要求而設置，以減少設備費用。固定電容器組FC既可以安裝在變壓器T的高壓側，也可以安裝在其低壓側，其中串聯電抗器的作用與斷路器投切無功補償裝置中的串聯電卡電抗器相同。晶閘

5、管投切電容器TSC與晶閘管控制電抗器TSC是無功靜止補償裝置的主要設備，并決定其性能和運行特性。（1） 晶閘管控制投切電抗器（TCR）。它由兩個電抗器和一個雙向晶閘管組成，其中L1主要用來限制晶閘管與L2之間故障時的通過晶閘管的電流。工程上利用控制晶閘管的導通角來控制電抗器L2的電流大小，達到控制無功輸出的目的。顯然，晶閘管全導通和完全截止，會導致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的涌流變化率，二是與電容器組成串聯諧振濾波器，濾除系統的主要特征諧波，三是限制故障電流，保護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通角來控制電容器組的投切，從而達到控制無功輸出的目的。 （單相晶閘管控制投切電抗器）四、無功補償裝置的運行與維護1、根據無功靜止補償裝置的基本結構，其運行方式一般有以下幾種選擇：第一，TSC+TCR：這種運行方式適用于動態(tài)補償且在正常情況下并不需要向系統提供太多的無功功率的情況下運行。第二， FC+TCR或FC單獨運行方式：適用于向系統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范圍，也是靜止補償裝置最基本的運行方式。第四， 一般不單獨使用TCR或TSC運行方式。第五， 對于安裝了兩臺靜止補償裝置的變電站，要求兩臺裝置的運行方式盡量一致。2、

7、正常運行時，一般要求靜止補償裝置的無功出力控制在其額定容量的50%至60%范圍內，保證其有一定的無功儲備來抑制系統的動態(tài)擾動。3、為了保證其快速調壓功能，運行中必須采用逆調壓方式來調節(jié)參考電壓，即當系統處于高峰負荷時，應上調參考電壓以端電壓升高；當系統處于低谷負荷時，則下調參考電壓，使端電壓降低。但必須注意參考電壓的調節(jié)應使其運行容量維持在原定的調壓范圍內，以防止補償裝置超出出力運行而誤跳閘。4、對于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、運行中注意巡視檢查電容器外殼有無鼓脹變形和滲油現象，套管有無閃絡放電，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。7、由于晶閘管在運行時產生大量熱能，因此對于靜止補償裝置還為其配置了冷卻系統，運行中必須檢查冷卻系統運行情況。晶閘管的冷卻系統主要有水冷和空氣冷卻兩種形式，其中水冷卻系統冷卻效率高，燥聲小，但維護比較復雜，空氣冷卻效率稍低，容易引起燥聲，但簡單可靠。水冷卻系統必須在靜止補償裝置投運前半小時啟動，待內冷卻水的含氧量、電導率、水位均正常后才能投入靜止補償裝置，停運時，也必須在斷路器分閘后半小時再停水系統。五、無功補償裝置的操作管理1、運行人員應按系統電壓的變化趨勢對本站低壓電抗器、電容器組進行操

9、作。在滿足500kV母線電壓要求的條件下，盡量減少操作次數。2、運行人員應嚴密監(jiān)視母線電壓，控制500kV母線電壓運行在網調下達的季度電壓曲線允許范圍內。3、500kV母線電壓超過網調下達的季度電壓曲線上下限值時，運行人員應及時依次投入或退出相應組數的無功補償裝置。操作完畢后及時將操作前后的電壓情況記錄在單項操作記錄本中。4、運行人員也可根據網調值班調度員的命令對低壓無功設備進行投退操作。5、盡量使各組無功補償裝置輪換運行。6、若所有無功補償裝置均已投入或退出運行仍然不能滿足電壓要求時，運行人員應及時向網調值班調度員匯報。7、35KV電抗器和電容器不允許同時投入運行。8、系統事故造成500KV

