專利名稱：串聯電容器組的無死區(qū)保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行領域，具體是一種串聯電容器組的無死區(qū)保護方法。
背景技術：
電容器組通常由多只電容器串并聯組成，每只電容器又由多個小單元并聯而成。當電容器內部出現故障時，與小單元串聯的內置熔絲將會快速熔斷，切出故障部分，其他完好部分還可繼續(xù)工作。個別或少量的故障小單元被切除，一般對電容器的容量改變不大，仍可繼續(xù)運行。但當電容器因內部故障被切除的小單元數量增加到一定程度時，就會對電容器的容量造成明顯影響，應當盡快更換。為了靈敏地反應串聯補償裝置中電容器的損壞程度，通常的做法是將多只串并聯的電容器分成四組，形成四個橋臂，按照“H”型接成橋式接線，如圖3所示。由于四個橋臂的參數是對稱的，正常運行時橋差回路沒有電流。當任何一只電容器損壞時，由于“H”橋的平衡被破壞，橋差回路就會有電流流過。橋差回路電流的大小，反映了電容器的故障程度。我們稱這種保護方式為“橋差”保護。對于并聯補償，施加在電容器組兩端的電壓基本恒定，橋差回路電流的大小只取決于單個橋臂的電容器的損壞程度，動作死區(qū)可以做到單個橋臂電容量的10%左右甚至更低。而單個橋臂的電容器損壞程度低于10%時，對電容器組補償容量的影響一般不超過3%，仍可繼續(xù)運行。但是對于串聯補償，電容器組橋差回路電流的大小除了與單個橋臂的電容器損壞程度有關之外，還受負荷電流大小的影響。例如，用于寧夏海原站的IIOkV高壓新型串聯電壓補償裝置的額定電流為238.4A，在額定運行工況下當單個橋臂的電容器損壞5%左右就可以發(fā)出故障報警信號，損壞10%左右(整套串聯電容器組超過2.85%)就可以發(fā)出動作報警信號；當負荷電流降低到150A時單個橋臂的電容器損壞8.82%才可以發(fā)出故障報警信號，損壞16.63% (整套串聯電容器組超過4.53%)才可以發(fā)出動作報警信號；當負荷電流降低到50A時單個橋臂的電容器損壞21.38%才能發(fā)出故障報警信號，損壞42.77%(整套串聯電容器組超過13.60%)以上才發(fā)出動作報警信號；當負荷電流降低到14A以下時橋差保護將失去保護作用，而此時整套串聯電容器組的容量誤差已經超過48.57%?？梢?，當用于海原站的IlOkV高壓新型串聯電壓補償裝置的負荷率低于0.6以下時，只有電容器損壞程度達到嚴重影響補償效果之后才能發(fā)出動作報警信號。有時受結構尺寸的限制，不能采用“H”橋型接線，只能采用2只電容器并聯。例如用在固原南郊變IOkV 114中河線的新型中壓串聯補償裝置，若單只電容器允許故障程度為10% (相當于總電容量的5%)，則可整定為差流超過額定電流5.26%時動作。而當串聯電容器組工作在半載狀態(tài)時只有單只電容器損壞達到58.32%才會動作。努力尋求一種保護方案，使得串聯電容器組的保護死區(qū)控制在3%以內，而且不受負荷電流的影響，是保證串聯電容器組安全運行所必須解決的問題，也是關系到高壓新型串聯電壓補償系統(tǒng)的研究與開發(fā)這一科研項目能否順利完成的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，使得在任何工況下串聯電容器組的保護動作死區(qū)都可以控制在3%以內，單個橋臂電容器容量的故障報警死區(qū)控制在容量的5%左右，單個橋臂電容器容量的保護動作死區(qū)控制在容量的10%左右。本發(fā)明的技術方案為:
串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，所述的串聯電容器組是由多個電容器組串聯組成，所述的每個電容器組是由多個電容器串并聯而成，所述的電容器組的兩并聯支路之間連接有橋差電流互感器，當兩并聯支路中任一電容器損壞時，橋差電流互感器采集到不平衡電流通過，然后將不平衡電流傳輸給控制器，所述的串聯電容器組的無死區(qū)保護方法即在兩并聯支路的輸出端后串聯工作電流互感器，工作電流互感器采集負荷電流然后傳輸給控制器，然后將不平衡電流與負荷電流之比定義為橋差比率，控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率預警值時，控制器實現報警。所述的兩并聯支路的電容分成四組，形成4個橋臂，按照H型接成橋式接線，橋差回路上連接有橋差電流互感器，由于四個橋臂的參數是對稱的，正常運行時，橋差電流互感器中沒有電流，當任一電容器損壞時，“H”橋的平衡被破壞，橋差電流互感器會有不平衡電流流過。