交流濾波器電容器橋臂不平衡電流的調(diào)節(jié)裝置及方法

國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司直流運(yùn)檢公司 陳 飛 楊振東 徐志剛 饒 磊 譚 靜 王 楓 李佳偉 陳 波 劉瑞勇 龔 旸

1 研究背景

在更換或?qū)φ{(diào)電容器時(shí)需要拆裝電容器引線，若操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致瓷瓶漏油或接觸不良發(fā)熱等問題。

2 電容器不平衡電流的調(diào)節(jié)裝置及方法

為了能夠快速提供電容器調(diào)整方案，有效降低交流濾波器投運(yùn)后不平衡電流值。本文對(duì)一種電容器不平衡電流的調(diào)節(jié)裝置及方法進(jìn)行深入分析。與此同時(shí)為了更加了解電容器不平衡電流的調(diào)節(jié)裝置及方法，借助實(shí)例進(jìn)行清楚、完整地描述。具體內(nèi)容如下。

2.1 電容器不平衡電流的調(diào)節(jié)裝置

圖2為裝置連接圖，如圖2所示，電容器不平衡電流的調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用于一種H 型接線的電容器組，具體包括：電流探測(cè)模塊1，用于獲取所述電容器組的不平衡電流的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值。電容模塊2，分別與所述電流探測(cè)模塊1和所述電容器組連接，用于將第一調(diào)節(jié)電容并聯(lián)在所述電容器組的任意一個(gè)橋臂的任意一只電容上，并對(duì)所述電容器組進(jìn)行加壓。

圖1 電容器組示意圖

圖2 裝置連接圖

第一動(dòng)作模塊3，與所述電容模塊2連接，用于判斷所述不平衡電流的當(dāng)前電流值是否降低，若是，則在所述第一調(diào)節(jié)電容上并聯(lián)第二調(diào)節(jié)電容，若否，則在所述任意一個(gè)橋臂的對(duì)稱橋臂的任意一只電容上并聯(lián)所述第二調(diào)節(jié)電容。

第二動(dòng)作模塊4，分別與所述第一動(dòng)作模塊3和所述電容模塊2連接，用于判斷所述當(dāng)前電流值是否小于所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值，若否，則增加所述第二調(diào)節(jié)電容的數(shù)量，直到所述當(dāng)前電流值大于或等于所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值[1]。

目標(biāo)計(jì)算單元，分別與電流電壓探測(cè)單元和所述加壓?jiǎn)卧B接，用于根據(jù)所述初始電流值、所述交流濾波器所在母線電壓、所述不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值、所述加壓試驗(yàn)值和所述試驗(yàn)電壓確定所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值。具體來說加壓?jiǎn)卧奢敵霾煌l率及不同電壓的試驗(yàn)電壓，若在不同頻率及不同電壓下的不平衡電流差別很大，則初步判斷電容器塔中存在某些電容器頻率特性異常。

所述目標(biāo)計(jì)算單元包括：第一計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述交流濾波器所在母線電壓和所述試驗(yàn)電壓計(jì)算第一比例系數(shù)。第二計(jì)算子單元，與所述第一計(jì)算子單元連接，用于根據(jù)所述初始電流值和所述加壓試驗(yàn)值計(jì)算第二比例系數(shù)。第三計(jì)算子單元，分別與所述第一計(jì)算子單元和所述第二計(jì)算子單元連接，用于選擇所述第一比例系數(shù)和所述第二比例系數(shù)中的最大值作為標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)。第四計(jì)算子單元，分別與所述第三計(jì)算子單元和所述電流電壓探測(cè)單元連接，用于根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)和所述不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值。

2.2 電容器不平衡電流的調(diào)節(jié)方法

圖3為方法流程圖，如圖3所示，電容器不平衡電流的調(diào)節(jié)方法應(yīng)用于一種H 型接線的電容器組，具體包括：步驟100，獲取所述電容器組的不平衡電流的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值。步驟200，將第一調(diào)節(jié)電容并聯(lián)在所述電容器組的任意一個(gè)橋臂的任意一只電容上，并對(duì)所述電容器組進(jìn)行加壓。步驟300，判斷所述不平衡電流的當(dāng)前電流值是否降低，若是，則在所述第一調(diào)節(jié)電容上并聯(lián)第二調(diào)節(jié)電容，若否，則在所述任意一個(gè)橋臂的對(duì)稱橋臂的任意一只電容上并聯(lián)所述第二調(diào)節(jié)電容。步驟400，判斷所述當(dāng)前電流值是否小于所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值，若否，則增加所述第二調(diào)節(jié)電容的數(shù)量，直到所述當(dāng)前電流值大于或等于所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值。步驟500，計(jì)算并聯(lián)的所述第二調(diào)節(jié)電容和所述第一調(diào)節(jié)電容的總電容值。步驟600，根據(jù)所述總電容值對(duì)所述電容器組的電容進(jìn)行調(diào)整。

