用于電力網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)無功功率補(bǔ)償器的制造方法
【專利摘要】一種用于電力傳輸或配電網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償器，包括用于補(bǔ)償無功功率的無功組件(9)和具有成對(duì)初級(jí)繞組(5)和次級(jí)繞組(7)的自耦變壓器(6)，初級(jí)繞組用于將自耦變壓器(6)連接到電力線(3)并且次級(jí)繞組(7)用于將自耦變壓器(6)連接到無功組件(9)的第二極(9b)，初級(jí)繞組(5)為星形連接以形成星形點(diǎn)(8)，并且次級(jí)繞組(7)連接到自耦變壓器(6)的星形點(diǎn)(8)。
【專利說明】用于電力網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)無功功率補(bǔ)償器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電力傳輸或配電網(wǎng)絡(luò)的無功功率補(bǔ)償器，尤其涉及一種系統(tǒng)，其中電抗器或電容組上的電壓由自耦變壓器調(diào)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]取決于電力傳輸或配電網(wǎng)絡(luò)中總負(fù)載的特性，通常存在電容性或電感性無功功率。架空線本身代表感抗，但如今呈增長(zhǎng)趨勢(shì)的地下電纜，為電力網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建電容性無功功率。通常在商業(yè)合同中，一個(gè)固定的窗口允許用于無功功率[Q]，例如大約有效功率[P]的計(jì)算的最大4%電容性或16%電感性功率。
[0003]無功功率補(bǔ)償裝置是為了保持相關(guān)的無功功率在要求的窗口并且保持其盡可能地低將減少無功功率的成本。無功功率變化并且因此存在可調(diào)節(jié)的無功功率補(bǔ)償器的需要。能夠測(cè)量電抗器或電容組以創(chuàng)建足夠的無功功率，但隨后我們具有過補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。
[0004]電容組可包含配備有斷路器的幾個(gè)電容，斷路器能根據(jù)電容性補(bǔ)償?shù)男枰闺娙萜鞅舜瞬⒙?lián)連接在電容組中。缺點(diǎn)是需要幾個(gè)斷路器或另外僅有幾個(gè)調(diào)整步驟。
[0005]并聯(lián)電抗器可具有可移動(dòng)的鐵芯，該鐵芯能根據(jù)電感性補(bǔ)償?shù)男枰{(diào)節(jié)其電感。缺點(diǎn)是相比固定電抗器結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。
[0006]W097 / 22169公開了一種具有經(jīng)由可調(diào)節(jié)自耦變壓器供電的(電容性或電感性)無功組的無功功率補(bǔ)償設(shè)備。創(chuàng)建的補(bǔ)償無功功率與無功組上的電壓相關(guān)。
[0007]具有配備有載抽頭變換器的次級(jí)繞組的自耦變壓器給出幾個(gè)步驟來調(diào)節(jié)補(bǔ)償比例并且通過換向切換可加倍的步驟的數(shù)量。
[0008]由于自耦變壓器的次級(jí)繞組連接到其初級(jí)繞組的帶電端，因此仍然存在顯著的缺點(diǎn)。
[0009]首先，設(shè)計(jì)并制造這種具有連接到帶電端的次級(jí)繞組的自耦變壓器以處理浪涌電壓而沒有損壞的風(fēng)險(xiǎn)是個(gè)挑戰(zhàn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可循，用于IlOkV自耦變壓器的浪涌測(cè)試電壓在輸入端可為例如550kV，但從次級(jí)繞組的端部到地的電壓甚至可升高至900kV。
[0010]三相系統(tǒng)的另一缺點(diǎn)在于由于自耦變壓器的次級(jí)繞組之間的高電壓將使用三個(gè)獨(dú)立的單相抽頭變換器。
[0011]此外，在加/減開關(guān)用于替代用于抽頭變換器的線性開關(guān)的情況中，電抗器或電容器帶電端的電壓達(dá)到比網(wǎng)絡(luò)的額定相電壓高的水平。次級(jí)繞組的端電壓與自耦變壓器的比率成正比。因此要求如自耦變壓器自身以及無功組、電抗器或電容器組的組件的介電強(qiáng)度在實(shí)踐中相應(yīng)地高百分之十。
[0012]最后，IEC60076-5標(biāo)準(zhǔn)，涉及電力變壓器中處理承受短路的能力表示如果組件(如這里的電抗器或電容器組)外部連接到變壓器箱的即連接到變壓器箱之外，短路電流應(yīng)由串聯(lián)電抗限制于變壓器中。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種無功功率補(bǔ)償器從而減輕上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的由在獨(dú)立權(quán)利要求中限定的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中公開了一些實(shí)施例。