所述的兩并聯支路的輸出端均穿過一橋差電流互感器，且穿過方向相反，正常運行時，兩并聯支路的分流相等，在橋差電流互感器中的磁勢相等，方向相反，橋差電流互感器中沒有電流，當任一電容器損壞時，在橋差電流互感器中的磁勢不再相等，橋差電流互感器會有不平衡電流流過。所述的橋差比率預警值包括有橋差比率故障限值和橋差比率動作限值，當控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率故障限值時，控制器發(fā)出故障報警信號；當控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率動作限值時，控制器發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令。所述的兩并聯支路的輸入端和輸出端之間并聯有工作電壓采集裝置，工作電壓采集裝置采集兩并聯支路的工作電壓并傳輸給控制器，工作電壓與負荷電流之比為阻抗，控制器計算得到的阻抗超過設定的阻抗預警值時，控制器實現報警。所述的H型接成橋式接線的串聯電容器組，其工作電壓采集裝置選用采樣電阻；所述的兩并聯支路的輸出端均穿過一橋差電流互感器，且穿過方向相反的串聯電容器組，其工作電壓采集裝置選用電壓互感器。所述的阻抗預警值為阻抗動作限值，當控制器計算得到的阻抗超過設定的阻抗動作限值時，控制器發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令。本發(fā)明的有益效果: 本發(fā)明采用不平衡電流與負荷電流的比值構成的“橋差比率”保護，作為串聯電容器組的主保護，消除動作死區(qū)；同時采用工作電壓與負荷電流的比值構成“基波阻抗保護”，作為串聯電容器組動作報警的后備保護，實現了在任何工況下都能把串聯電容器組的保護動作死區(qū)控制在3%以內，在任何工況下都能把單個橋臂電容器容量的故障報警死區(qū)控制在5%左右，保護靈敏度高，且不受負荷電流的影響；本發(fā)明兩并聯支路采用一橋差電流互感器來測量不平衡電流，原有的兩并聯支路是分別采用一橋差電流互感器來測量(見圖1)，如果采用兩個分別測量，橋差電流互感器自身會有偏差，測量結果會不準確，本發(fā)明只采用一個橋差電流互感器來測量不平衡電流，即減小了橋差電流互感器自身偏差帶來的誤差。


圖1是原有的兩并聯支路不平衡電流測量原理接線圖。圖2是本發(fā)明兩并聯支路不平衡電流測量原理接線圖。圖3是原有的H型接成橋式接線不平衡電流測量原理接線圖。圖4是本發(fā)明H型接成橋式接線不平衡電流測量原理接線圖。圖5是本發(fā)明兩并聯支路運用無死區(qū)保護方法的原理接線圖。圖6是本發(fā)明H型接成橋式接線運用無死區(qū)保護方法的原理接線圖。
具體實施例方式實施例1
見圖2、圖5，串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，電容器組的兩并聯支路C1, C2的輸出端均穿過一橋差電流互感器CTq，且穿過方向相反，兩并聯支路的輸出端后串聯工作電流互感器CTe，工作電流互感器CTe采集負荷電流Ie然后傳輸給控制器PLC，兩并聯支路的輸入端和輸出端之間并聯有電壓互感器PT采集工作電壓然后傳輸給控制器PLC;正常運行時，兩并聯支路的分流相等，在橋差電流互感器CTq中的磁勢相等，方向相反，橋差電流互感器CTq中沒有電流，當任一電容器損壞時，在橋差電流互感器CTq中的磁勢不再相等，橋差電流互感器CTq會有不平衡電流Iq流過，然后將不平衡電流Iq傳輸給控制器PLC，然后將不平衡電流Iq與負荷電流Ie之比定義為橋差比率，控制器PLC計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率預警值時，控制器PLC實現報警，且工作電壓Uc與負荷電流Ie之比為阻抗，控制器PLC計算得到的阻抗超過設定的阻抗預警值時，控制器PLC也實現報警；其中，橋差比率預警值包括有橋差比率故障限值和橋差比率動作限值，當控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率故障限值時，控制器發(fā)出故障報警信號，當控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率動作限值時，控制器發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令；阻抗預警值為阻抗動作限值，當控制器計算得到的阻抗超過設定的阻抗動作限值時，控制器發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令。實施例2