圖3 方法流程圖

所述步驟100，包括記錄檢修前的不平衡電流的初始電流值、交流濾波器所在母線電壓和不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)所述電容器組進(jìn)行加壓測(cè)量，得到不平衡電流的加壓試驗(yàn)值，并記錄所述加壓測(cè)量的試驗(yàn)電壓。根據(jù)所述初始電流值、交流濾波器所在母線電壓、不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值、加壓試驗(yàn)值和所述試驗(yàn)電壓確定所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值。在所述記錄檢修前的不平衡電流的初始電流值、交流濾波器所在母線電壓和不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值之前，還包括對(duì)所述電容器組進(jìn)行放電，拆除電容器塔高、低壓側(cè)與其他設(shè)備相連的引線。具體的，所述第一調(diào)節(jié)電容和第二調(diào)節(jié)電容的電容值均為0.1uf[2]。

根據(jù)所述初始電流值、交流濾波器所在母線電壓、不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值、加壓試驗(yàn)值和所述試驗(yàn)電壓確定所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值，包括根據(jù)所述交流濾波器所在母線電壓和所述試驗(yàn)電壓計(jì)算第一比例系數(shù)。根據(jù)所述初始電流值和所述加壓試驗(yàn)值計(jì)算第二比例系數(shù)。選擇所述第一比例系數(shù)和所述第二比例系數(shù)中的最大值作為標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)。根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)和所述不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值。

所述第一比例系數(shù)的計(jì)算方法為：

K1=〔Um/sqrt(3)〕/Usy

其中，K1為所述第一比例系數(shù)，Um為所述交流濾波器所在母線電壓，Usy為所述試驗(yàn)電壓。

所述第二比例系數(shù)的計(jì)算方法為：

K2=Ibph.ht.0/Ibph.sy0

其中，K2為所述第二比例系數(shù)，Ibph.ht.0為所述初始電流值，Ibph.sy0為所述加壓試驗(yàn)值。

計(jì)算所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值的方法為：

Ibph.sy.bz=Ibph.ht.bz/K

其中，Ibph.sy.bz為所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值，Ibph.ht.bz為所述不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值，K 為所述標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)。

本實(shí)例首先檢修前記錄后臺(tái)不平衡電流值Ibph.ht.0，交流濾波器所在母線電壓Um，不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值為Ibph.ht.bz。其次在不進(jìn)行任何檢修前使用加壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行加壓試驗(yàn)測(cè)得不平衡電流值Ibph.sy.0，試驗(yàn)電壓為Usy。然后以電壓為參考計(jì)算得比例系數(shù)K1=〔Um/sqrt(3)〕/Usy；以電流為參考計(jì)算得比例系數(shù)K2=Ibph.ht.0/Ibph.sy0。然后比較K1與K2的大小，選擇值較大的作為比例系數(shù)，即K=max(K1,K2)。最終確定試驗(yàn)條件下不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值Ibph.sy.bz=Ibph.ht.bz/K。

具體的，在所述根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)和所述不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值之后，包括檢查電容器組外觀有無明顯異常，更換有明顯異常的故障電容器。在所述根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)和所述不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算所述試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值之后，還包括對(duì)電容器組上的電容器逐個(gè)測(cè)量，對(duì)電容值不合格的電容器進(jìn)行更換。

根據(jù)所述總電容值對(duì)所述電容器組的電容進(jìn)行調(diào)整包括：判斷備品庫(kù)中是否有替換電容；所述替換電容的電容值為所述總電容值與所述任意一個(gè)橋臂的任意一只電容的電容值之和；若是，則將所述任意一個(gè)橋臂的任意一只電容替換成所述替換電容；若否，則將所述任意一個(gè)橋臂的多只電容與所述任意一個(gè)橋臂的對(duì)稱橋臂的多只電容進(jìn)行對(duì)調(diào)。具體所述備品庫(kù)中的所有電容器備品的保存位置、電容值、型號(hào)等錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，若數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有滿足要求的電容器備品，則根據(jù)ΔC（所述總電容值）計(jì)算出該組對(duì)稱橋臂中的電容器對(duì)調(diào)方案[3]。調(diào)節(jié)流程如圖4所示。

圖4 調(diào)節(jié)流程圖

（1）對(duì)電容器進(jìn)行放電，拆除電容器塔高、低壓側(cè)與其他設(shè)備相連的引線。

（2）設(shè)置試驗(yàn)條件下不平衡電流目標(biāo)值。檢修前記錄后臺(tái)不平衡電流值Ibph.ht.0，交流濾波器所在母線電壓Um。在不進(jìn)行任何檢修前進(jìn)行加壓試驗(yàn)測(cè)得不平衡電流值Ibph.sy.0，試驗(yàn)電壓為Usy。如圖5所示，其中，C1和C2、C3和C4分別為電容支路，兩兩（例如C1和C2）分別形成對(duì)稱橋臂，4個(gè)電容支路組成電容器組。V 為電壓測(cè)量表，μA 為電流測(cè)量表，Ibph為通過的不平衡電流。以電壓為參考計(jì)算得比例系數(shù)K1=〔Um/sqrt(3)〕/Usy；以電流為參考計(jì)算得比例系數(shù)K2=Ibph.ht/Ibph.sy0比較K1與K2的大小，選擇值較大的作為比例系數(shù)，即K=max(K1,K2)。不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值為Ibph.ht.bz，設(shè)置試驗(yàn)條件下不平衡電流標(biāo)準(zhǔn)值Ibph.sy.bz=Ibph.ht.bz/K[4]。