[0014]本發(fā)明提供了自耦變壓器的尺寸中一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，由于浪涌電壓更容易做到并且需要更少的絕緣材料，而且從帶電部件到接地部件的更短間隙足夠，因?yàn)楦碗妷涸试S自耦變壓器的殼體更小。另一優(yōu)點(diǎn)在于更便宜，可使用一種結(jié)合的三相有載抽頭變換器類型，因?yàn)橄辔坏拇渭?jí)繞組之間的較低電壓差。在外接電抗器和/或電容器組的情況中，承受短路的能力可以通過布置在每個(gè)初級(jí)繞組中的抽頭提供無功組件容易地布置。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于由一個(gè)包含可通過斷路器連接的電抗器和電容器組兩者的無功功率補(bǔ)償裝置自動(dòng)補(bǔ)償電容性或電感性無功功率兩者的能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]以下，將參考附圖借助于一些實(shí)施例的方式以更詳細(xì)的細(xì)節(jié)來描述本發(fā)明，其中，
[0016]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明用于三相電網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償器的主電路圖。
[0017]圖2示出了具有有載抽頭變換器和外部電抗器和電容器組的無功功率補(bǔ)償器的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明用于三相電網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償器的主電路圖。傳輸或配電網(wǎng)I由AC電源2供電。供電網(wǎng)絡(luò)具有用于每個(gè)三相的帶電導(dǎo)線3以供電到負(fù)載4。自耦變壓器6包含用于每相的一對(duì)初級(jí)繞組5和次級(jí)繞組。自耦變壓器6的初級(jí)繞組5的第一端5a連接到導(dǎo)線3。初級(jí)繞組5的第二端5b彼此星形連接以形成星形點(diǎn)8。自耦變壓器的次級(jí)繞組7連接到星形點(diǎn)8。無功功率補(bǔ)償器包含用于每對(duì)初級(jí)和次級(jí)繞組的至少一個(gè)無功組件9。電感器作為無功組件9用于補(bǔ)償電容性無功功率，并且電容用于補(bǔ)償電感性無功功率。無功組件9的上端9a連接到初級(jí)繞組5的第一端5a，初級(jí)繞組連接到帶電導(dǎo)線3的相電壓。無功組件9的下端9b可直接連接到次級(jí)繞組7的抽頭7.1-7.5或連接到在線抽頭變換器11的滑動(dòng)觸點(diǎn)10。抽頭變換器可為直線型，僅使得無功組件9上的電壓從電網(wǎng)I的額定相電壓減少。電流互感器12或電流傳感器以及三相電壓互感器13或電壓傳感器連接到控制設(shè)備14?？刂圃O(shè)備14用于測(cè)量電壓、電流并限定電壓和電流之間的相位角。根據(jù)補(bǔ)償無功功率的需要，控制設(shè)備調(diào)節(jié)無功組件9上的電壓。
[0019]在實(shí)踐中圖1表示無功組件9是電抗器的情況，與自耦變壓器6 —起浸入相同的罐15中，并且在變壓器自身中不需要裝置來提升承受短路的能力。
[0020]電抗器的任意部分接地的最大電壓等于電網(wǎng)聲明電抗器的絕緣水平的需要的電壓。
[0021]圖2示出了具有裝備有載抽頭變換器和外部三相電抗器和電容器組的自耦變壓器的三相無功功率補(bǔ)償器的電路圖。電容器組包含用于每相的至少一個(gè)電容，但幾個(gè)電容可并聯(lián)連接。
[0022]具有有載抽頭變換器11的自耦變壓器6浸入罐15內(nèi)。初級(jí)繞組5的第一端5a經(jīng)由通過套管絕緣體16的電線連接到導(dǎo)線3。初級(jí)繞組的第二端5b彼此連接以形成星形點(diǎn)8。[0023]為了滿足承受短路的能力的需要，抽頭5c布置在初級(jí)繞組5上以供應(yīng)電壓至外部電抗器20和/或電容器組21。第一端5a和抽頭5c之間的初級(jí)繞組5的上部用作限流電抗。外部電抗器20和/或電容器組21提供通過套管絕緣體17伸出罐的電線。
[0024]在線抽頭變換器11具有與固定觸點(diǎn)11.1至11.5接觸的滑動(dòng)觸點(diǎn)10，固定觸點(diǎn)分別連接到次級(jí)繞組7的抽頭7.1至7.5。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚在線抽頭變換器(11)可包含相應(yīng)于次級(jí)繞組(7)的抽頭數(shù)量的不同數(shù)量的觸點(diǎn)以具有期望的調(diào)節(jié)步驟數(shù)量。抽頭變換器可配置有允許給出雙倍步驟數(shù)量的加/減功能的選擇器開關(guān)22。選擇器開關(guān)22以如下方式交叉鎖定，該方式可從第一位置改變到第二位置或反過來僅位于抽頭變換器11的零(11.0)位置。滑動(dòng)觸點(diǎn)10在零(11.0)位置連接到星形點(diǎn)。
[0025]電抗器20或電容器組21的無功組件9的帶電端(9a)的電源電壓比網(wǎng)絡(luò)的相電壓稍微低些，相對(duì)于第二端5b和抽頭5c之間的匝數(shù)比與繞組5的總匝數(shù)相比較而言。
[0026]電源電壓說明從電抗器20或電容器組21的帶電部到地端需要的絕緣水平。仍然，在選擇器開關(guān)22轉(zhuǎn)向加(+)位置的情況下，無功組件9的極(9a，9b)上的電壓可超過電網(wǎng)的相電壓。組件9的絕緣強(qiáng)度根據(jù)該最大電壓來決定。
[0027]三相電抗器20優(yōu)選為每極(9a，9b)分別可連接的i_i_i型并且電容器組21也具有每極(9a，9b)浮動(dòng)且不連接到電容器的接地體用于使每個(gè)無功組件9的兩個(gè)極(9a，9b)的自由連接成為可能。