見圖4、圖6，串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，兩并聯支路的電容分成四組，形成4個橋臂C1, C2, C3, C4，按照H型接成橋式接線，橋差回路上連接有橋差電流互感器CTe，兩并聯支路的輸出端后串聯工作電流互感器，工作電流互感器CTe采集負荷電流Ie然后傳輸給控制器PLC，兩并聯支路的輸入端和輸出端之間并聯有采樣電阻R采集工作電壓然后傳輸給控制器PLC ;由于四個橋臂C1, C2, C3, C4的參數是對稱的，正常運行時，橋差電流互感器CTe中沒有電流，當任一電容器損壞時，“H”橋的平衡被破壞，橋差電流互感器CTe會有不平衡電流Iq流過，然后將不平衡電流Iq傳輸給控制器PLC，然后將不平衡電流Iq與負荷電流Ie之比定義為橋差比率，控制器PLC計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率預警值時，控制器PLC實現報警，且工作電壓Uc與負荷電流Ie之比為阻抗，控制器PLC計算得到的阻抗超過設定的阻抗預警值時，控制器PLC也實現報警；其中，橋差比率預警值包括有橋差比率故障限值和橋差比率動作限值，當控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率故障限值時，控制器發(fā)出故障報警信號，當控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率動作限值時，控制器發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令；阻抗預警值為阻抗動作限值，當控制器計算得到的阻抗超過設定的阻抗動作限值時，控制器發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令。對于IlOkV高壓新型串聯電壓補償裝置，橋差比率故障限值為3.4/238.4A=0.01426，橋差比率動作限值為6.8/238.4A=0.02852，阻抗動作限值為 37.894 Ω ±5%。對于IlOkV高壓新型串聯電壓補償裝置，橋差比率的預警值為
3.4/238.4A=0.01426，動作限值為 6.8/238.4A=0.02852。用于寧夏海原變電站的IlOkV高壓新型串聯電壓補償裝置，設計為當線路送電成功而且負荷電流超過IOA后串聯電容器組延時自動串入線路中，此后控制器PLC就可以進行橋差回路電流和工作電流的檢測。不管線路負荷電流如何變化，只要單個橋臂的電容器損壞程度超過5%左右就會發(fā)出故障報警信號，單個橋臂的電容器損壞程度超過10%左右(整套串聯電容器組的電容器損壞程度超過2.85%)就會發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令。而當整套串聯電容器組的電容器損壞程度小于2.85%以下時，是電容器組允許的誤差范圍，但橋差比率保護在單只橋臂損害程度超過預警值時仍然能夠發(fā)出故障報警信號。由于在穩(wěn)態(tài)工頻下串聯電容器組的等效阻抗與等效電容成反比關系，因此串聯電容器組等效阻抗的變化也能間接反映電容器的損壞程度，而且不受負荷電流的影響。IlOkV高壓新型串聯電壓補償裝置的阻抗動作限值為37.894 Ω 土 5%。與橋差比率保護一樣，阻抗保護的動作靈敏度也不受負荷電流的影響。本發(fā)明所涉及到的串聯電容器組的無死區(qū)保護方案，包括以橋差比率保護串聯電容器組故障的主保護，配置阻抗保護并保留常規(guī)的橋差電流保護作為串聯電容器組的后備保護，這就保證了 IlOkv高壓新型串聯電壓補償裝置從投入運行到130%額定電流的范圍內，保護的死區(qū)都會控制在誤差允許的范圍以內，從而實現了串聯電容器組的“無死區(qū)保護”。
權利要求
