用于电力网络的可调无功功率补偿器

摘要

一种用于电力传输或配电网的无功功率补偿器，包括用于补偿无功功率的无功组件(9)和具有成对初级绕组(5)和次级绕组(7)的自耦变压器(6)，初级绕组用于将自耦变压器(6)连接到电力线(3)并且次级绕组(7)用于将自耦变压器(6)连接到无功组件(9)的第二极(9b)，初级绕组(5)为星形连接以形成星形点(8)，并且次级绕组(7)连接到自耦变压器(6)的星形点(8)。

说明书

技术领域

本发明涉及用于电力传输或配电网络的无功功率补偿器，尤其涉及 一种系统，其中电抗器或电容组上的电压由自耦变压器调节。

背景技术

取决于电力传输或配电网络中总负载的特性，通常存在电容性或电 感性无功功率。架空线本身代表感抗，但如今呈增长趋势的地下电缆， 为电力网络创建电容性无功功率。通常在商业合同中，一个固定的窗口 允许用于无功功率[Q]，例如大约有效功率[P]的计算的最大4％电容性或 16％电感性功率。

无功功率补偿装置是为了保持相关的无功功率在要求的窗口并且保 持其尽可能地低将减少无功功率的成本。无功功率变化并且因此存在可 调节的无功功率补偿器的需要。能够测量电抗器或电容组以创建足够的 无功功率，但随后我们具有过补偿的风险。

电容组可包含配备有断路器的几个电容，断路器能根据电容性补偿 的需要使电容器彼此并联连接在电容组中。缺点是需要几个断路器或另 外仅有几个调整步骤。

并联电抗器可具有可移动的铁芯，该铁芯能根据电感性补偿的需要 调节其电感。缺点是相比固定电抗器结构更复杂。

WO97／22169公开了一种具有经由可调节自耦变压器供电的(电容 性或电感性)无功组的无功功率补偿设备。创建的补偿无功功率与无功 组上的电压相关。

具有配备有载抽头变换器的次级绕组的自耦变压器给出几个步骤来 调节补偿比例并且通过换向切换可加倍的步骤的数量。

由于自耦变压器的次级绕组连接到其初级绕组的带电端，因此仍然 存在显著的缺点。

首先，设计并制造这种具有连接到带电端的次级绕组的自耦变压器 以处理浪涌电压而没有损坏的风险是个挑战。根据标准可循，用于110kV 自耦变压器的浪涌测试电压在输入端可为例如550kV，但从次级绕组的 端部到地的电压甚至可升高至900kV。

三相系统的另一缺点在于由于自耦变压器的次级绕组之间的高电压 将使用三个独立的单相抽头变换器。

此外，在加／减开关用于替代用于抽头变换器的线性开关的情况中， 电抗器或电容器带电端的电压达到比网络的额定相电压高的水平。次级 绕组的端电压与自耦变压器的比率成正比。因此要求如自耦变压器自身 以及无功组、电抗器或电容器组的组件的介电强度在实践中相应地高百 分之十。

最后，IEC60076-5标准，涉及电力变压器中处理承受短路的能力 表示如果组件(如这里的电抗器或电容器组)外部连接到变压器箱的即 连接到变压器箱之外，短路电流应由串联电抗限制于变压器中。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种无功功率补偿器从而减轻上述缺点。 本发明的目的由在独立权利要求中限定的本发明实现。从属权利要求中 公开了一些实施例。

本发明提供了自耦变压器的尺寸中一个重要的优点，由于浪涌电压 更容易做到并且需要更少的绝缘材料，而且从带电部件到接地部件的更 短间隙足够，因为更低电压允许自耦变压器的壳体更小。另一优点在于 更便宜，可使用一种结合的三相有载抽头变换器类型，因为相位的次级 绕组之间的较低电压差。在外接电抗器和／或电容器组的情况中，承受 短路的能力可以通过布置在每个初级绕组中的抽头提供无功组件容易 地布置。进一步的优点在于由一个包含可通过断路器连接的电抗器和电 容器组两者的无功功率补偿装置自动补偿电容性或电感性无功功率两 者的能力。

