中压(10-35kV)并联电容器组是变电站内最常用的无功补偿设备,和其他无功补偿设备相比有着设备造价成本低、便于维护和运行、经济效益好等特点。

项目名称:ABB中压并联电容器组投切解决方案

项目要求:

随着电网容量的迅速增大和对电能质量要求的不断提到,电容器组的频繁投切操作带来的副产品:过电压(Over Voltage),它会危及系统上的设备运行安全。一是损坏并联电容器组设备,损坏电容器组的对地绝缘或发生极间击穿;二是对远端变电所的设备绝缘造成危害,严重时造成事故,带来重大经济损失,所以有时会发生一个正在运行的电气设备发生电气击穿,而自身没有相关的操作,有些就是同一个电气系统上有其他无功设备操作造成的。

分析问题原因:

要解决并联电容器组投切产生的过电压问题,就要搞清楚过电压是怎么产生的,据大量的技术原理分析及实践调查,主要是这三个方面的原因:
1. 无功设备(电容器组)接入的时间点;
2. 投切开关设备的合闸弹跳;
投切开关设备的分闸重燃(Restrike);

解决问题前的问题调查:

1.电容器的电气特性是两端的电压无法突变,也就是说一组不带电的电容器组接入电气系统时,它两端的电压必须从“零”开始逐渐上升到系统电压,如果这时接入点远离电压波形的“零点”,就会严重的造成波形畸变,从而产生过电压(如左图所示);反过来说,如果能让电容器组尽可能的在接近“零点”时接入系统,那么对系统波形的扰动就会大大降低,从而避免产生过大的过电压。

解决问题前的问题调查:

2. 合闸弹跳过电压机理:普通的断路器(Circuit-Breaker)主要是为切断系统短路时产生的短路电流设计的,一般都是弹簧操做机构,动作力量大,从而才能对抗短路时较大的电磁力,但这会造成合闸时触头间碰撞而产生多个周期的弹跳,可以想象成一个球体坠落地面而逐渐静止的画面。
3. 分闸重燃过电压机理:这是由于切除电容器组时因为断路器的触头间重击穿而引起的:当开关分断电流熄灭后,电容器组上的残存电荷在短时间内无法释放,如果触头间隙绝缘恢复的速度低于恢复电压增长的速度,一旦其电气恢复强度不能承受加于其上的暂态恢复电压,将发生重击穿,引起电磁振荡,产生重燃过电压。

且看ABB是如何解决上述问题的:

1.对于无功设备接入时机的选择: 我国的三相交流电系统是50Hz系统,ABC三相可以看作是三根辐条的自行车轮子在旋转,旋转一圈是20ms;三相角差是120度,换算到时间是6.67ms;
2.解决合闸弹跳过电压:减轻合闸行程及合闸力能够大大降低合闸弹跳幅值及时间;
3.解决分闸重燃过电压:需要对开关设备的触头材料、真空洁净度等作特别设计;

零电压合闸系统(Zero Voltage Closing:ZVC)

3.针对该方案,ABB旗下的JoslynHigh-Voltage工厂设计了一套零电压合闸系统(Zero Voltage Closing:ZVC)完美的解决以上问题,同时也兼顾了电容器组频繁投切对开关设备带来的高要求:长寿命,免维护等要求;
简单来说,这个系统分两步走:找到系统各相的电压过零点,然后把电容器闭合在零点上;要找到电压的过零点就需要一个智能化的控制器来找到过零点并给出准确的合闸命令,要能每次都闭合在过零点上就需要一个强大而准确无误的执行机构:开关设备,同时该开关设备要兼顾避免合闸弹跳及分闸重燃问题。

国内首套系统已经在吉林省挂网运行,并完成了由国家电网吉林市电力有限公司组织的科技成果鉴定,达到了国内领先水平;

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