10、母線電壓大副下降時，應迅速退出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、無功補償裝置發(fā)生異?；蚬收蠒r，運行人員應立即向網調匯報，由網調值班調度員指揮處理，同時按有關規(guī)定填報缺陷。 六、評價開關投切無功補償裝置無須配置輔助設備，較晶閘管控制投切電抗器和電容器投資小，但其動態(tài)補償性能差，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備，控制系統復雜，維護和檢修成本大，但其動態(tài)補償性好，對沖擊負荷有較強的適應性。系統中開關投切無功補償裝置有逐步增大趨勢。站 用 電 源變電站的所用電負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、用電及站內供水消防設備用電。對于500KV變電站，還包括高壓斷路器、隔離刀閘的操作機構電源，經管這些負荷的容量不是很大，但由于500KV變電站在系統中的樞紐地位，出于運行安全性考慮，其所用電系統必須具有高度的可靠性。一、 所用電源數量及接線方式500KV變電站必須裝設兩臺或以上的所用變壓器，站內的主要負荷，如主變的冷卻器、直流系統充電設備和高壓斷路器、刀閘的操作機構電源等都應配置雙套電源，分別接在不同的所用變壓器上，并且根據其重要程度設置成自動切換或手動切換的運行方式。每臺所用變的容量應按全站負荷計算來選擇，也就是每一臺所用變的容量均按暗備用設置，以保證在建設初期或緊急情況下一臺所用變就能擔負

12、起全站的用電負荷。當有可靠的外接電源時，一般設置一臺與工作所用變容量相同的備用變壓器作為備用電源；當無可靠的外接電源時，可以設置一臺自動啟動的柴油發(fā)電機組作為全站備用電源，但其容量至少應滿足一臺主變冷卻負荷和斷路器與隔離刀閘操作機構電源的需要。另外，當變電站設置有備用所用變時，一般均需要裝設備用電源自動投入裝置，以保證工作變壓器因故障跳閘時備用變壓器能迅速自動投入。所用電源的接線方式一般有以下幾種：第一、當站內有較低電壓母線時，一般從這類母線上引接兩個所用電源，這種引接方式具有經濟性和可靠性高的特點。若能從不同電壓等級的母線上分別引接兩個所用電源，則更能保證所用電的不間斷供電，當低壓母線設有旁

13、路母線時，還可以將一臺所用變壓器通過旁路隔離開關接到旁路母線上。正常運行時由工作母線供電，當工作母線停電檢修或試驗時，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，且都增設了第三繞組，電壓等級也都是6KV至35KV，并且都是三角形接線（這些都是我國電力系統的實際決定的），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、所用變壓器低壓側接線方式變電站的所用電負荷一般不是很大，但很重要，因此所用電系統大多采用380/220V中性點直接接地的三相四線制，動力與照明合用一個電源。所用變壓器的低

