变电站集合式并联补偿电容器优化方案

变电站的负荷是动态变化的,功率因数也是动态变化的,任何固定容量的电容器都无法实现最佳的“全天候”补偿。容量偏小则在重负荷、低功率因数时补偿不足,容量偏大则在轻负荷时过补偿,使输电线路中的电容电流增加,从而增加了线损。通常电容器是按照变电站正常运行时实际无功缺额选定容量进行部分补偿并结合人工投切措施,但这种方式难以达到较佳的经济效果。通过装设多组集合式并联电容器,可根据负荷情况运行其中一部分。

集合式高压并联电容器是将适当数量的电容器单元集装在充满绝缘油的大箱壳中构成的并联电容器,如图2-60所示。这种电容器是全密封免维护型的产品,具有占地面积小、运行安全可靠等特点。集合式电容器主要用于工频电力系统进行无功补偿,以提高电网功率因数,减少线路损耗,改善电压质量,充分发挥发电、供电设备的效率。

1.集合式并联电容器实现电压和无功功率调整的原理

为了避免无功功率的大量流动而引起电网中功率损耗的增加,一般无功功率补偿往往安装在负荷中心,即除了要求整个系统无功平衡外,还要求在各局部地区尽量达到无功功率平衡,因此在无人值班变电站,通常都安装有集合式无功补偿电容器。图2-61所示为集合式并联电容器应用原理图。

图2-61　集中式并联电容器应用原理图

由于容性电流I C相位超前电压90°,可抵消一部分相位滞后于电压90°的感性电流I X,使电流由I 1减小为I 2,相角由φ1减小到φ2,从而使功率因数从cosφ1提高到cosφ2,因此可求得提高功率因数需电容器容量为

并联电容器后节省的视在功率为

式中:P为负荷功率,k W。

根据负荷的大小,合理地控制投入无功功率补偿容量,使变电站与系统交换无功功率最小,就可使高压网络的电压损耗和功率损耗降为最小,即安装于负荷中心的并联补偿电容器不仅能改善电压质量,而且能降低网损,提高电能输送效率。

集合式并联电容器每相电容由多个单元电容器串并组成,每个元件串有一熔丝,当某一元件击穿时,其他完好元件即对其放电,使熔丝在毫秒级的时间内迅速断开,切除故障元件,仅使容量有微小变化,电容器仍能继续运行,提高了运行的可靠性。

2.集合式并联电容器的结构与特点(www.xing528.com)

(1)集合式并联电容器有单相和三相两种结构形式。按密封性分为密封和半密封形式,按容量输出分为固定容量、抽头调容和用转换开关调容三种形式。它们主要由内部电容器单元、框架、箱体和出线套管相连。进出线及放电线圈放在箱体侧壁及顶盖上。

(2)箱体由钢板焊接而成,箱盖上装有出线套管、储油柜或金属膨胀器及压力释放器。全密封产品采用金属膨胀器,半封闭产品采用油枕,箱壁两侧焊有吊装攀和片式散热器,箱壁一侧的下部装有注油阀、取油样阀。

(3)对于整台为全密封结构的电容器,采用金属膨胀器来补偿箱体内的油因温度变化而产生的体积变化,金属膨胀器由不锈钢薄板焊接而成。由于采用了全密封结构,因此不需要将箱体内的冷却绝缘油进行定期过滤和更换。—般容量3000kvar以下的单相、三相集合式电容器才适宜采用这种全密封结构。

(4)对于抽头调容的电容器,其分档形式有等分和不等分两种情况;对于用转换开关调容的电容器,通常有三个容量可供选择。若供选择的最大容量为Q,则另外两个可选容量分别为Q/3、2Q/3。

(5)双星形中性点——平衡电流保护:在两中性点间接一个电流互感器,其二次侧接一个电流继电器作为电容器内部故障的指令元件,用于启动开关跳闸。

(6)电容器外部保护形式:

1)过电压保护按不超过1.1U的要求整定。

2)失压保护按母线电压的60%进行整定。

3)过电流速断保护按短路电流进行整定,过电流按躲过最大负荷进行整定。

图2-62　电容器组

4)用户亦可根据自己的要求选择继电保护的形式。

500kV超高压变电站中大多采用并联电容器组的方式进行无功补偿,如图2-62所示,关于电容器组的投切试验可以参见第六章第三节“超高压输变电工程录波实例分析二”。