1.串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，所述的串聯電容器組是由多個電容器組串聯組成，所述的每個電容器組是由多個電容器串并聯而成，所述的電容器組的兩并聯支路之間連接有橋差電流互感器，當兩并聯支路中任一電容器損壞時，橋差電流互感器采集到不平衡電流通過，然后將不平衡電流傳輸給控制器，其特征在于:所述的串聯電容器組的無死區(qū)保護方法即在兩并聯支路的輸出端后串聯工作電流互感器，工作電流互感器采集負荷電流然后傳輸給控制器，然后將不平衡電流與負荷電流之比定義為橋差比率，控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率預警值時，控制器實現報警。
2.根據權利要求1所述的串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，其特征在于:所述的兩并聯支路的電容分成四組，形成4個橋臂，按照H型接成橋式接線，橋差回路上連接有橋差電流互感器，由于四個橋臂的參數是對稱的，正常運行時，橋差電流互感器中沒有電流，當任一電容器損壞時，“H”橋的平衡被破壞，橋差電流互感器會有不平衡電流流過。
3.根據權利要求1所述的串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，其特征在于:所述的兩并聯支路的輸出端均穿過一橋差電流互感器，且穿過方向相反，正常運行時，兩并聯支路的分流相等，在橋差電流互感器中的磁勢相等，方向相反，橋差電流互感器中沒有電流，當任一電容器損壞時，在橋差電流互感器中的磁勢不再相等，橋差電流互感器會有不平衡電流流過。
4.根據權利要求1所述的串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，其特征在于:所述的橋差比率預警值包括有橋差比率故障限值和橋差比率動作限值，當控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率故障限值時，控制器發(fā)出故障報警信號；當控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率動作限值時，控制器發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令。
5.根據權利要求2或3所述的串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，其特征在于:所述的兩并聯支路的輸入端和輸出端之間并聯有工作電壓采集裝置，工作電壓采集裝置采集兩并聯支路的工作電壓并傳輸給控制器，工作電壓與負荷電流之比為阻抗，控制器計算得到的阻抗超過設定的阻抗預警值時，控制器實現報警。
6.根據權利要求5所述的串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，其特征在于:所述的H型接成橋式接線的串聯電容器組，其工作電壓采集裝置選用采樣電阻；所述的兩并聯支路的輸出端均穿過一橋差電流互感器，且穿過方向相反的串聯電容器組，其工作電壓采集裝置選用電壓互感器。
7.根據權利要求5所述的串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，其特征在于:所述的阻抗預警值為阻抗動作限值，當控制器計算得到的阻抗超過設定的阻抗動作限值時，控制器發(fā)出動作報警信號并同時發(fā)出串聯電容器組退出的操作指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串聯電容器組的無死區(qū)保護方法，主要是在兩并聯支路的輸出端后串聯工作電流互感器，工作電流互感器采集負荷電流然后傳輸給控制器，然后將不平衡電流與負荷電流之比定義為橋差比率，控制器計算得到的橋差比率超過設定的橋差比率預警值時，控制器實現報警。本發(fā)明采用不平衡電流與負荷電流的比值構成的“橋差比率”保護，作為串聯電容器組的主保護，消除動作死區(qū)，實現了在任何工況下都能把串聯電容器組的保護動作死區(qū)控制在3%以內，在任何工況下都能把單個橋臂電容器容量的故障報警死區(qū)控制在5%左右，保護靈敏度高，且不受負荷電流的影響。
文檔編號H02H7/16GK103199500SQ20131012481
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權日2013年4月11日
發(fā)明者王川, 張國勇, 彭道平 申請人:安徽徽電科技股份有限公司