[0028]無功功率補(bǔ)償器可具有僅電抗器20或電容器組21，或取決于可能需要的補(bǔ)償類型兩個(gè)都具有。
[0029]在某些情況下，例如如果大量的地下電源線應(yīng)連接到系統(tǒng)外，電感性補(bǔ)償?shù)男枰赊D(zhuǎn)為電容性補(bǔ)償?shù)男枰榱颂幚黼娋W(wǎng)中的這種變化，電抗器20配置有斷路器23且電容器組21配置有斷路器24，它們均由控制設(shè)備14控制。在平衡的情況下，兩個(gè)斷路器(23，24)均斷開。當(dāng)控制設(shè)備檢測(cè)到不平衡時(shí)，兩個(gè)斷路器(23，24)中的一個(gè)斷路器閉合以將電抗器20或電容器組21連接至有載抽頭變換器11的滑動(dòng)觸點(diǎn)10。連接電線通過套管絕緣體18連接。最有可能是以最小補(bǔ)償率啟動(dòng)，其意味著控制設(shè)備將選擇器開關(guān)22轉(zhuǎn)為減(_)位置并且抽頭變換器轉(zhuǎn)到位置5。為了提高補(bǔ)償率，抽頭變換器逐步地從5轉(zhuǎn)到O。在O位置選擇器開關(guān)22能夠轉(zhuǎn)到正極(+)位置并且抽頭變換器從O轉(zhuǎn)到1，并且最后如果需要的話，逐步地轉(zhuǎn)到代表最大補(bǔ)償?shù)奈恢??？刂圃O(shè)備14負(fù)責(zé)這些控制動(dòng)作。
[0030]非線性電阻器型避雷器25可連接在電抗器20或電容器組21的無功組件(9)的帶電端與地之間以保護(hù)無功組件9的過電壓尖峰。
[0031]圖2僅示出了三個(gè)次級(jí)繞組7的一個(gè)次級(jí)繞組和帶有選擇開關(guān)22的抽頭變換器11的一相的一部分，但顯然用于所有三相的相應(yīng)組件都存在。
[0032]通過增加相特定組件，補(bǔ)償器能用于任何對(duì)稱的如六相的電網(wǎng)。
[0033]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員為顯而易見，作為技術(shù)進(jìn)步，本發(fā)明的概念可實(shí)施為多種方式。本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上述的這些例子但可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電力傳輸或配電網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償器，包括用于補(bǔ)償無功功率的無功組件(9)和具有成對(duì)初級(jí)繞組(5)和次級(jí)繞組(7)的自耦變壓器(6)，所述初級(jí)繞組用于將所述自耦變壓器(6)連接到電力線(3)，并且所述次級(jí)繞組(7)用于將所述自耦變壓器(6)連接到所述無功組件(9)的第二極(9b)，其特征在于，所述初級(jí)繞組(5)為星形連接以形成星形點(diǎn)(8)，并且所述次級(jí)繞組(7)連接到所述自耦變壓器(6)的所述星形點(diǎn)(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，其每相包括電抗器(20)，所述電抗器(20)包括至少一個(gè)無功組件(9)，所述無功組件(9)為電感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，其每相包括電容器組(21)，所述電容器組(21)包括至少一個(gè)無功組件(9)，所述無功組件(9)為電容器。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述自耦變壓器(6)包括用于在所述無功組件(9)上提供可變電壓的有載抽頭變換器(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，其包括用于控制所述有載抽頭變換器(11)的控制設(shè)備(14)。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述無功組件(9)的第一極(9a)連接到所述初級(jí)繞組(5)的抽頭(5c)以限制短路電流。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，其包括用于將電抗器(20)連接至所述次級(jí)繞組(7)的 斷路器(23)。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，其包括用于將電容器組(21)連接至所述次級(jí)繞組(7)的斷路器(24)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，其包括用于控制至少一個(gè)斷路器(23，24)的控制設(shè)備(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的無功功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述無功組件(9)浸入所述自耦變壓器(6)的箱中，并且所述無功組件(9)的第一端(9a)連接至所述初級(jí)繞組(5)的第一端(5a)。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103840471SQ201310753596
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月22日
【發(fā)明者】T·蒂奧米斯托 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司