14、壓側多采用單母線接線方式。當有兩臺以上的所用變壓器時，就采用單母線分段接線方式，但正常時是分段運行的，以限制故障范圍，提高供電的可靠性。 500KV變電站設置了不間斷供電裝置（UPS），主要對通信設備、計量設備、事故照明、監(jiān)控系統等重要負荷進行不間斷供電，而對其它負荷允許停電一段時間，因此可不考慮裝設失壓啟動的備用電源自投裝置，避免備用電源投入到故障母線上擴大為全站停電事故。備用電源自動投入裝置（BZT）講 義為了保證重要用戶或負荷在各種故障情況下不間斷供電，發(fā)電廠的廠用電系統和變電站所用電系統均設計了備用電源自動投入裝置，當重要用戶或負荷的工作電源因故障消失時，能自動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裝置，簡稱BZT裝置。二、 裝置動作原理在下圖中，低電壓啟動機構包括兩個低電壓繼電器，過電壓繼電器2，時間繼電器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斷開，繼電器2的接點閉合， 為裝置的啟動作好了準備。自動合閘機構包括時間繼電器5和中間繼電器6，時間繼電器5是瞬時動作延時返回的，正常時繼電器5處于勵磁狀態(tài)，其接點閉合。當其線圈失電后，接點延時0.5至0.8秒的時限才能斷開。三、 對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動作。以下圖為例，根據實際運行分析，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，沒有被出線的保護裝置動作斷開；第四，1DL或2DL錯誤斷開，（人為誤操作或繼電保護誤動作）；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裝置都因該動作。3、 BZT裝置應該保證停電時間最短，使電動機的自啟動容易一些（啟動電流是正常電流的5至8倍）。4、 BZT裝置只應動作一次，以免在母線或引出線上發(fā)生持續(xù)性故障時，備用電源多次投入到故障元件上，造成嚴重損失。5、 BZT裝置應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，由備用電源經過母線來供給故障點的電流。6、 當電壓互感器的熔斷器熔斷時，BZT裝置不應該動作。7、 當備用電源無電壓時，BZT裝置不應動作，因為動作是無效的。圖1：備用電源原理圖 上圖BZT裝置的動作過程：當母線1因任何原因失去電壓時，工作變壓器的保護動作或低壓啟動機構動作，即低壓繼電器的接點閉合，啟動時間繼電器3，經一定時限后啟動中間繼電器4，其接點閉合去斷開工作變壓器的1DL及2DL2。2DL斷開后其輔助接點2-2打開，使時間繼電器5失電，在其接點打開前（延時斷開），通過2DL的輔助接點3-3啟動重合裝置的中間繼電器6，其常開接點閉合，使備用變壓

18、器兩側的開關3DL和4DL合閘。該BZT裝置的接線是怎樣滿足基本要求的呢？第一個要求是靠低壓啟動機構滿足的。如果沒有低壓啟動機構，當低壓母線1因高壓母線1失壓而緊跟著失壓下，BZT裝置就不能動作了。為了滿足第二、三個要求該裝置在2DL一斷開立即通過其輔助接點3-3啟動中間繼電器6去合閘，沒有延時。2DL斷開后，時間繼電器5斷電，其接點延時斷開，這一時限即保證可靠啟動中間繼電器6，從而使3DL、4DL合閘，又限制了BZT裝置，使它只動作一次。因為超過時限后，中間繼電器5的接點已經斷開了，使裝置不會進行第二次動作。第四個要求是利用斷路器2DL的輔助接點3-3實現的，2DL不斷開，輔助接點3-3不會

19、閉合，備用電源不會投入，也就不會重復投入故障。在接線圖中，兩個低中壓繼電器按V形接線，而其接點相互串聯，保證了當一個熔斷器熔斷時，BZT裝置不會誤動作，保證第五要求的實現 。最后一個要求是用過電壓繼電器2實現的，當備用電源無電壓時，過電壓繼電器接點打開，中間繼電器7失磁其接點打開，低電壓啟動機構不會動作。此外，當1DL誤斷開時，通過其輔助接點2-2使2DL斷開，合閘機構將備用電源自動投入。 四、 為了滿足上述要求，BZT裝置必須由兩個機構 組成：1、 低電壓啟動機構。當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。2、 合閘機構。用來在工作變壓器斷開以后，立刻將備用變壓器的開關合上。直

20、流 系 統在變電站中，要求向控制、信號、保護、自動裝置、事故照明等裝置或負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量應在最嚴重的事故情況下都應保證重要直流負荷的可靠工作。一、 直流系統電壓等級的確定一般來說，我國直流系統分為220V、110V、48V三個電壓等級。500KV變電站由于控制對象多，信號和測量回路復雜，常常使用48V電壓作為弱電控制、弱電信號和弱電測量的電源，弱電技術作為一種先進技術正在被國內越來越多的超高壓變電站所采用。220V和110V直流系統均有采用，但相比220V來說，110V直流系統要求的絕緣水平較低，提高了運行的安全性，減少了中間繼電器線圈斷線和接地故障，當采用微機保護時，110V繼電器的觸點斷開時的干擾電壓副值較低，可提高設備工作的安全性，另外，蓄電池的個數和蓄電池室的占地面積減小，簡化了安裝和維護。但是，當110V直流作為控制電源時，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、直流系統的