圖5 不平衡電流測(cè)量原理示意圖

（3）檢查電容器外觀有無明顯異常，更換有明顯異常的故障電容器。

（4）對(duì)電容器塔上的電容器逐個(gè)測(cè)量，對(duì)電容值不合格的電容器進(jìn)行更換。

（5）不平衡電流調(diào)節(jié)。計(jì)算C1、C2、C3、C4及不平衡電流Ibph；加壓，測(cè)量不平衡電流Ibph.sy；在某橋臂的某支電容Cx 上并聯(lián)0.1uf 小電容，觀察不平衡電流是否有降低。如果不平衡電流降低，則進(jìn)行下一步；如果不平衡電流增大，則在對(duì)稱橋臂的某支電容上并聯(lián)0.1uf 小電容，然后進(jìn)行下一步。以在C3橋臂的某只電容器上并聯(lián)小電容為例，如圖6所示，其中ΔC 為并聯(lián)的調(diào)節(jié)電容。逐漸增加并聯(lián)小電容的個(gè)數(shù)，使不平衡電流減小至目標(biāo)值Ibph.ht.bz，記下此時(shí)并聯(lián)的總電容值ΔC；若庫(kù)房有某只電容的電容值為Cx＋ΔC，則選用該只電容對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電容進(jìn)行替換；若庫(kù)房沒有符合要求的電容，則在C3和C4電容器塔上選擇若干值滿足要求的電容進(jìn)行對(duì)調(diào)。

圖6 接線示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

電容器不平衡電流的調(diào)節(jié)裝置及方法技術(shù)效果如下：

（1）比例系數(shù)選擇方法可以有效地減小現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)值和后臺(tái)顯示值不一致的問題。

（2）在某支電容器上并聯(lián)01uf 的小電容，對(duì)該電容器橋臂電容量的改變非常小，可以實(shí)現(xiàn)高精度調(diào)節(jié)。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)中存有電容器備品的保存位置、電容值、型號(hào)等，可以快速地找到電容值為Cx＋或與之相近可用的電容器。

（4）加壓試驗(yàn)裝置選用可調(diào)壓調(diào)頻的電源，可以有效減小現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境對(duì)不平衡電流測(cè)量的影響。電網(wǎng)無功功率要遵循分期原則，即實(shí)現(xiàn)分層和分區(qū)供應(yīng)，除此之外還要遵循就地平衡的原則，盡量就地供應(yīng)，減少使用長(zhǎng)線路供應(yīng)的情況。針對(duì)局部電網(wǎng)無功功率不足的問題，要第一時(shí)間進(jìn)行就地調(diào)整，如果不能解決再通過電網(wǎng)解決。第二，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)不能隨意調(diào)整，要在電網(wǎng)的要求下進(jìn)行更改。第三，新調(diào)試的發(fā)電機(jī)應(yīng)能以額定功率運(yùn)行，功率因數(shù)為0.95。對(duì)已投運(yùn)的發(fā)電機(jī)組，必須按計(jì)劃進(jìn)行先期運(yùn)行檢查。第四，試調(diào)而來的發(fā)電機(jī)組，尤其是具有進(jìn)相運(yùn)行能力的發(fā)電機(jī)組，需要按照值班調(diào)度員的命令進(jìn)行運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換。第五，無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化配置要以電網(wǎng)無功優(yōu)化的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，以提高無功補(bǔ)償裝置的可操作性。第六，沒有超過220kV 的電網(wǎng)的總無功容量應(yīng)大于最大自然無功負(fù)荷，通常情況下，可以多出0.15倍來計(jì)算。第七，200kV 及以下電網(wǎng)二次側(cè)功率因數(shù)的正常范圍，或主變壓器最大負(fù)載時(shí)的無功與有功功率之比要保持在正常范圍之內(nèi)。第八，對(duì)于直接供電的變電站，供電線路近時(shí)，功率因數(shù)取表中的較低值，除此之外都要取較高值。第九，必要時(shí)應(yīng)啟用無功補(bǔ)償裝置，其原理是主變壓器高壓側(cè)不向電網(wǎng)送回任何無功功率。而母線電壓超出了正常電壓的范圍，并且已經(jīng)沒有辦法對(duì)其進(jìn)行調(diào)整時(shí)，才能停止運(yùn)行。第十，各級(jí)部署要以電網(wǎng)負(fù)荷、潮流變化和設(shè)備技術(shù)條件為基礎(chǔ)，在此技術(shù)上進(jìn)行運(yùn)行方式的調(diào)整，減少線損，促進(jìn)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。