附图说明

以下，将参考附图借助于一些实施例的方式以更详细的细节来描述 本发明，其中，

图1示出了根据本发明用于三相电网的无功功率补偿器的主电路 图。

图2示出了具有有载抽头变换器和外部电抗器和电容器组的无功功 率补偿器的电路图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明用于三相电网的无功功率补偿器的主电路 图。传输或配电网1由AC电源2供电。供电网络具有用于每个三相的 带电导线3以供电到负载4。自耦变压器6包含用于每相的一对初级绕 组5和次级绕组。自耦变压器6的初级绕组5的第一端5a连接到导线3。 初级绕组5的第二端5b彼此星形连接以形成星形点8。自耦变压器的次 级绕组7连接到星形点8。无功功率补偿器包含用于每对初级和次级绕 组的至少一个无功组件9。电感器作为无功组件9用于补偿电容性无功 功率，并且电容用于补偿电感性无功功率。无功组件9的上端9a连接 到初级绕组5的第一端5a，初级绕组连接到带电导线3的相电压。无功 组件9的下端9b可直接连接到次级绕组7的抽头7.1-7.5或连接到在 线抽头变换器11的滑动触点10。抽头变换器可为直线型，仅使得无功 组件9上的电压从电网1的额定相电压减少。电流互感器12或电流传 感器以及三相电压互感器13或电压传感器连接到控制设备14。控制设 备14用于测量电压、电流并限定电压和电流之间的相位角。根据补偿 无功功率的需要，控制设备调节无功组件9上的电压。

在实践中图1表示无功组件9是电抗器的情况，与自耦变压器6一 起浸入相同的罐15中，并且在变压器自身中不需要装置来提升承受短 路的能力。

电抗器的任意部分接地的最大电压等于电网声明电抗器的绝缘水平 的需要的电压。

图2示出了具有装备有载抽头变换器和外部三相电抗器和电容器组 的自耦变压器的三相无功功率补偿器的电路图。电容器组包含用于每相 的至少一个电容，但几个电容可并联连接。

具有有载抽头变换器11的自耦变压器6浸入罐15内。初级绕组5 的第一端5a经由通过套管绝缘体16的电线连接到导线3。初级绕组的 第二端5b彼此连接以形成星形点8。

为了满足承受短路的能力的需要，抽头5c布置在初级绕组5上以供 应电压至外部电抗器20和／或电容器组21。第一端5a和抽头5c之间的 初级绕组5的上部用作限流电抗。外部电抗器20和／或电容器组21提 供通过套管绝缘体17伸出罐的电线。

在线抽头变换器11具有与固定触点11.1至11.5接触的滑动触点 10，固定触点分别连接到次级绕组7的抽头7.1至7.5。本领域的技术 人员很清楚在线抽头变换器(11)可包含相应于次级绕组(7)的抽头 数量的不同数量的触点以具有期望的调节步骤数量。抽头变换器可配置 有允许给出双倍步骤数量的加／减功能的选择器开关22。选择器开关22 以如下方式交叉锁定，该方式可从第一位置改变到第二位置或反过来仅 位于抽头变换器11的零(11.0)位置。滑动触点10在零(11.0)位置 连接到星形点。

电抗器20或电容器组21的无功组件9的带电端(9a)的电源电压 比网络的相电压稍微低些，相对于第二端5b和抽头5c之间的匝数比与 绕组5的总匝数相比较而言。

电源电压说明从电抗器20或电容器组21的带电部到地端需要的绝 缘水平。仍然，在选择器开关22转向加(+)位置的情况下，无功组件 9的极(9a，9b)上的电压可超过电网的相电压。组件9的绝缘强度根 据该最大电压来决定。

三相电抗器20优选为每极(9a，9b)分别可连接的i-i-i型并且电 容器组21也具有每极(9a，9b)浮动且不连接到电容器的接地体用于 使每个无功组件9的两个极(9a，9b)的自由连接成为可能。

无功功率补偿器可具有仅电抗器20或电容器组21，或取决于可能 需要的补偿类型两个都具有。

在某些情况下，例如如果大量的地下电源线应连接到系统外，电感 性补偿的需要可转为电容性补偿的需要。为了处理电网中的这种变化， 电抗器20配置有断路器23且电容器组21配置有断路器24，它们均由 控制设备14控制。在平衡的情况下，两个断路器(23，24)均断开。 当控制设备检测到不平衡时，两个断路器(23，24)中的一个断路器闭 合以将电抗器20或电容器组21连接至有载抽头变换器11的滑动触点 10。连接电线通过套管绝缘体18连接。最有可能是以最小补偿率启动， 其意味着控制设备将选择器开关22转为减(-)位置并且抽头变换器转 到位置5。为了提高补偿率，抽头变换器逐步地从5转到0。在0位置 选择器开关22能够转到正极(+)位置并且抽头变换器从0转到1，并 且最后如果需要的话，逐步地转到代表最大补偿的位置5。控制设备14 负责这些控制动作。

非线性电阻器型避雷器25可连接在电抗器20或电容器组21的无功 组件(9)的带电端与地之间以保护无功组件9的过电压尖峰。

图2仅示出了三个次级绕组7的一个次级绕组和带有选择开关22 的抽头变换器11的一相的一部分，但显然用于所有三相的相应组件都 存在。

通过增加相特定组件，补偿器能用于任何对称的如六相的电网。

对于本领域的技术人员为显而易见，作为技术进步，本发明的概念 可实施为多种方式。本发明及其实施例不限于上述的这些例子但可以在 权利要求的范围内变化。